认可有趣和重要：化学可以这样学

【编者按】 从2017年起，本刊持续关注南京师范大学附属中学保志明老师的“让理科学习更理性”专题研究，围绕认知态度与考试方法、定量实验的考查、科学教学中的有趣、理性对待学习等话题，先后刊发了5篇系列文章。本期继续刊发“系列之六”——从化学实验、化学知识、化学视角三个维度，讲述如何引导学生学习化学、理解化学，进而认可化学的有趣和重要，为我们呈现了理科学习的一种视角。

我是一名高中化学教师。若是大谈化学如何有趣，如何在各项前沿领域中散发独特魅力，深感力不从心——毕竟我不是化学家，我只会教高中生学化学;若是大谈化学如何重要，为何被称为“21世纪的‘中心科学”，又难免有王婆卖瓜之嫌。我要谈的是，化学如何学习。

一、期待课堂上的“混乱”：化学实验可以这样做

如果你学过初中化学，想必知道碳酸钠与盐酸的反应，可能也做过这个实验。不过，高中化学中我们还会再做这个实验：向碳酸钠溶液中加盐酸，但不说明“怎么加”“加多少”。没错，我们期待的就是课堂上的“混乱”：有人“倒”，有人“滴”，有人加得多，有人加得少……只要加了盐酸就会看到气泡，知道有反应在发生。可是，不同的加法，现象会有细微的不同——“滴”加盐酸时，起先看不到什么气泡，后来才会看到大量气泡;而“倒”入盐酸时，一下子就能看到大量气泡。那么，学生在交流实验现象时就会有不一样的结果。

为什么我的现象和别人不一样？自然要一探究竟。如果先在碳酸钠溶液中加入了酚酞，就更有趣了：慢慢“滴”加盐酸的时候，虽然看不出明显气泡，酚酞的颜色却逐渐变浅，说明碳酸钠在逐渐减少。随着盐酸的继续滴入，酚酞颜色会越来越浅，碳酸钠理应越来越少，反应理应越来越慢，直到完全停止——这是正常的推理。可是，见证奇迹的时刻来了！继续滴加盐酸，溶液在已显浅粉色的时候，会突然产生大量气泡，而且反应还很迅速，这种矛盾要如何解释？消失了的碳酸钠没有变成二氧化碳气体的话，变成了什么？这些问题是在“混乱”的实验过程中自然而然产生的，探究也就顺其自然发生了。

上述环节会使学生认识到碳酸钠与盐酸反应是分两步进行的，在少量地、缓缓地滴加盐酸时，碳酸钠是被反应掉了，但是并没有“逃逸”出溶液，而是变身为其他形式“隐藏”起來了。变身为什么形式了呢？只能是碳酸氢钠。当盐酸加到足够多时，碳酸氢钠也“隐藏”不住了，这才变成二氧化碳气体“逃逸”出溶液。

碳酸钠、碳酸氢钠这些分子看不见、摸不着，可是，通过肉眼对气泡的观察，我们居然发现了微观世界的秘密。化学教科书上那些对微观本质的描述正是通过对宏观现象的观察和思考得来的。这里，是逻辑与想象的融合，是宏观与微观的联系，这也正是化学本然的有趣！

二、追寻复杂背后的简约：化学知识可以这样生长出来

学习是一个不断让新信息与头脑中的已有信息建立联系的过程。因此，不断回头看看学习过的知识，想想它与新学习的知识有没有什么联系，是一种能让知识自己生长的学习方式。

例如，初中时学生学过HCl+NaOHNaCl+H2O，知道这是一个酸碱中和反应;还学过Na2CO3+2HClNa2CO3+CO2↑+H2O，知道这是一个盐与酸的反应，可以制得CO2气体。等到高中学习离子反应时，再回头来看这两个反应，学生会发现：前者是H+传递的反应，它从HCl中传出来，被OH-“接住”，生成了H2O;而后者呢？竟然也是个H+传递的反应，它从HCl中传出来，被CO2-3“接住”，生成了CO2和H2O。原来它们本质上是一致的啊！我们还可以引导学生再想下去，既然H+能从这个微粒传给那个微粒，那能不能反过来传呢？谁传给谁究竟是由什么决定的呢？

经常回望与整合，学生就会发现世界纷繁复杂的现象背后，也许有着简约的规律，它们在支配着大自然的运转。而学生在高中化学学习（当然不只是化学学习）中养成的思维习惯，或将有助于他们成为能指点迷津、揭示规律的人。

三、脆弱的静止和永恒的运动：通过化学视角增长人生智慧

好动的少年不小心摔伤骨折了，虽然很痛，但一般不用太担心，因为好好养伤就能康复。但是，牙齿也属于骨骼系统的一部分，为什么（成人）牙齿磕碎了，就再也长不出来了？这是个医学问题吗？不是，这其实是个化学问题，而且是运用高中化学知识就能回答的问题：动态平衡与静态平衡的差别。

牙齿是我们身体中最坚硬的骨骼。长期的生物进化让牙齿的表面形成了一层坚硬的牙釉质。打造出这么一副武器，多不容易啊！因此，包括人类在内，绝大多数有牙齿的生命体都采取了同一种策略，那就是等到一定年龄之后，牙齿就不再生长，进入“平衡状态”。特别是牙釉质，终生都不会跟外界发生反应（不包含破坏性损伤），从而形成了严格的静态平衡。人类身体中的其他骨骼，在生长策略上正好相反。即使是成年之后，骨骼的形态已经确定，但是化学反应依然在进行，而且还很高效。每天，都有一些钙质溶解到体液中，又有一些新的钙质填补到骨骼中，也正是因为这样，骨骼才有了自愈的特性。

物质世界中的动态平衡，不只是对某些行为产生影响，更是建立起了一种独特的世界观。

物理常识告诉我们：运动是绝对的，静止是相对的。既然静止是相对的，我们就可以推导出，静止的状态是不稳定的，它很容易就转变为运动的状态。化学反应平衡就是如此，它是非常脆弱的静止状态。内部的化学反应一直在进行，外界的温度、压力但凡有一点变化，就能打破这个平衡。然而，化学反应不管怎么打破旧的平衡，新的平衡总能马上建立，即便它依旧是不稳定的状态。

这就是静止与运动的相互转化。学习了化学平衡，学生对物理力学中的运动与静止会有更深刻的认识;等到将来在辩证哲学中再看到“矛盾双方相互包含、相互渗透，一定条件下，还可以互相转化”这样的观点，那更是心领神会。

化学知识具有了哲学层面的意义，那就不仅仅是物质世界中的化学知识了，它还帮助我们增长人生智慧。其实，人类的哲学智慧并不是凭空产生的，而是依赖于物质世界的。反过来说，从各种物质现象中，我们不难发现对应的思想，作为自然学科基础的化学也不例外。

我想，如果我们这样引导学生学习化学、理解化学，学生难道不是打心眼里认可它的有趣和重要吗？