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古代化学的成就实用13篇

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古代化学的成就

篇1

前言

化学,从古代时就引起了重视。古代帝王的炼丹术,就是一种化学工艺,也是从那时起,化学教育起步了。对于当时而言,炼丹术就是一种新的化学工艺,随着历史的车轮,现在世界与那时相比较,进步的太多了,可是,化学的新工艺还是如雨后春笋一般地出现,我们要想取得更加辉煌的成就,就应该清楚地掌握现在化学新工艺的发展情况,然后再分析它的发展前景,这样才能让化学这一门科学更好地为人们所用。

一、重视化学的必要性

化学早已作为一门中学的必修课了,从这里就可以看出化学的重要程度。诺贝尔化学奖获得者H.W.Kroto曾经说过,二十一世纪虽然是一个以生命与信息为主要技术的时代,但是化学的地位非但没有降低,反而走上了新的高度,这是因为化学本身就是一门过渡的、集多种新兴技术于一身的学科。化学的发展已经引起世界各国的注意了,化学是一门可以引起质变的学科,为人类的不断发展起到了保驾护航的作用,世界的经济、社会发展都与之有相当密切的关系。以我国为例子,这几年化学研究方面取得了飞速的发展,相关的论文、期刊,不仅数量在增多,文章的质量也显著提升,这都是化学发展的客观反映。在如此大好的局势下,我们更应该抓住机遇,分析研究化学新工艺的发展情况与前景,从而推动化学的进一步发展。

二、国内外化学新工艺的发展现状

就国内而言,我们单单从近年来化学工作者所获得的奖励情况就可以看出化学新工艺的发展是多么迅猛:如侯建国等的“单分子结构与电子态的理论和实验研究”、陈新滋等的“新型手性配体的设计、制备及其在不对称催化反应中的应用”等奖项,都是高水平工艺的代表。下面就国内的化学新工艺中比较突出的几点现状做一简要介绍:

首先,出现了很多与生命科学融合的化学新工艺,比如化学与生物医学的联系,生物医用高分子材料就是一种化学上的新工艺,一般来讲,这种高分子材料分为体外应用与体内应用两大类,比较新的工艺是体内应用的生物可吸收或可降解的高分子材料。这些材料可以用于手术缝合、体内固定件等处。制造这些高分子的材料主要来源于胶原蛋白与一些人工合成的高分子,比如外消旋聚乳酸等物[1]。将化学与生命科学融合所取得的成绩是很显著的,成功地解决了一些医学上的难题,造福于人类。其次,相对重视与国民经济的结合,这一点是很容易理解的,正如我国始终把发展生产力、提高人民的生活水平作为基本一样,只有经济发展了,社会才能进步,因此,化学作为一门很重要的学科,当然也要重视促进经济的发展。并且在这一点上,我国取得了很多成绩,比如稀土镁合金的成功应用为神州6号飞船减重13kg,满足了国家的重大需求,再比如四川攀西矿高效、清洁稀土的分离流程,经专家鉴定一致认为“该流程达到国际领先水平”,这些都体现了化学新工艺与国民经济结合的密切性。再次,现在的化学新工艺的发展很重视创新,最具有代表性的就是纳米技术,纳米技术的应用范围很广泛,几乎涉及到了各个领域。比如应用纳米技术创建了一些高敏感度、高选择性的酶电化学传感器,可以用于医学[2]。再比如利用纳米技术制造了一些灵敏度高的、稳定的化学传感器,除此之外,纳米技术在研究高分子的工作中也有重要作用,比如杨柏等相关工作者,通过带烷基季铵化聚苯乙烯共聚物与巯基取代羧酸包覆的纳米晶复合,实现了其可加工性,能形成环状、螺环和纤维状的单色或多色微球,还能形成纳米图案化,在高含量化合物半导体量子点纳米粒子聚合物复合材料制备方面进展明显,这些成果对相关的科研、工业等领域都有很重要的作用。最后,将化学新工艺用于缓解环境污染也是一个新的尝试,这种尝试具有很高的实践性,并且已经取得了不错的效果。比如在水处理方面,科研人员将生物与化学工艺结合,研究出多种方法。比如BC法,这种方法既经济有效,又减少了投药量[3]。可以说是很重要的发现,而在对环境污染比较严重的方面,比如有毒物质的转移、水体沉淀物中的有机污染物降解等,相关的科研人员都进行了大量的实验研究,同样也取得了令人欣慰的成就,环境污染问题是关乎每一个人利益的事情,因此国际上对此的重视程度很高,运用化学工艺改善环境、减少污染,是一项需要一直坚持的事业。

以上只是化学新工艺目前为止在国内的较为典型的发展情况,对于国外而言,这些方面都有发展,并且相关工艺比国内要先进,比如对生活垃圾的处理,国外早就采取了一些生物化学的方法,可是这一技术在我国还并没有普及,我们应该加强与外国的联系,相互交流,促进化学的发展。

三、化学新工艺的发展前景

立足于有利于我国发展的长远角度来看,我认为化学新工艺的发展前景还是相当广阔的,化学是一门综合性学科,尤其是现在国际上的学术发展呈现出一种多元化的现象,越来越注重学科之间的相互融合,在这样的背景下,化学的地位愈加显现,通过化学,学者们可以把多个学科相贯通,这样也许就会产生一些新的思想、新的成就。尤其在一些纳米技术、材料技术、环境科学、航天科学、核技术方面,化学的新工艺已经取得了比较瞩目的成绩,相信在这些工艺的发展下,会在很大程度上推动社会科学的进步。

四、结束语

本文通过简要的分析了化学相关新工艺的发展现状与发展前景,体现出了化学的重要性,如今在日常生活中的方方面面都有可能应用到化学,化学已经具有不可替代的地位了,这不仅仅对相关的化学工作者提出了更高的要求,也对整个社会甚至整个国家提出了要求,从国家来讲,一定要营造一种学术的氛围,而对于个人,要积极地学习、研究,发现更多新的工艺,更好地造福于人类。

参考文献:

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化学中充满着形式简明、内涵丰富的科学美。化学规律、结构体系、化学方法都体现了客观事物的简单性、对称性、和谐性、统一性和奇异性;元素周期律集形式、结构美于一体,是真、善、美和谐统一的一个范例;诸多化学用语的形式简洁,内涵丰富;实验布局设计的独具匠心,实验员操作的干净利落、举止的优雅从容、神态的专注安详,实验现象的奇异多彩、效果的鲜明生动等等,无不显现化学的优美现象和艺术魅力。

二、在化学教学中创设学科美的情境

情境设计是许多教师在教学过程中经常运用的一种手段,教师在设计情境时应选择体现学科美的素材,给学生的第一印象应该是化学中美的一面。如在氯气的教学过程中,许多教师喜欢从氯气泄漏事故造成的危害或氯气在第二次世界大战中用作毒气弹引入,这样的情境设计让学生留下的印象就是化学是一门危险、可怕的学科,怎么可能让学生来喜欢这门学科呢?而如果我们能够从氯气用来漂白纸张和消毒自来水等应用方面引入,这样氯气给学生留下的第一印象却是好的一面,然后教师再提及氯气也有美中不足之处,这样的教学所达到的效果是完全不一样的。化学展现在学生面前不再是让人生畏的一门科学,而是充满活力和生机的一门自然科学。因此教师在教学过程中应尽可能设计化学中美的一面,让学生感受到化学给我们带来的美。

三、从古今中外化学成就中感受化学美

古今中外有许多化学成就都令人赞叹不已,在化学教学中教师应该让学生了解这些成就给我们带来的巨大变化。如在绪言课中,可以对学生讲述一些化学史,让学生了解中国古代劳动人民对化学的研究是令世人瞩目的,古代中国的火药、造纸术、瓷器文明于世。现代中国的化学发展也对世界做出了巨大的贡献,如世界上第一个人工合成具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素;我国著名化学家张青莲教授通过精确测定铟、铱、锑、铕等元素的相对原子质量,解决了一个几十年来悬而未决的难题,为元素相对原子质量的测定做出了卓越贡献。还可以向学生介绍一些国外对人类发展发挥积极作用的重大化学成就,如德国化学家哈伯发明的合成氨解决了地球上几十亿人口的粮食问题,意大利科学家伏打发明的伏打电池给我们日常生活带来的方便等等。通过介绍一些学生能够切身体会到的化学成就,让学生感受到化学给我们带来的好处。

篇3

一、通过实验教学培养学生学习兴趣

实验是化学课程的基础,对于化学教学有着重要的影响作用,因此,要想培养学生对于化学的兴趣,就要充分发挥实验的作用,使学生在教师演示实验和自身操作实验中提高学习的兴趣。

化学课程的实验一般分为教师演示实验和学生实验。教师演示实验操作严谨、现象明显,能够充分激发学生的学习兴趣。需要注意的是,教师在进行演示实验的时候要让学生认真观察,要对实验现象做详细真实的记录,不要只是因为好奇和好玩而忽视实验过程。在实验结束后,教师应该让学生分析和讨论实验,培养学生的观察能力和分析能力。教师还可引导学生对实验方法和实验器材进行改进,使实验现象更加明显。例如,铜和稀硝酸的反应,有的学生就设计出用注射器来做反应容器,颜色变化非常明显,学生对实验印象深刻,也会为自己的成就感到自豪,兴趣当然就有了。

学生亲自动手的学生实验更加富有趣味性和挑战性。当有的同学的实验现象与预期不符时,教师要就此问题让学生分析讨论原因并找出解决的办法,还应充分表扬做得好、会分析、善于总结的同学。这样,就会使学生的动手操作能力、分析和总结能力得到提高,学习热情明显高涨。

除了做好演示实验和学生实验以外,教师还必须开拓学生的思路,想方设法让学生联系生活实际,让他们用化学解决生活实际问题,在享受化学的同时,潜移默化的理解化学的重要性。

值得教师注意的是,学生对于化学实验的兴趣并不是非常稳定和持久的,一旦他们出现失误或遇到困难便会丧失信心。因此,为了全面提高学生对化学的学习兴趣,一方面要通过德育教育来培养学生坚强的意志,如通过介绍侯氏制碱法来激发学生的爱国热情及为了祖国的未来而努力学习化学的决心;另一方面教师还要在课堂教学上下工夫。

二、通过课堂教学提高学生学习兴趣

1.建立新型的师生关系,创造和谐的课堂环境,激发学生的学习兴趣

教师要在教学中转变教学观念,建立新型的师生关系,这既是教学改革和新课程实施的前提和条件,又是其内容和任务。教师必须树立民主平等的思想,尊重学生、欣赏学生,多表扬,少批评,让每个学生都在成就感中获得自信。并适时对学生进行期望激励,强化学生的学习兴趣。

2.培养学生良好的学习习惯,让他们学会学习

好习惯的养成可以受益终生。在教学大纲的指导下,教师要求学生有针对性地进行预习,通过预习使他们知道要学什么,要解决什么问题。让他们能有目的地进入课堂。课堂教学中鼓励学生勇于提出自己的见解,并适当设疑,让学生根据所学的知识和自己的预习体会进行独立思考,寻找解决问题的方法,让他们学会学习。

3.运用灵活多样的教学方法是激发学生学习兴趣的关键环节

篇4

一、化学教育中的爱国主义教育

学校的教学教育工作是以“德育为首”,“教学为主”。“德育为首”要求学校开设的全部课程都有对学生进行必要的思想品德教育。在化学教学过程中也可以对学生进行爱国主义教育。中学化学教材蕴含着丰富的爱国主义教学内容。在古代化学史上,我们的祖先取得了许多辉煌的成就。如造纸术、火药的发明和运用分别比欧洲早了几世纪,造纸术和火药是我国古代重要的化学工艺,也是我国成为文明古国的标志之一,两者的发明和运用推动了世界文明的进程。冶炼和瓷器也是我国古代重要的化学工艺,这些技术也远远领先于世界各国。在近、现代化学史上,我国的化学家也为人类社会的进步做出了巨大的贡献,特别是建国后,我国在化学工业上成果显著。如:我国的化学家同生物学家合作在世界上首次人工合成有生物活力的牛胰岛素。化学科学与化学工业上的成就保证了我国原子弹研制中有关化学材料的部分。我国化学家在世界上首次合成了化学结构与天然物相同的核糖核酸,为人工合成生命物质翻开了新的一页。

二、让学生积极参与化学教学

学校教育要把学生培养成为社会主义事业的建设者和接班人,首先要培养学生的参与精神。这就要求教育教学活动充分调动学生的积极性,培养参与的能力,创造参与的机会。下面就如何使学生积极地参与化学教学过程,谈几点具体做法:

1、激发学生学习兴趣

(1)理论联系实际,诱发学习兴趣。在面向全面建设小康社会的今天,现代化学正在帮助人类更好地解决能源、农业、环保、医疗、交通等方面的重大问题。这种发展趋势决定了化学在人们的生活中和新科技革命中的重要地位。化学教学要挖掘教学内容与材料、能源、环保、生命、农业等学科之间的联系,使学生感到生活中处处都有化学的存在。在科学技术和物质生产高度发展的今天,必须掌握一定的化学知识,从而激发他们热爱化学的情感和努力学习的动机。

(2)设计实验,激发学习兴趣。化学实验能以简单的操作,鲜明的实验现象对学生产生极大的吸引力。因此我们要充分利用实验,激发学生对化学的兴趣。实验的设计常有以下两种途径:(1)简化或重组演示实验,如将氨气与氯化氢的化合反应改为“空瓶生烟”;将二氧化碳与氢氧化钠的反应改为“变色喷泉”。(2)根据教学需要增加实验。如介绍浓硫酸的脱水性时增加“黑色面包”实验;在铁盐的教学中增加“自制墨水”实验等。

(3)揭示化学之美,巩固学习之兴趣。寓美于教,以化学所固有的和谐美去感染学生,陶冶他们的审美情操,使学生保持对化学的兴趣。不少化学实验具有美的魅力。如氨气急剧溶于含有酚酞的水中会变成红色的喷泉;铁与纯氧的反应火光四射,铁花四溅……这些神奇的化学现象能唤起学生探索化学知识的欲望,强化他们萌动的好奇心,促进学生的兴趣沿着有趣、乐趣向志趣的方向发展。

2、教给学生学习方法

(1)指导学生阅读。不会阅读,就不善于思考,就不能顺利地获取知识,提高能力。指导学生的阅读要做到:阅读前,明确提出阅读的目的和要求:阅读中,了解学生的阅读情况,帮助学生扫除障碍;阅读后,通过提问检查学生的阅读情况。让学生养成一个“非看书不可,看书非钻研不可”的学习习惯。

(2)启发学生思考。善于思考才善于学习。在教学中要促使学生养成独立思考的良好习惯,遇到问题要能想、会想、多想、善想,甚至大胆地去猜想。为了启发学生的思考,应为学生创设适当的问题情境。从不同侧面,不同角度设问;紧紧围绕教学内容,抓住那些牵一发而动全身的关键点、疑难点设问;对较难或较综合的问题,按认知层次分化知识点的方法,从易到难步步深入地发问;对学生错误或不全面答案进行反问,不断加大学生对问题的思考力度。

(3)组织学生讨论。讨论是人们进行思维交流的最好形式,在教学中,鼓励学生之间相互争论,可使学生从中相互启迪,提高思维的深刻性。如《原电池原理及其应用》的教学,在学生进行探索性实验后自然会提出:为什么有许多不同的现象,这些宏观现象与看不见的微观粒子的运动有什么关系等问题。教师可因势利导,指导学生带着问题阅读课本有关内容,并进行邻位间的讨论,再把电子为什么从活泼金属流向不活泼金属的关键性问题提到全班讨论,让他们在热烈的气氛中各抒己见,相互补充,得出结论。

篇5

化学教学,同样蕴含着人文教育的功能。新课改把在化学教学中融入人文教育作为教学目标之一,改变了传统教学中以知识为本位的教法,转向“以学生发展为本”。教师应及时确立与新课标素质教育相适应的先进理念,把人文教育融入化学教学之中。

如何在化学教学中融入人文教育呢?可以用于人文教育的素材很多,下面列举几例。

一、讲述化学家故事,培养学生高尚品格

纵观化学科学发展史,我们不难发现很多科学家都是历尽千辛万苦才攀登上化学高峰的。他们那种不怕苦不怕累,不追逐名利,不计较个人得失,甚至不惜自己生命追求真理,默默奉献的精神,值得我们学习。如果在平时教学中,教师善于结合教学内容,收集相关古今中外化学家的故事,适时地加以引用,则既能够增强课堂吸引力,又能够对学生进行思想品德方面的教育。如居里夫人提炼镭的故事,诺贝尔奖创始人诺贝尔研究炸药的故事,等等,收集的故事越具体、越生动越好。榜样的力量是无穷的,通过讲故事,展现化学家高尚人格精神,学生的心灵受到熏陶,形成高尚的思想品格。

二、介绍我国化学科学成就,增强学生民族自豪感

古代中国在科学技术上取得了辉煌成就,化学成就走在世界前列。如冶铁、陶瓷烧制、酿酒、制火药、造纸术等都早于国外几百年甚至几千年。

我国化工专家侯德榜提出“联合制碱法”,结束了国外对制碱技术的垄断,其著作《制碱》是世界上第一步纯碱工业专著。

我国科学家在1965年首先用人工方法合成了具有生物活性的蛋白质――结晶牛胰岛素。

我国著名化学家张青莲教授在1990年开始主持一个科研组,用质谱法重新精确地测定了测定了铟、锗等9种元素的相对原子质量,得到新值,被国际原子量委员会采用为国际新标准。

近年来,化学研究领域有一大批科学研究成果获得国际奖励和荣誉,2004年李灿获得国际催化界最高奖――国际催化奖,2005年柴之芳获得国际放射分析和和化学奖――George von Hevesy奖。

在教学中,教师应在恰当的时候向学生介绍我国古代、近代及当代化学家所取得的科技成就,以及对世界文明史的贡献,增强学生的民族自豪感,培养学生的爱国情操。

三、重视化学科学与生活的联系,培养学生社会责任感

在教学过程中,教师应结合课堂教学内容,多向学生介绍化学与材料、能源、环境保护、人体健康及与日常生活密切相关的内容,介绍化学科学在人类社会发展过程中所作的巨大贡献,让学生认识化学科学的魅力,体会到学习化学的光荣感和使命感。在学习“氨气的合成”时,我就介绍德国物理化学家弗里茨哈伯,他在20世纪初发明了用氢气和氮气合成氨的方法,以氨气为原料又可以生产含氮化肥,用于农业,使粮食产量大幅提升,使更多的人免于饥饿。而用于合成氨的原料之一“氮气”是从空气得到的,所以哈伯被人们称为“用空气来制造面包的圣人”。在学习氢氧燃料电池时,介绍氢氧燃料电池汽车的发展情况,指出氢氧燃料电池汽车的普遍使用,将会解决化石能源危机,同时会使空气质量得到很大改善。教师要注意让化学走进生活,让学生从生活走进化学,要善于挖掘日常生活、社会生活重大事件等与化学有关的内容,让学生看得见、摸得着化学的真实作用,把化学与“人”联系起来。

四、利用化学知识规律,培养学生辩证法思想

氧化反应和还原反应,同时存在于“氧化―还原反应”之中,阴、阳离子同时存在于溶液或晶体中,体现了事物的“对立统一”性,不同的事物之间有相辅相成的联系。

碳充分燃烧生成无毒的二氧化碳,不充分燃烧生成有毒的一氧化碳,木炭还原氧化铜,在高温时生成紫红色的铜和二氧化碳,温度较低时,生成土红色的氧化亚铜和二氧化碳,乙醇燃烧生成二氧化碳和水,而催化氧化生成乙醛和水,这些反应实例说明事物变化的一种规律:事物在一定条件下会发生转化,但转化的条件不同,转化的结果也会不同。由此引申到学生的学习方面,努力的程度不一样,学习的结果也不一样。

原子核内质子数的变化引起元素种类的变化,稀硫酸或浓硫酸与锌反应的生成物不一样,分散系中分散质微粒直径大小范围不一样,引起溶液胶体浊液的变化,这些事例体现了事物“量变引起质变”的变化规律。由此教育学生不能随意迟到旷课,迟到旷课次数增多会引起厌学心理。

利用化学知识规律,对学生进行辩证唯物主义思想教育,让学生学会科学的思维方法,树立科学的世界观和人生观。

五、加强实验教学,在实验活动中培养学生人文精神

化学实验教学能够培养学生多方面的能力,也能够培养学生的人文精神。在每一个实验的各个环节中都蕴藏着人文教育的契机。在学生实验中,取用药品时,可以对学生进行节约资源意识的培养。对实验废品的处理,可以对学生进行环保意识的培养。在探究实验过程中,从课题的选定到资料的收集,从假设的提出到实验的设计,从实验的实施到结论的呈现,都需要学生积极认真地思考和付出辛勤的劳动。在这个过程中,学生将体会到科学探究的辛酸与喜悦,他们的思考问题的能力、动手能力、创新能力和意志品质都会得到锻炼和提高,同时会收获“实验成功”之外的有重要价值的人生哲理。

六、发挥化学美育作用,培养学生审美情趣

审美教育是人文教育的重要组成部分。化学教学中,处处充满美感。绚丽多彩的化学反应现象,红橙黄绿青蓝紫的溶液,亮光闪闪、均匀无瑕的银镜,晶莹剔透、造型多样的仪器,排成“方队”整整齐齐的试剂瓶,形状规则、结构对称的晶体(或模型),等等,都体现出化学的美。教师应善于观察和思考,挖掘化学教学中的“美”,发挥化学教学的美育作用,以“美”激发学生学习化学的热情,调动学生学习化学的积极性。

参考文献:

[1]人民教育出版社化学室编著.全日制普通高级中学教科书(必修)化学第一册[M].北京:人民教育出版社,2006.

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一、有助于激发学生学习化学的兴趣

“兴趣是最好的老师”。研究表明,科学家对科学的热爱往往源于对科学产生的兴趣。同样,兴趣也是学生学好化学的直接动力。兴趣又是构成动机的最现实、最活跃的心理成分。而“联系科学的发展来追踪理论的形成过程,始终具有一种特殊的魅力”。(爱因斯坦)如果化学教学中只重视把一些现成的化学科学认识成果(概念、定律、原理、理论等)教条式地灌输给学生,学生会对这种死板的、静态的知识感到枯燥乏味,就会失去或降低对化学的学习兴趣,其结果必然影响学习效果。如采用历史的方法,让学生置身于化学发展和发明的情景和过程中,和化学家一起经历矛盾、困惑、惊讶,甚至失败的情感体验,感受猜测、知觉、想象、顿悟的欢乐和为追求真理而应用实验的、理论的研究过程,使学生品尝到科学研究、探索的乐趣,无疑可以唤起学生浓厚的学习化学、探索化学的内在兴趣,激活创造的灵感,从而富有创造性地学习和研究化学。这样的知识就不是孤立的、静态的、死板的了,而是动态的、有来龙去脉的、生动活泼的。如讲空气时,可以穿插介绍化学史上对空气成分的探索过程,讲一讲过去的科学家们怎样通过猜想、实验而一步步地弄清空气到底由那些成分组成的。同时,化学发展史上的一些逸闻趣事,也是唤起学生探求兴趣的好素材,例如磷、碘等元素的发现,元素周期表的发现,苯环结构的确定等。

二、有助于调动学生学习的主动性

我国新一轮基础教育课程改革强调要形成学生积极主动的学习态度,倡导学生主动参与,培养学生的创新精神和实践能力。教学过程的中心地位,不是“教”而是“学”;不是平铺直叙地“讲解”,而是积极地诱导和启发,是在教师的指导下,带领学生自己发现规律和研究问题。这样教师所教给学生的知识,就不致成为他们的一种艰苦负担,而会作为一种宝贵的礼物来领受了。

在教学中应用历史的方法引导学生去追踪化学发展的足迹,会增强对于化学的亲近感,有利于唤起他们的主动求知精神。如讲授“活泼金属跟酸反应放出氢气”的内容,只从现成的结论出发或配合以实验来证明,虽然学生不难承认这一事实和接受这样一个结论,不过总会显得有些单调和生硬,学生难以摆脱所处的被动接受状态,但是如果联系一些历史情节,就会激起他们的一些主动钻研热情。在十九世纪初,化学家们曾认为“活泼金属同酸作用所放出的氢气来自金属”。1805年盖・吕萨克本想测定并证明活泼金属中是否含有氢的。当他以氧为试剂,企图依据所生成的水的含量来测定氢的含量时,结果却没有得到一点一滴的水。此后人们才认识到,原来活泼金属中不含有氢。在如讲电子云的图象时,可以展示汤姆生的“西瓜式”模型、卢瑟福的“行星式”模型、玻尔的“量子化”模型,直到现在玻恩运用几率分布描绘的电子云图象等。这样就会使抽象的概念具体化,易于学生理解。

三、有助于从发展上把握知识,培养学生创新精神

目前学校教育还存在着注重学生成绩,在教学中只灌知识不教方法,认为成绩好就是优秀学生的观念。其实不然,人才的评价最重要的是创造性。推动人类进步也主要靠创造性。联系化学史背景讲授化学知识,能引导学生正确地理解科学的发现和创造,克服科学创造的神秘感,鼓起学习的动力、信心。例如:酸碱理论就经历了从波义耳最初的酸碱概念到布朗斯台德等人的质子理论、路易斯的电子理论直到皮尔逊等人的软硬酸碱理论的发展过程,并同课本上的阿累尼乌斯酸碱理论加以比较,从而使学生体会到化学知识的阶段性,知道同一概念在不同的认识阶段其内涵是不同的,从而培养学生的钻研创新精神,并使学生从科学家的治学态度、思想方法中受到启发和鼓舞,养成科学的学习态度,这对他们今后进一步的发展是有百利而无一害的。

四、有助于对学生进行科学方法论教育

化学史实际上是一部化学研究方法的历史。培养学生解决化学问题的能力应以自然科学方法论为依据[4]。在整个化学教学过程里,要尽可能反复地运用它的基本过程和具体过程来学习化学基础知识,即通过观察、实验、条件控制、测定、数据的分析处理、分类、抽象概括、模型化、提出假说、对假说进行验证以及得出结论等环节来完成。自然科学方法论是在自然科学长期发展过程中抽象概括出来的理论,通过化学史的事例,从变化发展的过程中学习,不但生动直观,而且能进一步理解自然科学方法论的重要性。例如,讲到原子分子学说,可以结合它的确立过程,向学生进行这方面的教育:1803年,道尔顿之所以能提出科学的原子论,就是由于他能够在大量实验的基础上,充分发挥了科学的想象力和理论思维的作用,有效地运用了科学的抽象方法,即透过现象抓住本质的结果。化学史的教学,能使学生有身临其境之感,把自己摆在发展过程之中,从而对科学产生亲切感。科学家所使用过的正确方法,学生可以作为学习的榜样;失败的教训,对学生也很有启发。如德国化学家施塔尔对金属燃烧实验的解释方法错误,使他提出的“燃素”说统治了化学界达100年之久,严重阻碍了化学的发展。而拉瓦锡却因正确使用了定量分析实验和逻辑推理的研究方法,否定了“燃素”说,建立了氧化说。这样,学生从正反两个方面所学得的基础知识和方法,将是全面而又深刻的。

五、有助于学生形成对待科学的正确价值观

结合科学史,向学生展示科学家在科学探索中表现出的实事求是、开拓创新的科学精神,自由探索、民主讨论、尊重事实和服从真理的科学态度,将有助于学生形成对待科学的正确价值观。具体地讲,从事科学活动应持的价值观主要包括:真实、自由、质疑、独创性、交流和合作。真实是进行科学活动的最基本价值观,寻求真实必然要重视自由探索和敢于质疑。道尔顿提出原子理论不就说明了这一点吗?科学研究是不断深入和拓宽的,十分需要独创性。卡文迪许将实验的定量化倾向和物理学方法向化学的移植,这就是独创性。广泛地进行交流和合作将会促进科学的进步,如结晶牛胰岛素的合成。这些优秀的科学素质需要我们在平时的教学中长期不懈地培养,科学史教育不失为一项重要的手段。

六、有助于对学生进行唯物史观的教育

唯物史观是辩证唯物主义原理在社会历史领域中的运用,是哲学不可分割的组成部分。因此,进行化学教育,必须运用辩证唯物主义的基本观点来阐述化学史实,使学生在了解化学史实的同时受到历史唯物主义观点的教育。[5]如讲授化学元素的时候,扼要地介绍元素概念的形成,从中概括出世界的物质性。在讲授燃烧本质时,给学生简单地提及化学上曾出现过的“燃素”说。“燃素”说本是一种唯心的观点。普利斯特发现并制得了氧气,但由于他对“燃素”说的盲目信仰而未能进一步揭示燃烧的本质,在真理的大门前徘徊不前。由此,使学生认识到,对于一个科学家来说,树立科学的、唯物的观点是至关重要的。

七、有助于对学生进行爱国主义教育

结合化学史对学生进行爱国主义教育也是非常重要的。我国无论在古代或近代在化学中的发展都有骄人的成就,从古代火药、造纸术的发明,到近代侯德榜的侯氏制碱法;从明代宋应星1637年成书的《天工开物》,到黄子卿教授对水三相点的精确测定;从古代高度发达的制瓷冶金技术,到1965年人工牛胰岛素的首次合成。这些光辉的成就和卓越的贡献,如果能够被我们有目的、有意识地渗透到教学过程中去,对学生进行爱国主义教育,增强学生的民族自豪感和自信心,引导学生热爱祖国、热爱人民、积极投身祖国建设的大业有着重要的作用。

另外,结合教材内容也可以介绍外国化学家热爱祖国的事例,同样会使学生受到教益。例如,居里夫人将其发现的新元素命名为“钋”(波),以报答祖国波兰的哺育之恩,表示她怀念祖国的深情。

八、有助于对学生进行思想品德教育

德育并不仅局限于政治思想品德的教育,科学的思维方法,严谨的科学态度,勇于探索、勤于钻研等品质教育也是德育的一部分。结合化学史,德育教育便不再空洞乏味、苍白无力。科研不是宗教,但它比宗教更加令人狂热,令人虔诚地追求,以至于使很多科学家为它而废寝忘食,为它而终其一生。如,诺贝尔研究炸药时遭到过很多不幸而始终不渝地研究,使他在晚年积劳成疾。去世前,他不忘记将他全部资产留给科学事业。又如,居里夫妇从1899年到1902年底大约经过了45个月,在简陋的实验室里艰苦顽强地从2吨铀矿渣中成功地提炼出0.1g氯化镭,并测定了镭的相对原子质量。这一切都使今天的学生赞叹不已,也必将激励他们在今后的科学研究中去学习科学家们百折不挠、献身科学的精神,从中汲取榜样的力量。

综上所述,我们不难看出,在基础教育课程改革中,将化学史教育与中学生化学教学有机地结合起来,不仅是开发课程资源的有效途径,而且对提高化学教学质量起着举足轻重的作用,是培养科学素养的好素材。因此,在教学中,一定要重视化学史教学的作用和地位。

参考文献:

[1]化学课程标准[M].北京师范大学出版,2001:32-34.

[2]陈耀亭等.论化学史教育[J].化学教育,1982,(6):27-30.

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2化学的发展对医学所做的贡献

巴拉塞尔士作为医学的改革者,极力反对伽仑及阿维森纳的学说,并引导人们注意到化学对医学及药学的莫大用处。他的这种主张随着科学的不断发展而逐渐被证实。随着唯物主义哲学和化学的发展,人们坚信能够治病的这些植物中肯定存在着内在的物质基础。结果在19世纪初,化学家们从药用植物中寻找到了具有药用价值的小分子有机化合物。例如:1763年,爱德华•斯通(EdwardStone)在伦敦皇家学会宣读了题为“关于柳树皮治愈寒颤病成功的报告”。1828年,法国药剂师亨利•勒鲁克斯(HenriLeroux)与意大利化学家拉斐尔•皮里亚(RaffaelePiria)利用化学手段从柳树皮中提纯出了其有效成分水杨酸,化学名是邻羟基苯甲酸。1860年,德国拜尔公司化学家赫尔曼•科尔贝(HermanKolbe)成功实现了水杨酸的人工合成。但是水杨酸对口腔、食道和胃壁的黏膜有严重的刺激作用,从而使其在医学应用中受到了严重限制。为了解决这一问题,化学家们首先想到的是将其改为酸性较小的钠盐(水杨酸钠),这虽然减小了其刺激性,但却具有令人不愉快的甜味,导致大多数患者不愿意服用。到了1893年,德国Bayer公司的化学家费利克斯•霍夫曼(FelixHoffmann)对水杨酸进行了改造,制成了乙酰水杨酸。水杨酸与乙酰水杨酸具有相同的医学性质,但后者却没有令人不愉快的味道和对黏膜的高度刺激性,这就是“万灵药”阿司匹林。这个例子说明人们已经可以用化学的方法去改变天然产物的结构,使之成为更为理想的药物。1928年,英国细菌学教授弗莱明发现了人类第一个抗生素药物青霉素。虽然弗莱明发现了青霉素,但是青霉素培养液中所含青霉素的量太少,加上他化学底子比较薄弱,一直没法找到富集浓缩青霉素的技术,很难从中提取足够的数量供临床研究使用。因此,弗莱明只好暂时停止了对青霉素的培养和研究工作。

直到1935年,澳洲药理学家弗洛里和侨居英国的德国生物化学家钱恩合作解决了青霉素的富集、浓缩这个技术问题,才使得青霉素真正成为服务于人类的良药。青霉素的大量生产挽救了千百万患有肺炎、梅毒、猩红热等疾病的患者的生命。青霉素的发现被公认为是第二次世界大战中与原子弹和雷达相并列的第三个重大发明。正是因为弗莱明、弗洛里和钱恩对改善人类健康和延长人类寿命所做出的突出贡献,他们三人共同分享了1945年的诺贝尔生理学和医学奖。同样,我国的科学家们在推动医药学的发展和改善人类的健康方面也做出了重要的贡献。2011年,我国药理学家屠呦呦教授获得了仅次于诺贝尔奖的世界级大奖——美国拉斯克-狄贝基临床医学研究奖(LaskerDeBakeyClinicalMedicalResearchAward),以表彰她在青蒿素(Artemisinin)的发现及将其应用于治疗疟疾方面所做出的杰出贡献。这一医学发展史上的重大发现,每年在全世界,挽救了数以百万计疟疾患者的生命。这是迄今为止中国生物医学界获得的世界级最高奖项。青蒿作为药物使用,首次记载于《五十二病方》(公元前168年左右)中,这本书出土于马王堆三号汉墓。书中详细描述了如何用青蒿来舒缓痔疮。在公元340年间东晋医药学家葛洪在其著作《肘后备急方》中,明确记载了青蒿能够治疗疟疾:“青蒿一握,以水二升渍,绞取汁,尽服之。”屠教授正是根据这一段文字记载受的启发,改变了传统的提取方法,在经过190多次的失败之后,于1972年11月8日从青蒿中获得了其有效成分——青蒿素的单体。1973年,作为其结构研究的一部分,屠呦呦对青蒿素的结构进行修饰,得到了双氢青蒿素,其药效比青蒿素高10倍。双氢青蒿素的合成奠定了合成其他衍生药物的基础。1984年初,上海有机所周维善院士课题组实现了对青蒿素的人工全合成。另外一个极为重要的例子就是哈尔滨医科大学第一附属医院中医科张亭栋教授发现As2O3可以治疗M3型白血病的原创性研究。他从民间中医中得到一个秘方:砒霜、轻粉(HgCl)和蟾蜍可用于治疗淋巴结核和癌症。而张亭栋将这个配方主要用于治疗白血病的研究,并分别检测这三种药物在治疗中的作用。通过研究,他发现其有效成分为As2O3,并于1973年在《黑龙江医药》上发表了As2O3用于治疗白血病的开创性论文[4]。1979年,他们在《黑龙江医药》上再次,明确指出As2O3对M3型白血病效果最好,从而清晰地奠定了人类今天的认识:As2O3可以治疗白血病,特别是M3型白血病[5]。1998年美国康奈尔医学院的Soignet教授将张亭栋的研究结果用于临床治疗并将其治疗结果和可能的作用机制发表于世界最权威之一的医学杂志《新英格兰医学杂志》,从而导致了国际医学界广泛接受As2O3对M3型白血病的治疗作用。而且相关药品已经通过美国FDA批准正式上市。

此外,医药史上具有里程碑意义的药物还有很多。例如1908年德国科学家埃尔利希课题组从合成的上千种含砷化合物中筛选出能够用于治疗梅毒的化学药物——砷凡纳明,从而开启了化学合成药物治疗的时代;1911年,波兰化学家CasmirFank在谷物中发现了维生素B1,并且发现缺乏维生素B1会患脚气病,随后新的维生素被不断地分离纯化并进行了结构的鉴定,使人们认识到维生素缺乏与疾病的关系;1932年德国生物化学家多马克发现的第一个磺胺类抗菌药——百浪多息;1963年美国化学家瓦尼(M.C.Wani)和沃尔(MonreE.Wall)从红豆杉中分离到了抗癌活性成分——紫杉醇(taxol)等等,这些重要药物的发现无不与化学的分离和确定结构的技术有关,见证了化学对医学的深远影响和重大作用。化学手段已经成为医学研究的一个非常重要的技术支撑。如可以用先进的化学手段来测定基因的结构、基因的序列,还可以利用化学手段去改变基因的结构,在基因上连接一个小分子或通过基因的对接来改良基因、甚至创造出新的基因。例如我们现在所见的一些转基因的食品——大豆和玉米等都是通过基因的改变来实现的。这些成就将为人类抵抗遗传性疾病及恶性肿瘤等现阶段无法治疗的疾病提供一种可能的方法。生命过程是无数化学变化的综合体现。尽管关于生命起源的学说很多,但是得到现在科学实验强有力支持的就只有“化学进化学说”,即生命是化学反应的产物。1952年,美国科学家StanleyMiller在实验室中模拟原始地球的大气成分和电闪雷鸣的自然环境,将甲烷、氨气、氢气、水蒸气等置于密闭的容器中,进行持续一周的活化放电,得到了氨基酸——这一组成生命不可缺少的蛋白质原料。而且在1965年9月17日,以钮经义为首的我国科学家用无生命的简单有机化合物合成了具有生命活性的结晶牛胰岛素,这一成果为人类做出了划时代的贡献。这些研究结果为生命起源的化学进化学说提供了有力的实验支持。美国著名的有机化学家,哈佛大学E.J.Corry教授(1990年诺贝尔奖获得者)曾经预言:“21世纪,化学将涵盖医学与化学之间的任一事情。”这一预言很快就被美国斯坦福大学医学院医学教授科恩伯格所证实,科恩伯格于2001年首次在分子水平上展示了真核的转录过程,并因此荣获了2006年诺贝尔化学奖。这里我们应该要特别注意的是,科恩伯格是位医学教授,但他却荣获了化学奖。

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1.用学生进入现代社会从事现代生产、学习、工作和生活所必需的化学基础内容教育学生。从生产和生活的实际出发,适当拓宽知识面,以开阔学生的眼界,培养学生面向未来的适应能力,体现义务教育的性质和任务。增加了一些金属和有机物的内容,编写了空气和水的污染与防止污染,硬水、氢能源,金属与人体的关系,以及常见的化肥和农药等内容。

2.教材的基本结构和体系是从学生生活中须臾离不开的空气,水以及碳等引入,学习元素和化合物知识,同时有计划地穿插安排部分基本概念,基本理论和定律。这样使教材内容的理论与实际很好地结合,有利于培养学生运用化学基本理论和基本概念解决生活和生产中常见的化学问题的能力,还可以分散学习基本概念和基本理论,以减轻学习时的困难。为了有利于教师安排教学和便于学生学习和掌握,每章教材的篇幅力求短小,重点较突出。

3、从我国的实际出发,注意减轻学生过重的课业负担,使学生学得积极主动。根据一个合格公民的需要精选教材,从深度,广度以及习题难度上合理安排。按照教学大纲中规定的需要“掌握”、“理解”的内容作为教学的重点,而对要求“了解”,“常识性介绍”以及“选学”的内容,力求分清主次,区别对待。

4、为了调动学生学习的积极性,帮助学生理解化学概念和记忆所学的知识,教材中编入了数页彩图和约200幅图表。其中有的是集中反映某纯净物用途的,有的表现我国古代和现代工业成就的,有的配合化学科学 发展的历史,刊印了科学家的肖像,有的用最新的科学成就图示启发学生钻研科学的积极性。为了符合学生的年龄特征和认知规律,除了与小学自然、初中生物、地理、物理等学科密切联系,便于教和学外,在教材内容的叙述上力求使学生愿读、易懂、有兴趣。

5、教材除普遍重视演示实验和学生实验外,还注意适当增加了能引起学生兴 趣和有利于学生理解概念的实验。针对学生的差异还编了9个选做实验及一些家庭小实验。加强化学实验教学可以帮助学生形成化学概念,理解和巩固化学知识,培养技能,能力以及科学态度和方法。

三、教学目的和要求:

(1) 理论知识联系生产实际、 自然和社会现象的实际,学生的生活实际,使学生学以致用。激发学生学习化学的兴趣。培养学生的科学态度和科学的学习方法,培养学生的能力和创新精神,使学生会初步运用化学知识解释或解决一些简单的化学问题。

(2)重视基础知识和基本技能,注意启发学生的智力,培养学生的能力。使学生学习一些化学基本概念和基本原理,学习几种常见的元素和一些重要的化合物的基础知识,学习一些化学实验和化学计算的基本技能,了解化学在实际中的应用。

(3)培养学生的科技意识、资源意识、环保意识等现代意识,对学生进行安全教育和爱国主义教育。

四、 具体措施:

(1)重视基本概念的教学

化学基本概念的教学对于学生学好化学是很重要的。在教学中,既要注意概念的科学性,又要注意概念形成的阶段性。由于概念是逐步发展的,因此要特别注意遵循循序渐进,由浅入深的原则。对于某些概念不能一次就透彻地揭示其涵义,也不应把一些初步的概念绝对化。在教学中要尽可能做到通俗易懂,通过对实验现象和事实的分析、比较、抽象、概括,使学生形成概念,并注意引导学生在学习,生活和劳动中应用学过的概念,以便不断加深对概念的理解和提高运用化学知识的能力。

(2)加强化学用语的教学

元素符号、化学式和化学方程式等是用来表示物质的组成及变化的化学用语,是学习化学的重要工具。在教学中,要让学生结合实物和化学反应,学习相应的化学用语,结合化学用语联想相应的实物和化学反应。这样,既有利于学生记忆,又有利于加深他们对化学用语涵义的理解。还应注意对化学用语进行分散教学,通过生动有趣的学习活动和有计划的练习,使学生逐步掌握这些学习化学的重要工具。

(3)重视元素化合物知识的教学

元素化合物知识对于学生打好化学学习的基础十分重要。为了使学生学好元素化合物知识,在教学中要注意紧密联系实际,加强直观教学,实验教学和电化教学,让学生多接触实物,多做些实验,以增加感性知识。要采取各种方式,帮助他们在理解的基础上记忆重要的元素化合物知识。在学生逐步掌握了一定的元素化合物知识以后,教师要重视引导学生理解元素化合物知识间的内在联系,让学生理解元素化合物的性质,制法和用途间的联系,并注意加强化学基本概念和原理对元素化合物知识学习的指导作用。

(4 )加强实验教学

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一、用故事来吸引学生

学生没有不爱听故事的,在枯燥的教学中穿插一个个精彩的故事,不仅让学生印象深刻,而且对知识的来龙去脉有了大致的了解,对学生形成化学的学科体系有很大的帮助。例如,学习化学这门学科有什么用?这是学生最关心的问题,一定要在学习这门学科的开始花一些时间来讲清楚。这时,可以按照时间的先后,讲一讲化学的发展史:(1)是化学的前奏,从“人类文明的起点――火的利用”“历史悠久的工艺――制陶”“冶金化学的兴起”“中国的重大贡献――火药和造纸”到“炼丹术与炼金术”。(2)创建近代化学理论――探索物质结构。(3)现代化学的兴起。这当中可以讲解出很多有趣的故事,尤其是一定要讲讲被称为“现代化学之父”的法国化学家拉瓦锡和俄国化学家门捷列夫,从这两个人身上就可看到“元素周期表”是多么艰难才产生出来的!科学家们那种坚持真理的精神是多么值得我们学习!再比如,虽然初中阶段我们学习的化学元素很少,但只要是有关元素的相关信息,都可以作为一个花絮讲给学生听,如,“为什么各国都在争夺稀土?”“朱令案”“非诚勿扰嘉宾惜失机会发现石墨烯”等等,一方面让学生的视野不囿于课堂之内,另一方面也可以从这些故事当中了解到人生的真谛,激发学生学习的兴趣。

二、教会学生不仅要动脑,而且要动手

化学的形成和发展,起源于实验又依赖于实验,是一门以实验为基础的自然科学。书上那么多的化学反应、实验现象,如果只是把它们当作一种结果告诉学生,那么这种记忆是一种负担。如果把这些知识变成学生自己发现的成果,那么学生获得的不仅是知识,还有一种成就感,一种对自身能力的肯定和自信,他们自然对下一次的探索充满期待!所以在化学教学中一定不能省时间,认为书上对这个实验的过程写得清清楚楚的,就省略学生亲自试验的过程,应该不放过任何一个让学生动手操作的机会。在这个过程中,学生不仅学到了扎实的化学知识,而且提高了自己的实验技能。掌握化学实验当中一些基本的科学方法,如假设、测定、实验条件的控制、实验观察与记录、实验结果处理与表达等,培养了学生的观察能力、动手操作能力、总结概括能力,久而久之就可以培养出化学实验设计的一些规律,使学生能灵活应用化学知识与技能,学会用科学研究的方法解决化学问题,培养学生的创新能力,使他们的兴趣更巩固,学习更加有效!

三、在教学中渗透“化归”的思想

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1 一部化学发展史也是一部化学方法的演变史

循着化学学科发展的历史线索,我们编写了关于古今中外有代表性的化学家、学者及化学工作者所作贡献的系列化学史话。尝试向读者提供能具体触摸化学历史发展脉络的史料与见解。这对有兴趣进一步学习与研究化学史的化学教育工作者来说,也许是有益的。我国胶体化学家、化学教育家傅鹰教授曾语重心长地指出:“一门科学的历史是那门科学中最宝贵的一部分,因为科学只能给我们知识,而科学的历史却能给我们智慧”。在他看来,化学与化学史的关系也是如此,而作为化学史给我们的智慧的结晶,则主要体现在人们对化学知识的思维方式和研究方法上。对此,抱有同感的还有中国化学会前会长柳大纲先生,他曾言简意赅地说过:“化学穷物质转化运动之理,综宏析微、拨伪存真、精益求精,乃认识自然、改造自然之锁钥”(中国化学会成立50周年《祝愿》词)。在这里,所谓“综宏析微、拨伪存真、精益求精”亦就是对运用化学方法探索化学科学真理的作用的经典描述。

化学史家们现在一般都承认:化学发现与发明,无论巨细,几乎从来就不是个人自发做出的独创贡献。即使那些最具革命性的化学理论也都是长期演变或发展的结果。一些基本的化学思想(如元素、原子、分子等)产生于各个不同的地域,这些思想逐渐经过交融、合并、修改和补充,最后公之于众,形成了一种新的化学概念。这种化学概念又转而影响和改变后来的化学理论,结果使化学科学有可能永无止境的进步不己。在这里,我们认为有必要明确回答这样一个问题:推动化学科学不断前进的动力因素究竟是什么?从科学方法论的视角来考察,化学的不同发展阶段就会孕育或形成不同的化学方法,而一旦新的化学方法产生又会推动化学发展从一个阶段迈向新的阶段。从这个意义上可以说:一部化学发展史也是一部化学方法的演化史。

化学方法从其内涵来说有两个方面:一是化学家的思维方式,另一个是化学家运用的物质手段。用现代约定俗成的话来说,前一个是“软件”,后一个“硬件”,两者相辅相成才构成完整的所谓的科学方法。而要比较全面而又系统地叙述和探讨化学方法的演化史,不仅要涉及化学家的个人秉性和才智,而且也涉及到化学家所处的社会经济环境以及他们所接触的哲学思想。

2 古代实用化学时期和化学方法的孕育

化学的原始形式是炼金术(或炼丹术),炼金术是思辨哲学(在古希腊是亚里士多德哲学,在古代中国则是道教哲学)和工艺技术相结合的产物。其后形成的医药化学和冶金化学则是炼金术向近代化学的过渡,比起炼金术来,后者更注重化学工艺技术、强调实用。但是,其哲学思想基础仍然是和炼金术一脉相承。此时的化学还没有从生产实践和哲学中分化出来形成一门独立的科学,相对应的化学方法也不具有科学的形志,而具有思辨的特征和“准实验”(或用火操作的化学实践)的痕迹。

2.1 思辨方法

炼金术士力图通过物体的可直接观察的性质(如颜色、熔度及晶形等)作为实证来阐明亚里士多德的哲学。亚里士多德关于“万物皆变”并趋向“完善”的思想告诉人们,金属中那些不够完善的金属(所谓贱金属),总是力求变得象黄金等贵金属一样尽善尽美。炼金术士们坚信自己掌握的化学工艺技术手段能使之如愿以偿,即可用火操作把贱金属变成为贵金属,这既是炼金术赖以生存的思想基础,也是从当时冶金实践中得出的仿佛合乎逻辑的结论。与其惊人相似的是信奉道教哲学的中国著名炼丹家葛洪有句名言:“变化者,乃天地之自然,何嫌金银不可以异物乎”。在他看来,不仅金银等贵金属可以由它物变化而来,而且金银等“不腐”、“不朽”的属性也可发生转移,甚至进入体内。这种“万物皆可互变”的思想使炼丹方士们坚信“服金者寿如金”,“服玉者寿如玉”。

综上所述,古代的化学思辨方法是以观察为基础,并运用原始的归纳与演绎的逻辑方法所构成的。其中包括了直观的观察、天才的猜测和原始的逻辑推理三个构成内容。而古代原子论和逻辑学则是这种方法的两大杰出成果,可以说它们是后来化学发展为科学的内在“种子”或“胚芽”。

古代原子论的创立者德谟克利特首先写成《论逻辑》一书,认为人对自然的认识是从经验观察上升到理性认识的过程,在该过程中需要运用归纳逻辑等方法。他在建立原子论的过程中,把直观可见的水、气、火、土等“元素”以致自然万物,都视为由不可见的“原子”所构成的物质客体,试图以观察不到的本质来说明可观察到的现象,从而产生了科学方法的“胚芽”,即以微观物质的相互作用来解释宏观运动现象的方法。该方法试图把宏观层次物质变化现象还原到微观层次原子运动变化的规律来认识。这种“还原思维模式”对后来的哲学和科学发展具有深远的影响。

继德谟克利特之后,主张四元素说的亚里士多德又进一步论述了演绎逻辑,他把以往的一些零散的逻辑方法论思想加以吸收、改造并以其名著《工具论》一书的完成确立了逻辑学。他强调把逻辑方法视为研究科学、认识真理的重要工具,并试图说明思辨观念怎样从经验的东西产生的,进而从逻辑上对思辨方法进行了总结。

2.2 准实验方法

实用化学时期产生的化学思辨方法有其合理性,并具有科学内在“种子”或“胚芽”的积极意义。但在古代社会生产力和科学水平低下的情况下,思辨方法还不可能依照充分的事实去进行理论概括,更不可能进行科学实验去检验,从而就可能导致粗糙的以致是错误的结论。例如,把本来并非是化学元素的水、气、土、火等复杂物质看成是最简单的“元素”等。由此可见,没有用实践或实验去检验化学认识的结果,也没有用假设所预言的事实,来验证各种假设——这是思辨方法的根本缺陷。带有这种缺陷的化学思辨方法还只是一种处于萌芽状态的科学方法,尽管它是与处于化学原始形态的炼金术(或炼丹术)是相适应的,但毕竟是极不完善的,还需要向以科学实验为基础的科学方法转变。

处在16世纪至17世纪前半叶的医药化学家和冶金化学家们,对变贱金属为贵金属的目标已经不感兴趣。对于他们来说,宁肯放弃炼金术的思辨观念,也要强调实用。这是由于炼金术(或炼丹术),无论在西欧还是在中国流行千年之久,但结果得不偿失。相反由于它的神秘性质和脱离生产实际,终究还是严重地延缓以致阻滞了化学的发展。不少有识之士开始在实践中摒弃炼金术(或炼丹术),这方面的代表人物有西欧的医药化学派帕拉塞斯、冶金化学派阿格里柯拉,在中国则是医药学家李时珍和编撰化学工艺百科全书《天工开物》的学者宋应星。他们主张化学只有从炼金术(或炼丹术)的羁绊中解放出来,才能达到它前进的真正出发点。

正是在制取药物和冶炼金属的实践中,天平开始得到广泛应用、定量观念得到传播、定量实验方法的重要性开始受到重视,一些元素和化合物的知识有了新的积累,酸、碱、盐及其反应的性质开始为人知。可见从炼金术士(或炼丹方士)开始到冶金化学家及医药化学家的活动,无疑带来了多种可以作为科学解释的结果。但是,这些近代化学的先驱者们的目标均属实用性质,而不属于化学科学。作为科学的化学还需要以建立科学理论为目标,还需科学的理念来指导观察和理解实验事实。

3 近代实验化学时期和化学方法的形成

17世纪下半叶到18世纪,化学进入实验化学时期,它开始同思辨哲学相分离,并彻底从炼金术(或炼丹术)中解放出来,近代化学由此开端。这一时期化学的主要任务是“搜集材料”,对物质及其性质进行分门别类的研究。这就需要运用化学实验手段对物质进行分解或分析,并在依次获得的大量经验知识基础上进行归纳与概括,结果抽提出了关于科学的元素概念和燃烧的氧化理论。在这个过程中,以实验归纳为标志的经验方法,作为科学形态的化学方法开始形成。

3.1 经验方法

波义耳和拉瓦锡作为这一时期的两个富有代表性的化学家,为化学方法的形成作出了奠基性的贡献。“怀疑派化学家”波义耳以他的新思想(机械论的微粒哲学)和新方法(化学实验方法),把化学开始确立为科学,而拉瓦锡则以他的具有系统性、严格定量性的实验方法和善于运用理论思维的逻辑推理方法(主要是归纳法)完成了由波义耳开始的将化学变成科学的化学革命过程。

具体来说,波义耳深受现代实验科学的始祖、英国哲学家弗朗西斯.培根的科学方法论(或“新工具论”)和机械论的微粒哲学的影响。在他的化学和物理学研究中,相当强调实验和归纳法的科学方法论作用,同时非常严格地遵循机械论解释的原则。波义耳反对把化学看做一种制造黄金等贵金属或者医疗药物的经验技艺,而应当看作一门科学,作为科学的一个分支,化学主要从事对化学现象作理论解释,而不是单纯去实际利用它们。他还主张,实验的方法和与此相联系的对自然界的观察是形成科学思维的基础,化学应该用实验方法而不是用玄虚的思辨和抽象的空谈来确立关于物质化学变化的定律。同时波义耳复兴了与亚里士多德哲学相悖逆的古代朴素的原子论,强调了物质的微粒哲学的观点。该观点认为:自然界是由一些细小致密、用物理方法不可分割的粒子构成,粒子结合成粒子团,粒子团作为基本单位参与化学反应。在这里可以说已经孕育着近代科学原子论的雏形。

拉瓦锡同波义耳一样,继承了弗朗西斯·培根的科学实验论,强调“除了通过实验和观察的自然道路去寻求真理之外,别无它途”。但他与波义耳不同,特别强调了实验归纳中的定量性,认为“必须用天平进行测定来确定真理”。并以精密的规范操作实践检验传统理论。拉瓦锡把波义耳倡导的经验性的实验归纳法推进到了新的阶段。其经验方法表现出了如下特点:从定性的实验归纳发展到了定量的实验归纳。拉瓦锡是明确提出,把由天平确定的量作为衡量的尺度,对化学现象进行实验证明的第一个化学家。正是运用了这种“以量求质”的方法用以检验传统的燃素说,终于否定了燃素的存在,了燃素理论对化学的百年统治。

拉瓦锡时代的化学方法尚属经验性质,但具有较高的严密性和系统性,较强的理论概括性。正是在实验基础上,运用概括的理论思维方法,拉瓦锡把从若干燃烧反应中所抽取出来的氧化的本质属性,推广到所有燃烧反应过程,从而形成具有普遍意义的氧化燃烧理论。

总之,波义耳——拉瓦锡时代的化学方法已趋形成,但比较强调“知识不能超出经验范围”,相对来说还比较忽视科学抽象、假说和演绎的理论思维作用。化学的进一步发展就需要推动化学方法,从经验方法过渡到理论方法的阶段。

3.2 理论方法

从18世纪末到19世纪,化学呈现出从搜集材料向整理材料发展的势头。在此期间,化学积累了庞大数量的实证的知识材料,以致在化学研究领域中有系统地和依据材料的内在联系。把这些材料加以整理的要求,已经成为势在必然。而建立化学的各个知识领域相互间的正确联系,也同样成为不可避免。由此,近代化学开始走进了理论领域。这一时期得到发展的理论方法主要有科学抽象、演绎推理、科学假说、比较分类及非逻辑推理等。

3.2.1 科学抽象

由波义耳倡导,拉瓦锡加以发展的定量实验归纳法,在18世纪与19世纪之交得到了化学家们普遍的重视与运用。在这种状况下,质量守恒定律、定比定律和当量定律等化学基本定量定律被发现,紧接着对这些定律作出理论上的科学解释亦就成为化学家的迫切任务。英国化学家道尔顿首先把这些在化学实验基础上归纳总结得出的定量定律跟物质由原子构成的观念相联系,并把原子量概念引入化学,建立了科学的原子论。该理论在19世纪初被公认为理论化学的最高成就。他所采用的就是一种称谓“科学抽象”的理论方法,即在经验归纳所提供的大量科学事实的基础上,运用概念、判断、推理的理论思维方法,抽提出物质内部的共同本质,确认了“原子”的客观实在,并就原子的不同类型、性质和质量等属性提出了科学论断,从而找到了各个经验定律的内部联系,建立起了科学的原子论。这种科学抽象的方法具有把观察与思考、实验经验的积累和丰富想象,新颖的理论构思相结合的特点,致使他的思维分析能达到实验分析所不能达到的深度。即使在显微镜得到改进时也不易被人看见的原子,道尔顿却早已用思维把握住了原子。

3.2.2 演绎推理

该理论方法是指从一般规律或原理出发,运用数学的演算或者逻辑的证明,得出特殊事实应遵循的规律,即“从一般到特殊”的逻辑推理方法。演绎推理是一种必然性的推理,只要推理的前提是真实的,推理形式是合乎逻辑的,那么推理结论也必然是正确的。在道尔顿时代,化学理论的建立与发展就迫切需要运用这种演绎推理的思维工具。19世纪初,道尔顿在初步建立科学原子论后,就从这一普遍原理出发,考察不同元素的原子之间的相互关系及其规律性。他注意到:一种元素的原子不仅可以同另一种元素的一个原子相化合形成化合物,也可以同另一种元素的两个、三个或更多个原子相化合形成化合物,而每种元素的原子的重量(原子量)又都是固定的。据此运用原子论就可以推论得出:在由两种元素生成的多种化合物中,同一定重量的第一种元素相化合的第二种元素的重量,彼此间就必然会呈现出简单整数比的关系。

沿着这样的思路前行,后来,化学家们用演绎方法推理出了“倍比定律”。此后,道尔顿根据倍比定律的逻辑推理,有目的地进行了定量分析实验,从氮的氧化物、碳的氧化物等一系列化合物组成分析的数据中证实了倍比定律的成立。

3.2.3 科学假说

科学假说的出现是理论方法日趋成熟的一个标志。因为运用假说方法能够在已知科学事实的基础上超出经验感觉的范围,对未知现象作出假定性的说明。正如1811年,意大利化学家阿伏伽德罗提出分子假说时所做的那样。当时道尔顿的原子论和盖·吕萨克所发现的气体体积简比定律的经验事实之间正处于不可调和的矛盾状态。而解决这一矛盾,不能单纯依靠经验方法,以此为契机,阿伏伽德罗提出“分子假说”,把原子理论推向前进。阿伏伽德罗的理论研究有一个总的指导思想,那就是试图找出化合物的物理性质和化学性质之间的联系。同时还试图用数学方法不但表示化合物的物理性质,还用它来表示化合物的化学性质。

由于主客观方面的原因,分子假说长期受到压抑而未获承认,直到坎尼查罗加以重新论证和分子量的实验测定得以确认,终于把道尔顿的原子论和阿佛加德罗的分子假说协调成一个合理的理论系统,也就是说,通过分子假说的方法把道尔顿原子论发展成为原子分子学说。

3.2.4 比较分类

这是既有区别又有密切相关的一组理论方法,它们是近代化学得以完成其“整理材料”任务的一对重要思维工具。“比较”是根据物质及其运动变化属性之间的某些共同点或相似方面的对称比对,以揭示其内在本质联系的推理方法,而“分类”则是根据事物之间的共同点和差异点把研究对象区分为不同从属关系的逻辑方法。可见“分类”是以“比较”为基础的,两者相辅相成,有助于化学家们透过纷繁复杂的化学现象,寻找到隐藏在背后的化学物质及其变化的规律。十九世纪中期,以门捷列夫为代表的无机化学家就是创造性地运用比较与分类的方法,把当时已有的庞杂混乱的化学元素及化合物的知识加以整理和综合,从而发现了化学元素周期律。

门捷列夫既强调在观察和实验的基础上,通过全面的比较和自然的分类,从质和量(即元素性质和原子量)的关系上去对化学元素的自然体系进行理论概括,又主张只有把归纳与演绎、分析与综合结合起来,才能发现元素性质周期性变化的规律并据此作出科学的预测。他对某些公认原子量的校正和对类铝(镓)、类硼(铝)、类硅(锗)的预测就是有力的例证。

3.2.5 化学直觉

随着科学原子论、分子假说、原子分子学说的建立和元素周期律的发现及周期系理论的形成,在整个19世纪,理论方法已在化学方法中居于主导地位。但是也应当看到在理论方法发展的同时,经验方法也在进一步发展,而且构成了理论方法发展的坚实基础。尤其在有机化学领域,基于发展了的经验方法派生出了一种非逻辑推理——化学直觉,它极大地推动了有机分子结构理论的建立与建立与发展,并赋予化学理论方法特有的个性化色彩。

所谓“直觉”是一种在感知过程中未经严格逻辑证明,但能迅速而准确填补知识空白的能力,广义的直觉包括灵感(顿悟)及直感、直观等不同层次的一类非逻辑思维形式。科学史表明,化学家尤其有机化学家,他们擅长于凭籍化学经验取得对化学事实的直观的理解,并能卓有成效地运用那种不注重逻辑推理,而直接得到基本正确的结果。例如,在制备某一染料之前,对于它的颜色他也会有一定的设想,在试图合成一种具有某种药性的药物时也往往有一种预见,而结果往往跟预想取得一致。这也就是说,化学家有了丰富的化学经验,就会有一种油然而生的对某些结果的“预感”或“直感”——这也许是化学家,尤其是有机化学家所具有的一种特有的科学素养,称之为“化学直觉”,这是一种认识上的飞跃,属于直觉思维范畴。

尽管这种直觉思维并未以突发性的形式出现,即不表现为“灵感”或“顿悟”,但基于丰富的化学经验并通过长时间的沉思和积累,化学家会有更多的机会获得这种灵感或顿悟的。应该承认,依靠“化学直觉”,有机化学家用化学变化的逻辑就能想象或预感原子在空间中的复杂构型,并通过富有成效的实验合成手段制成具有这种构型的有机化合物,进而在理论与实践的结合上把握住了有机物性质与结构的关系,建立起了有机分子结构理论。可见化学直觉是有机化学家富有创造潜力的一种标志。众所周知,德国有机化学家凯库勒就是一个杰出的代表。正是他,把个人的才智和对碳原子相互结合关系的理论研究相联系,最终完成了一种天赋般的直觉判断——苯的碳原子之间成环状结构。在这里,凯库勒的个人才智主要表现在他早期学习建筑所获得的对事物“空间结构美”的认识和对事物形象化的孜孜追求。一旦这种才智和他的化学经验积累相结合,就会产生一种闪耀智慧火花的化学直觉。

参考文献:

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在发现以前,外科手术治疗最大的障碍是难忍的疼痛。虽然许多国家(如中国,印度,巴比伦,希腊等)在古代即积累了麻醉法的经验,主要是应用植物性(曼陀罗花,鸦片,印度大麻叶等),亦有神经干机械性压迫,饮酒,放血等使病人丧失神志,甚至棒击病人头部造成昏迷的“麻醉”方法,也有手术时在手术部位搽酒精,靠酒精的吸热作用减缓疼痛感,但这些方法都不能使人满意。由于手术病人十分痛苦,休克极多,迫使手术向快速方向发展。俄国外科医生皮罗果夫可三分钟锯断大腿,半分钟切去。法国名医让・多米尼克・拉里24小时为200个人做完了截肢手术。病人的痛苦可想而知。

19世纪以来,手术治疗的客观要求日益增长,对麻醉的要求也更加迫切,同时化学的发展为麻醉的探索和研究提供了有利的条件。英国化学家汉弗莱・戴维在1799年自己吸入氧化亚氮(笑气)后,发现其炎症部位的疼痛有所缓解,因而他断定:“氧化亚氮,可以用于出血不多的手术时使其产生麻醉作用。”可是他的发现长期以来并未引起人们的重视。1824年希克曼以二氧化碳,氧化亚氮和氧气于动物实验中施行了麻醉,并进行了截肢手术。他要求进行人体实验,但未被应允。直到1893年,化学家斯考芬证实吸入多量笑气可使人呈醉态,甚至失去知觉,使用麻醉剂的时代才真正开始了。美国牙医韦尔斯在1844年做拔牙手术时使用了这种镇痛药。

1818年,著名科学家法接第的著作中曾指出“乙醚有致人昏迷的作用,其效应与氧化亚氮很相似”。医生们从中受到启发。1842年,美国罗彻斯特的一个叫威廉・克拉克的学化学的学生,给一个需要拔牙的妇女施用了乙醚,使她在拔牙时无痛苦。同年3月30日,美国的另一位医生克劳福德・郎格应用乙醚吸入式麻醉方法,成功地为一个颈背部肿瘤患者进行了切除手术,随后他继续用乙醚进行了许多小手术。由于当时郎格居处偏僻,他的成就未能被世人所知。1846年10月16日,美国马萨诸塞州总医院的威廉・莫顿用乙醚麻醉,从一个病人的脖子上割下一个肿瘤,仅历时8分钟,首次证明在进行大手术时,能用乙醚来进行全身麻醉。这次手术成功的消息在美国迅速传开,而后又传遍了全世界。各国相继采用乙醚麻醉进行手术,结束了病人必须强忍剧痛接受手术的时代。中国和俄国都是在莫顿成功的次年即开始采用乙醚麻醉的国家。(据《科技之光》)

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2.教材的基本结构和体系是从学生生活中须臾离不开的空气,水以及碳等引入,学习元素和化合物知识,同时有计划地穿插安排部分基本概念,基本理论和定律。这样使教材内容的理论与实际很好地结合,有利于培养学生运用化学基本理论和基本概念解决生活和生产中常见的化学问题的能力,还可以分散学习基本概念和基本理论,以减轻学习时的困难。为了有利于教师安排教学和便于学生学习和掌握,每章教材的篇幅力求短小,重点较突出。

3、从我国的实际出发,注意减轻学生过重的课业负担,使学生学得积极主动。根据一个合格公民的需要精选教材,从深度,广度以及习题难度上合理安排。按照教学大纲中规定的需要“掌握”、“理解”的内容作为教学的重点,而对要求“了解”,“常识性介绍”以及“选学”的内容,力求分清主次,区别对待。

4、为了调动学生学习的积极性,帮助学生理解化学概念和记忆所学的知识,教材中编入了数页彩图和约200幅图表。其中有的是集中反映某纯净物用途的,有的表现我国古代和现代工业成就的,有的配合化学科学发展的历史,刊印了科学家的肖像,有的用最新的科学成就图示启发学生钻研科学的积极性。为了符合学生的年龄特征和认知规律,除了与小学自然、初中生物、地理、物理等学科密切联系,便于教和学外,在教材内容的叙述上力求使学生愿读、易懂、有兴趣。

5、教材除普遍重视演示实验和学生实验外,还注意适当增加了能引起学生兴趣和有利于学生理解概念的实验。针对学生的差异还编了9个选做实验及一些家庭小实验。加强化学实验教学可以帮助学生形成化学概念,理解和巩固化学知识,培养技能,能力以及科学态度和方法。

三、教学目的和要求:

1.理论知识联系生产实际、自然和社会现象的实际,学生的生活实际,使学生学以致用。激发学生学习化学的兴趣。培养学生的科学态度和科学的学习方法,培养学生的能力和创新精神,使学生会初步运用化学知识解释或解决一些简单的化学问题。

2.重视基础知识和基本技能,注意启发学生的智力,培养学生的能力。使学生学习一些化学基本概念和基本原理,学习几种常见的元素和一些重要的化合物的基础知识,学习一些化学实验和化学计算的基本技能,了解化学在实际中的应用。

3.培养学生的科技意识、资源意识、环保意识等现代意识,对学生进行安全教育和爱国主义教育。

四、具体措施:

1.重视基本概念的教学

化学基本概念的教学对于学生学好化学是很重要的。在教学中,既要注意概念的科学性,又要注意概念形成的阶段性。由于概念是逐步发展的,因此要特别注意遵循循序渐进,由浅入深的原则。对于某些概念不能一次就透彻地揭示其涵义,也不应把一些初步的概念绝对化。在教学中要尽可能做到通俗易懂,通过对实验现象和事实的分析、比较、抽象、概括,使学生形成概念,并注意引导学生在学习,生活和劳动中应用学过的概念,以便不断加深对概念的理解和提高运用化学知识的能力。

2.加强化学用语的教学

元素符号、化学式和化学方程式等是用来表示物质的组成及变化的化学用语,是学习化学的重要工具。在教学中,要让学生结合实物和化学反应,学习相应的化学用语,结合化学用语联想相应的实物和化学反应。这样,既有利于学生记忆,又有利于加深他们对化学用语涵义的理解。还应注意对化学用语进行分散教学,通过生动有趣的学习活动和有计划的练习,使学生逐步掌握这些学习化学的重要工具。

3.重视元素化合物知识的教学

元素化合物知识对于学生打好化学学习的基础十分重要。为了使学生学好元素化合物知识,在教学中要注意紧密联系实际,加强直观教学,实验教学和电化教学,让学生多接触实物,多做些实验,以增加感性知识。要采取各种方式,帮助他们在理解的基础上记忆重要的元素化合物知识。在学生逐步掌握了一定的元素化合物知识以后,教师要重视引导学生理解元素化合物知识间的内在联系,让学生理解元素化合物的性质,制法和用途间的联系,并注意加强化学基本概念和原理对元素化合物知识学习的指导作用。

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