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中学化学到底学习什么?如何看待它

来源:化学进展 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-06-23
作者:网站采编
关键词:
摘要:“今天上课,化学老师和我们说:“当你上高中时,你会发现你初中化学学的一堆是错的。再当你上大学时,你又会发现你高中又学了一堆错的。”听到这,我想弄明白,作为一个高中

“今天上课,化学老师和我们说:“当你上高中时,你会发现你初中化学学的一堆是错的。再当你上大学时,你又会发现你高中又学了一堆错的。”听到这,我想弄明白,作为一个高中生,应该用什么样的思维去对待这一学科。在学习化学时,我更想去了解其中的原理,但是在高中这个阶段我刚觉我身边的人并不是太注重这个方面,通常都是老师说什么就是什么。”

? ?化学,其实一门标准的科学。只不过还没有被数学完全渗透罢了。这门学科具有在短时间内无法被替代的重要意义。所以我首先要说珍爱生命远离剃头哥等诡辩者。当然,请你也不要轻信诸如“有机合成才是真正的化学”之类虽有道理但是井底之蛙的言论。

? ?当然,这个回答的读者也包括受过大学教育的人。所以,如果你有高数背景,那么,题主所提出的,初中教的东西高中被推翻,高中教的大学被推翻的现象,可以被理解为:你学习化学本质的过程,其实就是一个泰勒展开的过程。化学的本质就像真正的复杂的函数,不同级别的化学就像是对函数的一阶,二阶,和高阶展开。初高中化学,就像低阶展开,有时候偏差很明显,但是整体方向却没错。那么接下来,你要提高解决问题的精确程度,你就开始向高阶展开,高中就是高阶,大学化学又高一阶,相信我,这个过程还可以无限持续下去。随着你被化学课折磨的越来越多,你对化学过程的本质就会更加接近。

? ? 对于可能没有高数背景的题主,我这么说吧,首先有关于泰勒展开的科普,其实挺不错,了解一下。如果不想看,那我试着从另一个角度说,首先你看到的是杂乱无章毫无规律的自然“奇迹”,比如说,你看到一种叫盐酸的东西可以腐蚀矿物质。然后你用了一套初中化学的体系,简洁而成功的理解了这个问题:你们初中课本讲过:在水中电离氢离子的是酸,电离氢氧根的是碱。(这其实就是阿伦尼乌斯提出的酸碱理论)金属阳离子和酸根阴离子组成盐,矿物质与盐酸反应,就是课本里的复分解反应。一个反应要发生,需要生成气体或沉淀。这是初中化学。简单,又有效。大部分时候能解决问题。

? ? 但是你可能会在实验室注意到一个现象:如果你有一瓶敞开的盐酸和一瓶敞开的氨水,你可能会看到俩瓶子中间的空中有白烟。这似乎没法用初中的酸碱来解释。那怎么办?在大学里(也许现在高中也会讲)你会学到一个延伸版的酸碱模型:提供质子(氢离子)的是酸,接受质子的是碱。(这就是Bronstead酸碱模型)咋一看似乎跟之前没区别。但是仔细想想,这就不一定光是水溶液了。对于那个白烟,那就是空中的HCl 给出质子,NH3接受质子,变成了NH4Cl氯化铵分子,是固体,所以成了白烟。

? ? ?几乎所有的酸碱反应都可以套进这个模型。但是,化学家还不满足。于是你在大学化学还会学到路易斯酸碱模型。在这里,他们不管氢离子了,提出:给出电子对的是碱,接受电子对的是酸。所以,乙醇钠其实是碱,而且在有机化学里,是个著名的“碱”。现在你回过头,看看从初中到现在,其实虽然知识翻天覆地,但是逻辑并不混乱,只不过越来越深了。

? ? ?这其实代表了人类探索未知的一般思路。先搞一套简单的模型,只要能解释现象,提供预测就好。然后,再逐渐探索,修改现有的理论。书上对于新理论代替旧理论的描述,有时候其实太夸张啦。即使是相对论,也不是说“推翻了”牛顿定律。它只不过比牛顿定律适用范围更广。大部分时候,我们仍然在用牛顿定律之类的旧理论,或者想你初中理科里那些初级知识。他们简单,易懂,有效。

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很多时候,很多人眼高手低。他们认为有漏洞过的理论不值得学习。这并不值得提倡。因为人的学习不是一蹴而就的,大部分人不是天才,需要一步步来。

对于大学毕业的其他读者,我在博士期间学到的一个重要道理是:不要等到所有的数据都采集到了,所有的模型都建好并且完美的切合了数据,才动手写文章。你对于你研究的认识,一定会在写的过程中有所变化,或者说有所进步。你需要做的是边写,边修改自己的模型,补新的数据。你趋向真相的道路,很少是笔直的。

最后,当我执教美国本科生的大学化学时,我突然意识到初中和高中化学的意义。我的学生们(他们不是学渣,是正常美国学生水平)上大学之前平均学过仅仅一年化学。执教时我认识到,美国这里抛开中国初中教的那些酸碱盐,高中那些勒夏特列原理和各族元素概论,直接从原子核开始,讲原子轨道,讲化学键,再讲酸碱反应和滴定,是要了他们命的。可能有些人会觉得,先讲分子怎么组成,再讲反应这不是很棒吗?但是,化学的学习其实很仰赖你对于化学现象的掌握和积累。没有学过酸碱盐和各族化学的美国小本们,即使学完电负性,当我说浓硝酸的酸性是源于氮较大的电负性时,是没概念的。直到实验室里他们把硬币放进去浓硝酸里煮的时候,才知道了我想表达啥。

文章来源:《化学进展》 网址: http://www.hxjzzz.cn/zonghexinwen/2021/0623/1364.html



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