新起点，从高中化学《绪言》的备课开始

十年前，作为一名新教师，在师父的指导下，我汗流浃背地给学生上完了一节高中化学《绪言》课。经过四轮的教学实践，不断对课程的内容进行丰富和完善、对课程的逻辑进行梳理和调整，才有了这节课现在的样子。每次上《绪言》课，我都能想到自己初登讲台时的稚嫩，所以，每一次对这节课教学设计的修改和打磨，总希望能够有一些新的内容，带给学生一些更多的思考和对化学更多的热爱，让自己和课程都日臻成熟。公众号开篇的第一个课例，就用这节课来抛砖引玉吧。

本节课设计了三个内容介绍给学生。第一：什么是化学？（What is chemistry？）

2019“人教版”《化学》在《绪言》中开篇就讲到：“化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的基础自然科学”。这句话源自于2017版“新课标”对中学化学学科课程性质的描述。

“鲁科版”教材在正文中更是完整地引用了课标中的描述：“化学的特征是从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质”。

分析这段话不难发现，课标从研究层面（微观）、研究对象（物质）、研究内容（组成、结构、性质、转化和应用）和学科归属（自然科学）四个方面对“什么是化学”的问题进行了凝练。大学普通化学或无机化学类的教材，通常会用较长的篇幅，对于“什么是化学”的问题进行更为详尽和深入的讨论，那么在中学阶段，教师应该如何解读课标、如何将教材中的原始素材进行加工和整合，在课堂上呈现出一套能够被中学生接受的知识体系和逻辑体系，并借此来理解化学、激发学习兴趣并指导他们未来学习好化学，就成了设计绪言课的首要任务。

既然化学的研究对象是物质，那么就从最“大”的物质——宇宙说起吧。

在中学阶段我们很难去和学生一起深入讨论宇宙起源或是宇宙大爆炸的科学问题，那是大学《元素化学》的必修内容。然而，我们可以借用《说文解字》中对于宇宙最精辟的定义“上下四方曰宇，古往今来曰宙”，为学生作不同角度的解读。学生很容易理解这两句话给出的是空间和时间两个概念，万物都在一定的空间内存在，“世界是物质的”，这是马克思主义哲学唯物论的基本观点。“物质是运动的”，自然就有了时间的概念，而运动又是有规律的，人类孜孜以求的正是大千世界中各个层面的具体物质在不同时空内的运动和发展规律，并以此来能动性地改造我们的世界。

文科老师们曾经为我推荐过《人类简史》这本书，很多学生是读过的。

这本书同样从“宇宙大爆炸”谈起，只不过更加科普一些，大爆炸后宇宙基本特征的确定，就是现代物理学的基础。

格林伍德的《元素化学》中描述说，大爆炸先后产生了中子、质子和电子，质子和电子的结合自然就形成了H原子，这是宇宙丰度最高的一种元素，原子的诞生标志着中学化学的研究层面已经出现了。后来，又经过核聚变和其它一些复杂的核物理变化过程，H原子“进化”为He，He又继续“进化”为更“大”的原子、分子。书中生动地谈到，这些原子和分子的故事，就成了化学。

我在备课时突然想起了《道德经》，这不就是大家耳熟能详的“道生一、一生二、二生三、三生万物”吗？圣人老子真的很智慧！道法自然，万万奇异布大千啊。

原子、分子的层面究竟有多“微观”？学生可能还没有感觉，不妨将整个物质世界不同层面的尺度范围来做个梳理，大到宇宙总星系、小到组成原子的基本粒子，通过列举和对比，最终要明确化学所研究的物质层面主要集中在纳米级的尺度范围内。

从时间的研究尺度看，人类已经可以了解到化学变化过程中那些极其短暂的瞬间内发生的事情。1999年诺贝尔化学奖关于“飞秒化学”的研究工作就是一个最好的例证。科学家们发明的这种技术，好像是在微观上架起了一台摄像机，其“拍摄”速度与化学变化中那些最本质过程的变化速度相匹配，使我们“看到”了化学变化的历程。

综上，对于研究的空间和时间层面更具体的解释，有利于学生更加精准地界定化学的研究范畴。

原子和分子的故事继续讲下去，庞大的有机体出现了，于是生物学诞生了。生命的进化过程，正如从H原子开始形成其它更复杂的原子一样，似乎也离不开一个不变的自然法则：从简单到复杂、从水生到陆生、从低等到高等。

当这个世界上有了人类、有了社会，便有了历史学，人类社会的发展变化也有一条看不到的规律在支配着，这就是生产力和生产关系的辩证关系。

看，我们在中学的课堂上也可以从宇宙大爆炸讲起，谈及物理学、化学、生物学和历史学的形成条件，但不宜发散，因为，介绍这些内容的初衷，是希望学生认识到社会科学和自然科学大致的研究范畴，理解不同学科中物质的运动和变化都有着各自的规律，这就是我们学习不同学科的必要性，同时，使学生更加清楚地认识到化学这一概念的外延：化学是自然科学的一个独特分支，以微观视角研究物质的运动和变化规律。这样的课堂设计，是对课标中化学学科研究对象、研究层面和学科归属既系统而又生动的解读。

另外一点小体会，对于教师这个职业，什么都得知道点儿，少不了多读书、读杂书。

概念的外延是抽象的、上位的、高度概括的，我们还要将概念落地，从内涵的角度为学生解读最具体、最形象的化学，也就是课标中描述的“物质的组成、结构、性质、转化和用途”，特别是这些研究内容间的逻辑关系，我记得十年前师父在指导我备这节课时格外强调的就是其间的逻辑关系。

在这些具体的研究内容中，我们最容易感知到的应该是物质的用途，用途自然是由性质决定的。中学阶段对于物质性质的讨论无外乎物理性质和化学性质，物理性质的主要表现有物质的颜色、状态、溶解性、熔点、沸点、密度和气味（色、态、溶、熔、沸、密、味）等。化学性质对于学生来讲，在初中时还没有形成系统的认识角度，需要日后逐渐建立起来，但至少可以先例举出可燃性、不稳定性、酸性等具体性质。此时需要强调的是，认识角度的建立比具体性质而言可能更为重要，因为认识角度可以帮助我们更加全面和立体地去认识物质。举个例子，有了上述物理性质的认识角度，我们可以对CO₂做出系统的描述，它是一种无色无味的气体，在水中溶解性不大，熔沸点很低，密度比空气大。据此，今后在学习新物质时，都可以按照这样一些方面去认识它们的物理性质，最多再了解一些特性即可。

性质还决定着变化，而变化又反映出物质的性质。例如，常压下，水的沸点是100 ^oC，这一物理性质就决定着加热至沸点温度时，水就要发生沸腾这个变化；相反，如果是一种未知的液体，希望测定它的沸点，就需要在沸腾（变化）时进行测量，此时的温度反映的正是未知液体物理性质的参数。

追根求源，物质的性质是由组成和微观结构共同决定的。金刚石和晶体硅具有相同的空间结构，但元素组成不同，因此二者性质迥异；金刚石与石墨都由碳原子组成，然而空间结构不同，因此二者也是截然不同的两种物质。未来在有机化学中我们格外强调“结构决定性质”，是由于大多数有机物的组成是相同或相似的，在无机化学中，组成和结构对于性质的影响都很重要。

整体来看这些要素间的逻辑关系。从微观的结构到宏观的应用提示我们在学习时要兼具宏观和微观两种视角，在认识物质和变化时要掌握感性地描述和理性地推导两种方法。对于物质组成和结构的研究离不开实验的研究方法，当我们进行电解水的实验时，结合氢气可燃、氧气助燃的化学性质，可以判断出水是由氢和氧两种元素组成的，相同条件下，根据生成氢气和氧气的体积之比，我们又了解到H原子和O原子的比例是2:1，在这一过程中，体现的是定性和定量相结合的研究方法。

这些逻辑关系反映的是一种客观存在的规律，即物质的组成和结构共同决定其性质、性质决定变化和用途，我们可以做到的正是去认识这一规律，为我所用，从我们的需求（用途）出发，设计物质应该具有的性质和变化，最终选取或者制造出满足我们需要的、特定组成和结构的物质，这是化学的魅力、也是人类伟大的主观能动性。

从化学概念的外延出发，化学变化就是微观层面上物质的运动和变化，是化学研究的核心内容。初中时对化学变化的定义是“有新物质生成”的变化，课堂上我选取的是荧光棒的例子，因为荧光棒的发光过程不仅有新物质生成，还体现着化学变化的重要特征——往往伴随着能量的变化。

从这个例子中，我们可以直观地看到，在化学变化中，反应物分子“破裂”后形成的“碎片”可以重新组合，形成新的分子，并释放出光能。化学学科核心素养的客观要求是发展学生“变化观念与平衡思想”的认知水平，那么在绪言课中，就应该在学生心里埋下这样的种子，随着学习的不断深入，未来还应该从其它角度更加本质地认识和理解化学变化。

荧光棒这一素材源自于《视觉之旅》系列精美的图书，其中包含了大量可被中学化学教学使用的资源，可以被我们多多挖掘和加工。

科学探究是化学研究的基础，也是“核心素养”的内涵之一，认识物质、认识变化都离不开实验的研究方法。课堂上我选取的是金属活动性的例子。经过初中化学的学习，学生知道Cu可以从溶液中置换出Ag，Fe可以从溶液中置换出Cu，这是两个独立的实验，那么分析就可以得到Fe也应该能够置换出Ag。事实上，金属活动顺序表的构建，一定不需要完成所有的两两组合式的实验，当我们得出金属活动性之后，就可以去预测并检验一些新的反应了。

在化学的研究中，经常会有这样的事情。人们先是遇到了一个个特殊的现象或化学变化，经过大量同类实验的实施后，得出一个初步的结论或者是变化的规律，在此基础上，再去进行一些有针对性的验证或尝试，进而去指导一个新的、甚至是未知的化学变化的发生。这一过程是“否定之否定”的，也就是螺旋式上升的，每一次上升，都经历了从“特殊”到“一般”再到“特殊”的循环，最终使这些规律日趋完善。对于学生而言，要体会和逐渐自觉去运用的，除了具体的实验方法外，还有分析与综合、归纳与演绎的本领。

规律不等同于真理，化学中所谓的规律，似乎总有一些“例外”，这也是学生学习化学时的苦恼。其实，世间万物在遵循着普遍规律的同时，当然都会保有自己的特性。哲学原理告诉我们，普遍性存在于特殊性之中，没有特殊性就没有普遍性，因此，所谓的“例外”，正是真实的存在。几年前的绪言课中，我们还设计过一个学生实验，将打磨好的镁条置于一定浓度的硫酸铜溶液中，学生并没有像预期的那样观察到镁把铜置换出来的典型现象，而是观察到了气体。在学习高中化学之前，他们对此是无法解释的，因为现象本身好像违背了置换反应的规律。这就需要教师进行引导，没有一成不变的“死”的规律，学习化学就是要学习物质的“千变万化”、规律的“千变万化”，切不可机械式地学习。

关于规律的普遍性和特殊性这个话题，2017年高考北京卷实验探究问题曾经做过精彩的设计。卷面上题目的设问也是从普遍性和特殊性两个角度来进行命题的。第一部分，关于普遍性的问题，直接让学生检验置换反应规律作用下的变化产物；第二部分，关于特殊性的问题，让学生展开实验探究，探寻规律之外的变化产物是如何产生的，题目的高潮部分，还考察到了主要矛盾和次要矛盾的辩证关系，可以说哲学味道十足。因此，教师的教学过程中，有必要适时地向学生传递一些简单的哲学思想。

关于“什么是化学”这个问题，就中学化学的教学而言，到此已经讨论得较为充分了。最后为学生介绍的是人类历史上的化学活动、近代化学科学的里程碑，特别是近代历史上中国在化学化工领域中为世界做出的贡献。我们鼓励孩子们认识历史上那些伟大的化学家，但不止于诺贝尔、门捷列夫或是居里夫人，我们更应该教育他们铭记中国的科学家，侯德榜、黄明龙、屠呦呦等对人类的贡献一点都不比外国人小，所有这些科学家的故事、自传、轶事都值得师生在课内外广泛了解和阅读。

第二个大的话题：为什么要学习化学？（Why study chemistry？）

这个问题的答案当然是：学习化学是有价值的。在课堂上，我们必须借助于真实的、学生所熟知的情境，向他们展示化学的巨大作用，不妨就从这场新冠病毒的疫情来看吧。

先是病毒的传播。在这次抗击疫情的过程中，我们时常听到一些名词，比如“飞沫传播”和“气溶胶传播”，二者有何区别？在即将学习的第一章内容中，胶体和分散系一节就会给出回答。

然后是病毒的防控。以口罩、防护服、护目镜为代表的的化学合成材料在这次疫情的防控过程中可以说立下了汗马功劳。这些材料是如何制造出来的？在煤化工或石油化学工业中，我们可以获取到丙烯等一些基础的化学原料，丙烯经过聚合反应得到聚丙烯树脂，再通过熔喷等特定的化学工艺流程就可以得到制品。

可见，一只口罩的诞生过程融合了化学、化工、医药等领域的知识与技术，这种“一棵菜”的精神需要我们去发扬光大，其前提是教师要努力培养出适应时代和国家需求的专门型人才、复合型人才。

小小的口罩也不禁让人在夜深人静时产生许多联想：口罩虽小，责任却是重大的，因为对我们每个人而言，它是阻挡病毒的最后一道防线！一只普通的医用口罩通常由三层聚丙烯熔喷布复合而成，这里体现的是团结的力量；为了节约资源，科学家们还在朝着研发可重复利用的口罩的方向努力，这是一种精益求精的态度。

这是我当时在朋友圈留下的一段话：“至今记得在北化上物理化学课程时一位老师的批评: 出去别说你是学高分子的，你能给我做个牙刷出来吗？聚丙烯，这个常见的不能再常见的高分子化合物，在这次抗击疫情的过程中保护和挽救了太多人的生命。后来一位先生说过，那些最惊世骇俗的发明，它们的设计思想往往都是最简单的！周老师的“甲壳型聚合物”如此，吕老师的“组合摩擦材料”如此，唐老师的“聚集诱导发光”也如此，再远点儿，侯德榜的“联合制碱”如此，居里夫人对镭的提取更是如此。用最简单的原料，原理，工艺完全可以解决我们面临的一些重大难题。新理论，新技术，新工艺只有在发挥出真实价值的时候才是活生生的，不必总去追求那些虚无缥缈的高大上。”

最后是关于消毒。首先得认识这种病毒的生物学结构，我们才能有的放矢地去消杀，为此，我专门请教了生物老师，新冠病毒主要是由RNA和穿插着一些特定蛋白质的脂类外壳组成。破坏病毒的蛋白质保护层，是消毒的重要思路，对此，可以有物理和化学两种方法。

医用酒精的一种作用机理是可以将病毒保护层中的脂类物质或蛋白质多肽链的局部结构溶解掉，高中阶段《有机化学基础》模块将会对蛋白质的结构和性质作详细的介绍。

化学的方法中，碘伏、84消毒水都具有氧化性，可以直接将病毒的有机体氧化，特别是关于84消毒水的制备和性质，是中学化学的一个重要教学内容，可以介绍给学生。比如，疫情中居家学习期间，就有同学参照网络上介绍的方法成功自制了84消毒水。

最后是一点感悟，化学的课堂不应该是冷冰冰的，所有的感动、感悟和感受，都可以不失时机的与学生分享，教学有“课标”，教育没有边界。

疫情令人有些紧张，在前些年的教学中，我们也曾创设过其它一些情境来为学生展示化学的魅力，比如，奥运会中的化学知识，学生同样可以真切地感知到学习化学的价值、学习化学能为这个世界带来的改变、为美好生活带来的各种可能。

“鲁科版”教材中还从“化学科学将在微观领域的探索中取得更大进展”、“将在资源、能源的合理开发、科学应用等方面大显身手”、“将继续推进材料科学的发展”、“将为解决环境问题提供保障”、“将进一步促进医学科学的发展”等方面，对化学科学的发展做出了美好的展望和无尽的期许，这些话题也都是我们进行教学的第一手素材，分子机器、人工智能、新能源、新材料、新药物的研究和开发等，无一不彰显着我们学习化学科学的意义。

从国际范围内看，在过去的十年中，以联合国的名义组织和发起的与化学相关的国际学术活动就有两次，2011年的国际化学年和2019年的国际化学元素周期表年，这也体现出化学学科在促进人类社会发展和技术进步等方面所发挥的不可替代的作用，化学的学科价值将会越来越重要。

从化学与其它学科的关系看，自然科学中几乎所有的学科都与化学有着直接或间接的联系，化学是学习其它许多专业的基础，国外经典的化学教材专门还给化学列出了一个副标题——中心科学。

所以，好好学化学，好好教化学吧。

那么到了第三个问题，如何学好高中化学？（How to study chemistry？）

首先为学生比较了初高中化学学习的不同特点，主要的区别有：物质和变化的种类、规律和思维的层次、研究和学习的角度。

其次要强调科学的学习环节、实验探究的环节，缺一不可。

然后从掌握知识的三环节“懂”、“会”、“对”三个层次剖析学生在未来的学习中可能存在的问题及解决的对策。

懂：指的是教师在课堂上讲清楚，学生听得明白，能够理解。这主要包含描述性知识、概念性知识和推理性知识。描述性知识要学得全面和准确，概念性知识要注重概念的建立过程和概念的形象化理解，推理性知识要关注逻辑链条的严密性和生成性。一句话，学生懂不懂，关键看老师的课堂教学是不是合格。

会：如果老师的教学没有问题，学生都能懂，那么，接下来，就是学生如何将懂了的知识消化吸收的问题了。判断学生是不是学会了的最简单的方法就是，当学生在没有任何提示的情况下，能否像老师那样把知识娓娓道来、将逻辑清晰捋顺，所以我们有了提问、考试、默写等各种检测方法。

对：都会了，是不是就能把题做对？当然不是，作为教师，我们非常清楚，从会到对的过程是比较艰难的。有一种失分的原因是，直到答案摆在面前时还做不对，那就是在这个知识点上存在着理解方面的偏差或者是完全不懂，需要及时矫正和补补课，这个问题不可怕；第二种可能性是能做对，但离不开学习资料，这说明，知识掌握的不扎实，没有完全内化于心，这个问题也不可怕，重复性的加强训练可以解决；第三种可能性是最可怕的：一看就会，一写就错，这是当下一些同学的普遍性问题，值得教师重视，针对不同特点的学生采取不同的方法进行引导，要有耐心、持之以恒地培养学生严谨认真、不浮躁的学习态度和做事情的态度。

对于化学的学习而言，一个重要的、很好的学习方法是作总结。总结可以分为很多种，比如，我要求学生要有两个笔记本，其中一个用于课堂上的速记，不需要记得多么工整，因为课堂上的重点是听懂，另一个笔记本用于课后对听讲内容的梳理、整理和总结，而且必须在当天完成，防止遗忘，整理笔记这件事情是每天必须完成的功课，其重要性比做任何题都要更大一些。除此之外，也可以做专题性的总结或单元总结，还有的同学习惯准备错题本或好题本，善于将典型题目收集起来用于日后的复习，这都是值得推广的做法。

具体怎么记笔记、做总结，要有示范，我通常会在绪言课上展示往届同学的优秀笔记和改错本，这样在学生那里就有了标准，就知道了该怎么做。开学一个月后，也会把现在班上同学做得好的拿出来分享和展示，让优秀的学习习惯在班级形成一种风气，让高中阶段的化学教学和学习踏踏实实地行进。

下面这段话是我在一次年级的学法讲座上谈到的，源自于多年学习化学和教育学生过程中的些许体会。

作为整个绪言课的结尾，除了用这段话来诠释我个人对化学的一种理解，更应该和学生一起树立强大的社会责任感，鼓励孩子们脚踏实地地学好化学知识，用化学知识的强大武器做国家最需要的事情，为人类的幸福做最有价值的事情。