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初等化学中的基本概念 文章编号：1005-6629(2011)12-0003-04　中图分类号：g633.8　文献标识码：b 作者注：这是一篇试图阐明初等化学教学中和学科基础关系紧密的几个基本观念和概念的短文。内容是大家所熟悉的，很多实例也是大家在教学中曾经提及或着重阐述过的。比较系统、注重层次、探究认知过程中可能出现的障碍和排除的途径，是本文着力之处。一得之见，未必全面，希望能够起到抛砖引玉的作用。 lehn教授在超分子化学和组分动态化学方面的研究，不仅在有机化学和化学与生物化学领域起着“引领风骚”的作用，他和他的学派的研究成果中，还包含着对化学学科的最基本问题，即两种或多种化学物质为什么会发生反应?为什么外界条件的调控可以起作用?有趣的是，为什么即使是极其相似的反应体系，采用同样的调控措施，结果往往并不全同，有时甚至会出现“南辕北辙”的情况?这些问题，对于目前仍然处于依据物理或几何原理(如电荷匹配、静电作用、空间匹配、空间阻碍等)进行理论解释的化学学科来说，都具有“振聋发聩”和令人耳目一新的作用，值得关注。 熟悉中学化学教学的老师们对于初等化学中的基本概念，可以列举出很多，而且在过去的课程大纲或现在的课程标准中都可以找到根据。但是就化学学科本身的特点和学科主要思路来看，应当认为，大家所列举那些基本概念，它们的层次并不是等同的。而只有形成了符合学科特点、层次分明的概念“结构”，清楚地了解什么是化学，才能有效地帮助学生学习化学和学好化学。这里所说的有效，不仅指中学学习阶段，也不仅着眼于如何通过中考和高考，更着重于今后的继续学习，因为只有这样，才能够真正实现初等化学的启蒙和打好基础的教育功能。 1　学科任务决定了学科的基础 从化学学科的任务来看，除去合成新的化学物质外(有的是事先确定的，也有的是偶然发现的)，它的主要特点在于研究或发现物质的“个性”，亦即尽可能地发现或找出任意两种物质(此处应指纯物质)之间的相似f生和差异，并更加着重于后者。为此不仅要关注物质的组成和结构，还要尽可能地确定它们所具有的“全部”性质，包括物理性质和化学性质。物质的性质是人们了解它们的用途和潜在危害性的依据，也是用以识别、检出、分离、提纯的依据。和组成结构相关联之后，物质的性质曾经是，而且现在依然是化学家由宏观现象推及微观组成和结构的重要依据，即所谓“见著而知微”的研究方法。当物质的组成结构和性质之间某种对应关系逐渐形成(即所谓的理论)后，便可以起到—定程度的预见或推测作用，亦即“见微而知著”的认知途径。20世纪80年代扫描隧道显微技术的问世，继而出现了原子力显微镜等等可以用于“直接”触及、感知、观测和操纵原子、分子、纳米团簇一类微观物体的技术时，所得到的信息，不仅证实了人们几百年来由物质的宏观现象推断出来的某些重要结论的准确性，而且成为一种名副其实的“见微而知著”的现代实验研究手段。由于实验研究对象属于原子分子水平，因而同时支持了以量子力学为主的理论化学的发展。 根据科学界广泛接受的化学学科定义，化学是研究物质的组成、结构和性质的科学的说法，应当是一种比较简明扼要，而且能够反映化学学科特点的说法。虽然应当允许人们采用或倡导其他一些更为详尽或全面的说法，作为初等化学，我认为上面那个比较简明扼要的定义，已经足够了。因为它涵盖了化学的主要特点以及学科的基本任务与发展方向，更重要的是，有利于初学者把握课程的特点和化学学科的思维方式。 2　化学元素论是化学学科的核心概念 化学学科的基础是化学元素，这是和其他自然学科最大的不同之点，也是化学启蒙和化学前沿研究的核心内容。元素的概念由来已久，曾经是中外哲学家的主要研究课题之_，虽然所设定的元素数目和内涵并不完全相同，但是认为复杂的物质世界可以归结到若干种基本元素的看法却是相通的。道尔顿原子论的提出，特别是根据当时已经为科学界普遍接受的定组成定律(又称定比定律)和倍比定律确定的以原子质量为化学元素基本特征的思想，使得化学元素成为具有确定物理意义的实体，从而奠定了近代化学的坚实基础。这—认识虽然在发现同位素和原子核后，经历了多次修改和逐步完善的过程，但是应该认为，它的核心内容并没有发生质的变化。所以在化学启蒙阶段，化学元素观是应当始终给予关注的核心概念。现代化学虽然涉及领域极广，理论方法和物理技术本身也已经成为化学研究工作的重要对象，但是化学的主流研究和学科发展仍然基于化学家对元素观认识程度的深化和发展。唐有祺院士曾经多次指出：“化学家的主要工作是耕耘元素周期表。”这一精辟的论述，特别是所用“耕耘”二字，形象而且深刻地阐明了化学元素观的基础性和重要性。 作为核心基础概念的元素观，不仅体现在元素之间的差异和它们在某些结合形式(组成和结合方式)和基本性质方面存在随着核电荷数(原子序数)增长，表现出来的周期性变化规律，更为基