无机化学教学辩证思维分析

　　摘要:《无机化学》是高等师范院校化学类专业一门重要的专业基础课。学习这门课，不仅要学好相关化学理论和元素部分的知识，更要领会和研究其中蕴含的辩证思维，培养学生正确的自然观、科学技术观和科学技术方法论，培育学生的创新意识、创新精神和创新方法，为国家培养出讲科学、爱科学、学科学、用科学的优秀人才。

　　关键词:无机化学;辩证思维;教学

　　目前世界正处于“百年未有之大变局”，中华民族伟大复兴之路面临诸多挑战。高等教育为谁培养人，培养什么样的人这个重大命题更加受到国家关注。如何在无机化学专业课程中融入思政内容，从而培养高素质又红又专型人才就成为时代要求。笔者常年担任高师《无机化学》专任教师，深切感到无机化学课教学过程中融入马克思主义自然辩证法教育对于培养优秀的社会主义建设者可以大有作为。

　　1分析和综合

　　学习原子结构一章时，就用到了分析和综合［1］。首先从历史的角度进行分析，最早的古希腊原子论认为，原子的数目是无穷的，它们之间没有性质的区别，只有形状、体积和序列的不同。运动是原子固有的属性。它们互相结合起来，就产生了各种不同的复合物。原子分离，物体便归于消灭。当然，这种对原子的认识是原始的和初步的，是人类探索原子结构的初始阶段。19世纪初提出了道尔顿理论，这个理论认为原子是组成化学元素的、非常微小的、不可再分割的物质微粒。在化学反应中原子保持其本来的性质。道尔顿理论非常粗糙，但是也有其合理的地方，圆满地解释了当时已知的化学反应的定量关系，和古希腊的原子论相比，有了很大的进步。但是限于当时的实验条件，又存在很多问题，例如从“思维经济原则”出发，错误的给出许多元素原子量。也没有涉及到原子的微观结构究竟是什么样子的。20世纪初，卢瑟福提出原子的核式结构学说:在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着原子核旋转。该理论合理的地方是提出原子由原子核和核外电子组成，按照这个学说，可很好地解释α粒子的散射实验结果，α粒子散射实验的数据还可以估计原子核的大小。卢瑟福原子模型也存在致命弱点，即正负电荷之间的电场力无法满足稳定性的要求，即无法解释原子系统的稳定性。1913年，年轻的丹麦物理学家玻尔在总结当时在总结当时最新的物理学发现:普朗克黑体辐射和量子概念、爱因斯坦光子论、卢瑟福原子带核模型的基础上建立了氢原子核外电子运动模型，解释了氢原子光谱，后人称为玻尔理论。玻尔理论合理的内容是:核外电子处于定态时有确定的能量;原子光谱源自核外电子的能量变化。这一真理为后来的量子力学所继承。玻尔理论的基本科学思想方法是，承认原子体系能够稳定而长期存在的客观事实，大胆地假定光谱的来源是核外电子的能量变化，用类比的科学方法，形成核外电子的行星模型，提出量子化条件和跃迁规则等革命性的概念。然而新量子力学证明了电子在核外的所谓“行星轨道”是根本不存在的。用玻尔的方法计算比氢原子稍复杂的氦原子的光谱便有非常大的误差。最终提出量子力学了理论来解释原子结构。按照量子力学理论，核外电子运动没有固定的轨道，在任何区域都可能出现，只不过在有些区域出现的概率大，在有些区域出现的概率小，例如波尔理论中氢原子的波尔半径就是基态氢原子中电子出现概率最大的区域。通过分析前面几种理论的合理的地方和不足的地方，结合量子力学，综合起来提出了最新的原子结构模型，即用概率理论来解释核外电子的运动规律。并用薛定谔方程来描述核外运动状态。当然，对于大学一年级同学来说，没有必要掌握复杂的数学推导过程，只要掌握四个量子数，就能描述核外电子的运动状态。这种通过人类认识原子结构历史性，以及逐渐完备过程的分析，最终采用综合的方法，提出量子力学的原子结构理论，既能够理解原子结构认识的历史，也能使同学们明白及早把握最新的科学成就对科学发展的重要意义。当然也说明任何新理论都不是凭空产生的，需要站在前人的肩膀上，并要用实验作为基础。

　　2归纳和演绎

　　归纳是从个别到一般，寻求事物一般特征的认识方法，也是一种逻辑推理形式，归纳推理不是必然性推理，其结论具有或然性［2］。例如在学习元素周期律时，可以利用归纳和演绎的方法。元素周期率，主要包括原子半径、电离能、电子亲和能和电负性的变化规律。根据周期表中某一主族或者某一周期中每个元素的原子半径数值、电离能数值、电子亲和能和电负性的数值进行归纳出变化规律，可以演绎出其它主族和其它周期这些数据的变化规律。当然，元素性质的周期性变化是大体上的趋势，其中还有许多例外，所以演绎的结果还需要实验进行验证。这也是我们学习无机化学元素部分内容要特别注意的方面。例如，通过归纳和演绎的方法，可以得出:同周期元素随原子序数的增加，原子半径表现出从左向右减小的趋势。但是要注意，主族元素减小最快;过渡元素总体上表现为减小，但不规则且减小较慢;内过渡元素减小最慢。各周期末尾稀有气体的半径较大，但是是范德华半径。同族元素随原子序数的增加，原子半径自上而下增大，但是过渡元素的变化不明显，特别是镧系以后的个元素。所以在无机化学教学过程中，要特别注意采用演绎的方法得出性质的变化规律是，要注意特例的存在。例如，在无机化学下册卤素一章学习过程中，卤素单质的氧化性变化规律是F2＞Cl2＞Br2＞I2，+1价含氧酸的氧化性变化规律是HClO＞HBrO＞HIO，但是+5价含氧酸的氧化性变化规律是HBrO3＞HClO3＞HIO3，所以在无机化学的学习过程中，要特别注意演绎出规律的局限性，当然这也是客观世界复杂性的必然结果。

　　3从抽象到具体

　　无机化学学习过程中，从抽象到具体的辩证思维过程非常普遍［3］。例如，我们要学习很多定律，这些定律是科学家通过具体的实验结果和现象形成理论的过程，通过学习理论，还要应用这些理论解决一些具体问题，这就是从抽象到具体的过程［4］。例如，化学热力学一章中，学习的热力学第一定律，实际上就是能量守恒定律，在本章就有很多具体的应用。例如，对于具体的封闭体系，在只做体积功的条件下，要计算体系内能的变化量，就需要利用热力学第一定律。包括焓的概念的提出，指的是封闭体系在恒压条件下，不做非体积功，体系所吸收的热量全部用于体系的焓变，即特定条件下，热力学第一定律的另一种表达形式。热化学就是把热力学第一定律具体应用到化学反应上，讨论和计算化学反应的热量变化问题［5］。例如，在分子结构一章，价电子层互斥理论可以预言一些小分子的空间几何构型，在一个共价分子中，中心原子周围电子对排布的几何形状，主要决定于中心原子的价电子层中的电子对数目及(包括成键电子对和未成键的孤电子对)互相排斥作用，分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种结构。这是抽象的理论，遇到具体问题时，就要按照理论，首先确定出中心原子提供的价电子数目，然后确定配位原子提供的价电子数，如果是离子的话，还要加上或者减去相应的电荷数，最后确定中心原子的价电子层中的电子对数目，然后找出最小的排斥作用的构型就是该分子或者离子的构型，当然还要看一下有没有孤对电子，以确定价电子对的构型和分子的构型是不是一致。通过具体问题的解决，能够对抽象的理论有更好的理解，同时，能够增强自己分析问题和解决问题的能力。

　　4历史和逻辑的统一

　　恩格斯认为，为了从历史的偶然性中摆脱出来，尽管在研究经济学或其他领域的问题时，逻辑方法是唯一适用的。无机化学的发展和进步，亦遵循历史和逻辑的统一。正如前面介绍的，在人类认识原子的过程中，在历史的不同阶段，先后经历了古希腊原子论、道尔顿原子论，卢瑟福原子论，波尔原子论，以及现代的量子力学模型。实际上就是人类认识事物从简单到复杂，从表面现象到核外电子运动的本质的逻辑关系，有经验上升到理论。单纯的历史分析，只注重感性实践和演化特征，把握的是事物经验、知觉到的部分，把握的是事物与外部关系及其感性的历史变化;单纯的逻辑分析，则把事物抽空，注重的是事物内部不变的特性、静止的特性和形式的部分。只有坚持历史和逻辑的统一，把对事物的历史考察与对事物的逻辑分析有机结合起来，才能够全面的，深入的掌握事物的本质。在人类探索原子结构的过程中，如果只强调历史过程，不看到各种理论之间的逻辑关系，则不能从前人的理论上获得发展的积极因素，势必会减慢科学的发展速度。反过来，逻辑的发展需要历史的例证，需要不断接触实际的科学发展。

　　5结语

　　无机化学的教学过程中，注意学习总结其中的辩证法思想，可以使师生在教学过程中站的更高，看的更远，可以从横向也可以从纵向把握无机化学学科的脉络和发展前景;可以培养学生理性的、缜密的思维和科学修养。

　　参考文献

　　［1］吴国庆.无机化学:上册.第4版［M］．北京:高等教育出版社，2002.

　　［2］殷杰，郭贵春.自然辩证法概论［M］．北京:高等教育出版社，2020.

　　［3］常新红.高师无机化学教学的思考和实践［J］．广州化工，2014，42(1):162－163.

　　［4］常新红.从教学内容上思考高师无机化学教学范式改革［J］．广州化工，2015，43(22):220－221.

　　［5］李波，范会涛，冯超强，等.应用型本科院校制药工程专业无机化学教学研究思考［J］．广州化工，2015，43(10):211－212.

　　作者：常新红 单位：洛阳师范学院化学化工学院