高中化学教学论文 三读“化学教学中值得关注的一些问题”VIP

三读“化学教学中值得关注的一些问题”摘要：对“化学教学中值得关注的一些问题”一文的三次阅读，理解关注化学教学中错误命题的重要意义，针对文中关于原子半径、Ca(HCO3)2沉淀以及酸与水的有关问题提出质疑并进行讨论，并从科学方法使用的角度分析了错误命题的产生原因，从教学应用角度阐述了错误命题的教学价值。关键词：错误命题；类比；归纳 化学教学2020年第11期刊登了唐敏老师所作的题为“化学教学中值得关注的一些问题”1一文（下称“问题”一文），我刚拿到杂志就拜读了一遍，我被文中有针对性地对一些错误命题的深刻分析深深地吸引住了，同时也被唐敏老师严谨治学的作风、日积月累的习惯深深地感动了。寒假在校值班的一天，我又从头到尾详读了两遍。现将这三次阅读中的诸多感想与同仁一起分享和探讨。1 第一次阅读的启示的确，课堂教学中的口误和笔误是相当多的，这对一个化学教师来说是需要努力克服的。同时，化学教学中还存在太多不成熟的甚至错误的命题，如果这些错误命题主要来自于教师个人的认识误区，这是不应该的。“问题”一文中明确指出“值得关注”，同时还多次强调教师要加强专业修炼“多学习、多充电”。对此，我也十分赞赏。此外，“问题”一文中还指出：“在教学中，我们不能把话讲得太死，这样容易犯科学性错误”，对这句话我是有深刻体会的。就拿“混合物”来说吧，“像空气这样由两种或多种物质混合而成的物质叫混合物”2，虽然前后两个“物质”在内涵上是不同的，但是这种用“物质”来定义“物质”的定义简直就是“绕口令”，因此我也经常避开，将它改为“由两种或多种成分混合而成的物质叫混合物”。又如“问题”一文中针对“酚遇氯化铁显紫色”这一错误命题，指出“酚遇氯化铁都显色，但不一定是紫色，而且还可能是沉淀”，在大学有机化学中的描述则往往是“大多数酚与FeCl3溶液作用生成带颜色的络离子，不同的酚生成的颜色各不相同”3。化学中带有“一般”、“大多数”、“绝大多数”的描述是相当普遍的，可见，化学既不像数学那样“经典”也不像物理那样“确切”。我个人虽然也曾经把化学定义为“变化之学”4，但在与同行交流时也经常用“不死不活，先死后活”来形容中学化学学科的学习特点。所谓“不死不活”指的是中学阶段的化学学习既不像典型的理科如数学和物理学科那样偏向于纯粹的逻辑来学习，也不像典型的文科那样偏向于机械的记忆来学习；所谓“先死后活”指的是中学化学学习往往是先要记忆大量的关于物质的性质、概念和原理，然后才能在这些知识的基础上熟练运用，并逐渐减少了记忆的份量。我觉得造成中学化学学科学习“不死不活”的原因有二：首先，化学学科本身仍在不断的发展变化。化学的研究对象是物质，化学同时又在不断地创造新的物质，可以说，我们的研究对象是无穷尽的，其结论是由不完全归纳法得到的，因此具有较大的不确定性，这同时也预示化学学科具有更为广阔的研究空间和发展前景。其次，化学学习是一个不断发展的过程。中学阶段的化学学习是化学学习的启蒙阶段，因此也没有必要下太多的定论，或许能给学生的发展留更多的思考空间。2 第二次阅读的探讨任何论述都不可能天衣无缝，因此我在第二次阅读中假定“问题”一文中的某些观点是错误的，我试图找出其中的错误或不足，并且寻找证据以将它驳倒，这样的阅读的确很困难。但是我只想到了一些不同的观点和看法，或者只能说是一些蛛丝马迹，也找不到将其驳倒的确凿证据。在此与大家一起探讨三个问题，以求抛砖引玉，从而对这些问题的思考有更开阔的思路，有更深刻的认识。2.1 关于原子半径的探讨“问题”一文中指出：“在进行原子或离子半径大小比较时，电子层数越多半径越大。只要查一下有关半径的数据，就会发现一般IA和IIA的原子半径都比其下一周期的VIA、VIIA的原子半径大，显然电子层数越多半径越大的结论有点想当然。”“电子层数越多半径越大”这个命题本身有致命的弱点我们暂且不论，但我认为，这一命题至少在一定条件下是成立的。考虑问题是需要条件的，没有条件，命题要么就是真理，放之四海皆受用，要么就是没有任何用处。命题如果没有条件，或许更有断章取义的嫌疑。如果给上述命题加上合理的条件也未尝不可，如“一般情况下，电子层数越多半径越大”，显然，这些描述对于教师来说意义不大，但是对于学生来说并不是没有意义的，至少能让他们认识到这样一种规律的存在，但又不是确凿无疑的，还有继续考证的必要。如教材中的描述：“碱金属元素的原子，其最外电子层上都只有1个电子，随着核电荷数的增多，它们的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大”5，这一结论同样可以推广到其他各主族元素的原子半径比较。此外，原子半径的标度很多，各种不同标度的原子半径显然不同，甚至差别可能很大。通常书籍上记载的原子半径往往是通过测定结构的实验方法进行计算而得到的，但是它同样仍有三种基本形式：一是“共价半径”，由共价分子或原子晶体中原子的核间距计算而得；二是“范德华半径”，由共价分子之间的最短距离计算而得；三是“金属半径”，由金属晶体中原子的最短核间距计算而得。一般说来，共价半径较小，金属半径居中，范德华半径最大6。原高中化学教材中也曾以脚注的方式指出：“稀有气体元素的原子半径测定与相邻非金属元素的依据不同，数字不具有可比性，故不列出。”7这一表述中其实也隐含了金属原子与非金属原子半径的测定方式也不尽相同。如在国际上享有盛誉的兰氏化学手册8中所载的原子半径绝大多数是金属的原子半径，氢、氮、氧、氯、溴、碳、砷、碘等非金属元素则没有列出原子半径，而它们的半径则列在共价半径栏目中。显然，把3种不同概念的原子半径混为一谈是毫无意义的。换言之，比较不同原子的相对大小，取用的数据来源必须一致。2.2 关于Ca(HCO3)2沉淀的探讨“问题”一文中指出：“NaHCO3与CaCl2、BaCl2等不反应，这也是教师不去查证的结果，由于碳酸氢钙和碳酸氢钡能溶于水，但溶解度并不是很大，所以当二者的浓度稍大，就会明显地看到白色沉淀。”NaHCO3与CaCl2、BaCl2反应的确能得到白色浑浊，究竟是不是Ca(HCO3)2和Ba(HCO3)2，我认为需要考证。“问题”一文中称“溶解度并不是很大”，我翻遍兰氏化学手册和化学数据速查手册9竟然找不到碱土金属的碳酸氢盐的踪影，更不用说它们的物理性质和热力学参数了。可见，迄今为止尚未有人从水溶液中分离出Ca(HCO3)2和Ba(HCO3)2等碱土金属的碳酸氢盐，但是几乎所有的化学教材却都承认Ca(HCO3)2和Ba(HCO3)2的存在，如大学无机化学教材中就有这样的描述：“碱土金属的硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、醋酸盐、酸式碳酸盐、酸式草酸盐、磷酸二氢盐易溶”10。我认为，我们与其信其无，不如信其有，这正像我们还没有分离出H2CO3，但仍然相信有这种物质的存在。如果这种沉淀是Ca(HCO3)2和Ba(HCO3)2，那么我们得到Ca(HCO3)2和Ba(HCO3)2应该是很容易的事情，按理也就可以获得它们的物理性质的数据，但这又与上述手册中的具体表现是有出入的。因此，我认为这种沉淀最有可能是CaCO3（或BaCO3）。因为在NaHCO3溶液中存在以下三个化学平衡：H2OH+OH-，HCO3-H+CO32-，HCO3-+H2OH2CO3+OH-。已知25时，0.1molL-1的NaHCO3溶液的pH值为8.3，H2CO3的电离常数K1=4.310-7，K2=5.6110-1111，CaCO3的溶度积常熟Ksp=4.9610-912。因此有：c(H+)=10-8.3molL-1，c(OH-)=10-6.7molL-1。设c(HCO3-)=x molL-1，c(CO32-)=y molL-1，c(H2CO3)=z molL-1，则有：c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=x+y+z=0.1，c(H+)c(CO32-)/c(HCO3-)= 10-8.3y/x=K2=5.6110-11，c(H2CO3)c(OH-)/c(HCO3-)=z10-6.7/x=Kw/K1=10-14/(4.310-7)。由此可以得到：x=c(HCO3-)=8.8610-2molL-1，y=c(CO32-)=9.9210-4molL-1，z=c(H2CO3)=1.0410-2molL-1。假设在3mL 0.1molL-1的NaHCO3溶液中滴入1滴(以1/20 mL计)0.1molL-1的CaCl2溶液，则有：c(Ca2+)= 0.1molL-1 (1/20)mL/3mL=1.6710-3molL-1，c(Ca2+)c(CO32-)=1.6710-3a9.9210-4=1.6610-7Ksp= 4.9610-9。从计算的角度看，向0.1 molL-1的NaHCO3溶液中滴加1滴0.1molL-1的CaCl2就能产生CaCO3沉淀。2.3 关于酸与水的探讨“问题”一文中多次谈到有关酸与水的问题，文中认为“钠和水的反应可以认为是钠与水电离出的氢离子反应”，“苯酚的酸性比乙醇强，所以钠与苯酚要比钠与乙醇反应快”，“酸都是抑制水的电离”等三个命题存在着错误，而我认为都有必要作深入探讨。金属钠在与水的反应中失去电子，那就要看水中哪些微粒最容易得电子（H+H2OOH-），但是又要考虑到浓度问题（H2OH+=OH-）。我们是否可以作这样的假设，金属钠与水反应可能存在以下两种并存的竞争过程（图1）：NaNa+e-，H2O+e- H2O-H2O- OH-+HH+HH2()H2OH+OH-NaNa+e-，H+e- HH+HH2()图1 Na与H2O反应的可能过程如果作了这样的假设，就可以比较妥当地解释水和盐酸分别与金属钠反应时现象的相似性了。我认为“钠和水的反应可以认为是钠与水电离出的氢离子反应”至少在形式上应该是正确的，至于真正的反应机理如何，我们也无法确认。苯酚和乙醇分别与金属钠反应在产生氢气的速率比较上出现的意外现象则是因为反应生成的苯酚钠和乙醇钠难溶于苯酚而易溶于乙醇所致。如果选择能快速溶解苯酚钠和乙醇钠的溶剂如丙酮，则可以得到较为明显的现象。此外，在金属钠与液体反应的速率比较中，我们往往借助于产生H2气泡的速率来判断化学反应的速率，但应该引起注意的是，这些实验中最难控制的因素就是如何保证金属钠与液体的同等接触，当金属钠浮在液面上时，我们就难以确信这种比较是科学的。“问题”一文中以硼酸H3BO3+H2OB(OH)4-+H+来反驳命题“酸都是抑制水的电离”，这显然是正确的。并且建立了一个新的命题“自身能电离产生氢离子的物质，对水的电离都是起抑制作用的”，并以“NaHSO4、NaHSO3、NaH2PO4等虽然不是酸，但自身能电离出氢离子，所以也都是抑制水的电离的”佐证。我想这个新的命题可能还是不够科学，我想举两个例子：第一个是自身能电离产生H+的水（H2OH+OH-），但它却不能影响水的电离平衡；第二个是自身不能电离产生H+的氯化氢气体（非得溶于水才能电离产生H+，这实际上是酸的通性，通常也可以表示为HCl+H2O=H3O+Cl-），但它却能抑制水的电离。从这一点上看上述新命题中对所谓的“自身能电离产生氢离子的物质”没有做好解释。实际上NaHSO4、NaHSO3、NaH2PO4等自身能否电离出H+是比较清楚的事，它们只有溶于水时才能电离产生H+。倘若我们承认NaHSO4等自身能够电离出H+，是否我们同样可以认为NaHCO3也能够电离出H+(NaHCO3=Na+HCO3-，HCO3-H+CO32-)呢？只不过是程度大小有别罢了，否则我们就只能说NaHCO3溶液中不存在CO32-，这显然与事实不符。事实上，我们很难给“如何才能抑制水的电离”下一个定论，或创造这样一个命题：“在温度不变的情况下，在不消耗H2O的前提下，增大溶液中H+或OH-的浓度均能抑制水的电离”，或许较为确切。3 第三次阅读的反思在前两次阅读的基础上进行的第三次阅读，希望能对文章所讨论的内容提出自己的看法。下面从两个角度对“问题”一文中所讨论的问题谈一些不太成熟的看法与大家商讨。3.1 错误命题的原因分析从命题的来源分析“问题”一文中所列举的错误命题，其形成的基本途径是类比和归纳。很早以前，我国就有“触类旁通”、“举一反三”的成语，言简意骇，完备而深刻地说明了类比在认识中的重大作用。卢瑟福的原子结构“行星模型”、惠更斯的光“波动说”、德布罗意的物质粒子“波粒二象性”、狄拉克的“正电子预言”、达尔文的“自然选择”、哈维的血液循环理论、欧姆定律、细胞学说等，都有类比方法的汗马功劳。但是，世界上至善尽美的东西是不存在的。创造性有余而可靠性不足，正是类比方法二重性的表现。也就是说，类比方法所得出的结论具有或然性。如果有人进行统计，一定会发现，成功的事例远远少于失败的事例。类比是一种从特殊到特殊的推理，是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推断出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑方法。事物之间具有相同点或相似点，这使类比成为可能。但事物之间必有差异，这就使类比的结论带有或然性。一般说来，两个事物相似方面越多，相似方面的相关性越强、不同方面的相关性也越强，我们才较为确信这种类比的可靠性。因此，我们在充分估价类比的开拓、创新作用的同时，必须保持清新的头脑，认识到类比的天生不足，做到依靠它又不迷信它，不把它绝对化，而要巧妙地配之以其他的科学方法，从而使思想更加符合客观实际。归纳是从特殊到一般的推理，就是根据某些事物具有的共同属性，推断出整类事物都具有这种共同属性。科学研究的根本任务就是揭示一般，可见归纳法在科学中也大有“用武之地”。科学史中诸如波义耳定律、盖-吕萨克定律、查理定律、奥斯特定律、法拉第定律、生存竞争规律以及能量守恒与转化定律等等，都是借归纳之助而总结出来的。使用归纳法，可以帮助我们从感性经验走向理性认识。但是我们平常所使用的归纳法却往往是不完全归纳法，其研究对象的不完全，没有穷举全部对象，因而就不能担保没有例外，以偏概全是靠不住的。正如美国著名物理学家、1965年诺贝尔物理学奖得主理查德费恩曼在科学的不确定性一文中指出的：我们今天称之为科学知识的东西，就是由具有不同程度的不确定性陈述所构成的集合体，它们中的一些很难确定是否正确，一些几乎可以肯定是正确的，但是没有确定无疑是绝对正确的。133.2 错误命题的教学价值通过对“问题”一文的三次阅读和思考，我对教学中的命题有以下认识：首先，谁是命题的创造主体？教师不应该成为创造命题的主体，更不应该让学生死记教师创造的命题，更何况有些命题或许是目前来看就是错误的，学生应该是命题创造和命题分析的主体。其次，错误命题有无价值？一个命题，不管是正确还是错误的，都有其存在的价值，即便是一个错误的命题，它同样可以让我们认识到错误所在，还可以帮助我们避免错误的方向，同时又可以让我们对问题的认识在广度和深度上拓展和延伸。查德费恩曼说得好：“如果一个命题不属于科学的命题，而且它不能够接受观察的检验，并不意味着它是个无意义的命题、错误的命题或愚蠢的命题。”14科学研究中关于原子结构的认识过程就是一个典型的例子：电子的发现导致汤姆逊推敲“实心球”模型的正确性，并于1904年提出“面包夹葡萄干”模型，粒子散射实验发现了原子核导致卢瑟福推敲“面包夹葡萄干”模型的正确性，并于1911年提出了“行星模型”，难道我们就因此而否认道尔顿、汤姆逊对原子结构研究的贡献吗？答案显然是否定的！科学就是在不断发展变化着的科学，今天的“科学”百年之后未必仍然是“科学”。问题是科学研究和科学学习的起点，命题中存在问题或错误，恰恰可以为研究和学习找到新的起点。现以“问题”一文中提到的“由CO2与Na2O2反应来类比SO2与Na2O2反应”为例来说明错误命题的教学处理，其主要过程如下：回顾：要推测SO2与Na2O2的反应，就需要在已学的知