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按照理解型学习的理念，任何一个学科的学习（和研究）都需要从这个学科的典型责任开始，通过回答这个学科的典型对象上的典型问题来学习和假装着创造知识（以及创造知识），体会到这个学科的典型思维方式、典型分析方法，最终做到像这个学科的专家一样来探索世界、创造和创造性地使用知识，或者至少能够欣赏知识的创造和创造性地使用。 用更加抽象的语言来说，学什么：任何学习要学到高层知识生成器；怎么学：创造体验式学习，上下左右贯通，从具体知识的创造具体问题的回答中体会到学科大图景。 那么，按照这个理念，化学应该学什么，怎么学呢？
看了一下当前的化学教材和考题题，其中大量的问题是关于什么东西和什么东西在什么条件下如何如何放到一起会发生什么现象，哪个仪器用于做什么如何操作，以及这些问题的组合。化学基本上就成了记忆性知识为主的学科。没有一条主线，或者说主线有，但是没有围绕主线。于是，我一个物理学家，来试试论述一下化学是什么，学什么，怎么学。 化学的研究对象是化学变化，或者说参与化学变化的物质及其参与的化学变化。什么是化学变化呢？借助物理学的概念来说，就是分子发生了改变但是原子核不发生改变的变化，也就是说，仅仅是原子核外的电子的重新组合排布导致的变化。大概来说，这样的一门学科的目的是，来看看通过这样的变化可以理解自然界中哪些现象，可以指导来（通过化学变化来）创造哪些新的物质。 如果是这样看，那么其知识的主线就很简单很清晰了。首先，我们得认识物质的原子分子结构。这个“认识”包含知识的结果和得到知识的过程。过程这里暂时不去管它，先交代结果，那就是： 物质结构：物质是由分子（金属等具有晶格的材料的构成方式比较奇怪，交给物理学去研究，大概来说我们仍然把它们看做由分子构成；某些分子是单原子分子，这时候，我们仍然从概念上区分原子核和分子，不过就是由单原子构成的分子）构成的，分子是由原子构成的，原子包含原子核和核外电子，原子核内包含带正电的质子和不带电的中子。我们可以按照质子数来给原子编号，称为原子序数。原子的主要质量都在原子核内部，质子和中子质量很多时候近似可以看做相等。因此，原子质量数（以一个质子当质量标准大小）就是中子数和质子数之和。由于原子整体电中性，因此质子数和核外电子数一样多。注意，这部分知识都是需要通过实验检验加上模型构建的思考、实验检验来得到的。这里仅仅是暂时不交代这个得到的过程。通常这部分过程可以在物理里面学到。顺便，什么是分子呢？就是那个不断地细分下去仍然保持这个物质的主要性质的极限，一旦超越这个细分的极限就不再具有这种物质的主要性质了。例如水不断地分成更小更小的水滴，只要它仍然可以用来解渴则仍然是水，但是如果我们有办法通过某种方式（这里是电解）把水拆分成氧气和氢气，则氧气和氢气都不再能用于解渴了，我们就说，这个拆分之前仍然是水分子，拆分之后就不是了。 核外电子排布：一定程度上，核外电子的排布方式可以看做是分层的电子云，第一层最多2个（称作第一层满壳层电子数），第二层最多8个（称作第二层满壳层电子数），第三层最多8个（称作第三层满壳层电子数）。其实，这里的说法是不准确的，包括这里的层的概念都是用的不严格的，将来会学习到更加准确的说法，以及这些说法的来源——核外电子的量子态及其简并度。不过，暂时够用。也就是说，我们将来得在学习了量子力学之后，来用于第一条原子结构的计算，然后得到第二条。在那之前，可以暂时先把第二条当做独立的可以接受的需要记忆的知识。 失电子和得电子：对于核外电子排布接近（这里的接近的意思是，比如第一层2个，第二层1个电子，则其接近只有第一层的2个电子，也就是失去一个就满壳层了；比如，第一层1个，第二层7个，则其接近第二层8个，也就是得到一个电子就满壳层了。大概来说，如果是第二层，则4个是边界，大于4个更容易获得电子来满壳层，小于4个更容易失去电子来满壳层）满壳层的原子，其具有失去电子级或者获得电子的倾向来使得其达到满壳层的状态——某种稳定态。为什么原子具有这样的倾向，我们也需要将来量子力学来回答。目前也可以当做不得不接受的不得不需要单独记住的知识。 从元素到分子式，化学键：有了物质的分子原子结构、核外电子的排布、电子排布和失电子得电子的关系，我们就可以写下来已知元素构成的分子的分子式了。例如NaCl，一个倾向于失去一个电子，一个倾向于获得一个电子，因此，它们1:1的组合正好可以使得两种原子都满意，都处于稳定态。在这里，还可以进一步介绍一下离子键和共价键的知识。这部分知识的获得方式不过就是前面的更加基本的知识的基础上加上数学计算。当然，最好这部分知识做个单独的实验检验。 化学变化的定义：基于前面的知识，我们终于可以明确地理解什么是化学变化了——分子发生了改变，原子核不发生改变，也就是只有核外电子排布发生了改变。
从分子式到化学反应式：基于写下来的每种物质的分子式（这个本身需要实验检验），我们就可以写下来反应方程式，进一步通过化学变化的定义——原子的种类和数量不变，可以配平反应方程式，就可以开展化学计算分析了。
这样，从正向逻辑看来，我们就有了指导和解释各种化学变化的核心理论——核外电子重新排布导致的变化。
当然，从学科发展历史的角度看，从体会到什么是科学的角度，我们还应该换一个反向的思路来重新学一遍上面的知识：我们先从现象和测量开始，积累一些化学反应的数据；然后，我们来从数据中发现规律，对于化学来说尤其是比例规律；接着，我们企图来解释这样的比例规律，或者基于这样的比例规律来猜测新的物质制备方式和配方；最后，我们发现，我们需要构建上面的化学反应方程式来解释这些比例规律和指导设计这些配方；最后的最后，我们发现这些反应方程式背后的概念是物质的原子分子结构及其背后的量子力学。 至于那些关于仪器使用的知识、那些具体化学反应的现象级别的知识，最多也就是在这里充当一下反向思路中启发猜测到底什么物质参与了反应这一点。这根本就不是化学学科的主线知识。
经过这样的正面和反面两个过程，才真正地实现了融会贯通，基本概念和化学学科的大图景（典型研究对象、研究问题、思维方式、分析方法、学科责任）、化学和整个科学的关系（从化学中体会到什么是科学，从什么是科学中体会到什么是化学）、从第零层到第四层知识之间的双向生成关系。这才是化学这样学，化学学这个！这也为将来真的学习化学或者学习化工做好了准备——你看你要从现象走到多个电子的量子力学，或者从多个电子的量子力学走到现象。
我不知道化学教材的编撰者是不是化学家。我觉得他们不是。或者说，化学家难道真的和我这个物理学家看化学不一样？明明一个主线知识很明确的学科，会变成一个记忆现象层面和操作层面的知识为主的学科。难道化学是炼金术，化学是新东方厨艺学校？甚至厨艺学校可能也不仅仅是流程和配方的记忆，也得问问背后的道理从而来形成理解 
吧？
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