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学科特点系列之化学——永远的实验学科

 秋叶别馆 2018-05-22

一、本质:

典型的实验学科。化学研究的虽然也是自然现象,由于变化无法直接观察,导致只能通过实验提出规律。化学的中心是实验。即使现代化学通过数学推理导出许多结论,但这些结论只能是猜想,只有当实验成功后才可以作为定论。

二、特点

与物理不同,化学研究最初的目的不是解释现象,而是通过实验希望获得需要的生成物。同时它又受数学、物理的影响,如果说,物理是数学的应用学科,化学则是数学与物理双重应用,从数学那吸取推理方法、定量方法,甚至参照数学而改造的化学语言系统,从物理那吸取自然的研究手段、定性方法,甚至一些结论。但吸取的数学物理知识都必须经过化学实验加以证实后才可以作为化学定律。实验是化学中检验真理的唯一标准。这个永远不会改变,能改变的只能是实验的形式。

三、化学的体系性

化学体系构建依赖于数学物理,数学物理因为超前于化学,应不会影响化学体系的建立,但是由于化学初期是以解决问题为出发点,一开始的研究带有很强的目的性,某种程度上违反了人的认知规律。另一方面,知识的确认需要实验,而实验是有实现条件的,实验条件的不确定性也能导致违反认知规律。但化学为解决某一类专门问题的每个专题却相对具有较高的体系性,适合学习。化学体系分知识体系和结构体系。

四、化学知识体系的建立

一般过程是这样的,拿来一个相近的物理知识作为化学猜想,经过实验证实后确认为化学知识,化学实验本身也产生一些物理学上目前没有的知识,只要化学实验成功,并满足实验的三性(可重复性、精确性、有效性),即可确认为化学定律。确认的化学知识经过数学推导得出新的化学猜想,还必须经过化学实验进行验证才能成立。

由于化学的主要手段是实验,是不可直接观察的,所以研究起来,知识点比较零散,因此,除了最基本的概念(主要是来自数学物理以及化学语言规范),其余部分是可以分开学习的。互相之间关联不大,化学最适合按专题进行学习。

五、化学的结构体系

化学概念分为基本概念或称公共概念,其余部分称为扩展概念,或称个性概念,各种概念应采取不同的方法去学习。公共概念,它包括五部分:

1   一是物理初期导入的概念,如热运动,碰撞;

2   二是化学学科构建必须的基本概念,如分子原子;

3   三是自然界的基本规律,如质量守恒定律;

4   四是数学计算所引入的化学量概念及计算公式。

5   五是化学语言,从化学元素符号到分子式,再到结构式、反应方程等的本质含义。

关于其他更详细的分析可看另一篇系列文章《化学专题构架及复习方法》。

六、化学的文科性

 “化学是文科”感觉的产生原因,是因为个性概念大部分使用了数学物理概念,由于数学物理的发展超前于化学,因此用于解释化学现象的数学物理概念比较前卫,非中学生所能理解,因此取掉不讲,从而造成了断层。导致学生觉得只能死记硬背。解决这个问题,应该说有三个途径,

1   一是先期自学那些数学物理概念或直接看大学化学课本,不用看很细;

2   二是从实验出发,利用实验思维,通过观察实验现象,建立两者的关联,达到牢记的目的。由于实验条件限制,有必要训练脑中想象实验的能力或借助一定的软件。实验是有自身的思维方法的,是众多思维方法的一种。

3   三是采用取巧的方法,自创理论及猜想,将缺失的过程填补上,只要在两者之间搭上一个桥,即建立两者的联系。所以,虽然猜想作为数学思维方法,要求得到验证,但学习化学需要无需验证的猜想。

七、化学的学习关键:

先学习公共概念,初步建立化学的思考模式,掌握化学语言,再结合不同的研究专题学习个性概念。把每个专题当作一个小的学科。

数学物理概念应先搞清其在原学科中的意义,再了解为化学应用所做的规则限制。化学自建的概念其实大多数也是数学物理概念变化来的,少数自身产生的概念来自于自然,更多的是语言符号和事物名称及化学所特有的概念。

自然界的基本规律作为自然界的公设,如质量守恒。是一切自然研究的前提,无需推导和验证。如果一定要推导,必然会出现循环论证。

化学计算分两步学习:第一步熟悉所有的化学量意义及计算法则,找出数学计算应用的规律,第二步分散学习,进入到实际应用的领域进行计算学习。边学知识边计算。

化学语言要当一门语言来学,要能看懂复杂的表达,也能灵活地自我表达。适合系统化集中学习。

    而个性概念按专题性质、专题的目的、专题产生的背景、专题的发展等,总结出不同的特点,采用大学课本或实验的方法,各个击破。

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