化学学科基本思想与观念

化学学科基本思想与观念王超英2013－9－17一、化学的价值二、化学教育的价值三、化学学科基本思想与观念四、化学学科思想与方法的培养中国化学会《化学学科发展报告(2006)》（一）化学是承上启下的中心科学“21世纪将是一个生命科学和信息科学的世纪”，那么究竟“化学还有什么用呢？”。诺贝尔化学奖获得者H.W.Kroto的回答是:“正是因为21世纪是生命科学和信息科学的世纪，所以化学才更为重要”，这是因为化学是一门承上启下、渗透于各种新兴交叉学科的中心科学。”（二）化学是社会和经济发展迫切需要的实用科学•化学已经渗透到国民经济的发展和人民物质文化生活的改善和提高的几乎所有方面，无论是高新尖端技术，还是国民经济发展的各种支柱和支撑产业，还是人们的衣食住行、生活休闲、医疗保健，无不都与化学科学的发展密切相关。•90年代初，“国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）”提出化学是21世纪的中心科学。1995年，印永嘉带领一批知名科学家编写了《21世纪的中心科学－化学》一书。印永嘉在前言中写道：化学是一门基础学科，又是与国民经济的发展和人们日常生活（吃、穿、用及身体健康）有密切关连的学科。一、化学的价值•该书从基础化学、材料化学、地球和海洋化学、生命化学与仿生化学、环境化学、能源化学、农业化学、食品化学等几个方面介绍了化学的价值化学的价值•1．化学对人类物质基础的作用•2.化学在相关学科发展中的作用•3．化学对促进人类健康的作用•4.化学对人类生存环境的作用•5.化学对提高人类生活质量的作用1．化学对人类物质基础的作用•化学的研究对象是物质，研究物质组成与结构和性能的关系，研究物质转化的规律和控制手段。•进入20世纪以来，人类开始遇到人口增长、资源匮乏，环境恶化等问题的威胁。而化学以其理论和方法通过分析、合成和控制化学过程等手段，在解决这些问题时起到了核心和基础作用。化学不但能够大量制造各种自然界已有的物质，而且能够根据人类需要创造出自然界本不存在的物质。如：化肥、合金、合成材料等等1928年尿素的合成－打破了不能人工合成生物体内的生物物质的思想禁锢，使合成化学获得了大发展2.化学在相关学科发展中的作用（1）化学研究带动其他学科的过程研究•化学研究使人们逐渐掌握了物质变化的规律和各类化学反应的机理•所以，化学研究是工业、农业、环境保护、能源等方面科学研究的推动力。化学与其他学科融合之后分化出许多研究各种化学过程的学科。土壤化学－水化学－环境化学•化学引用化学热力学、化学动力学的概念和方法与土壤学融合，研究土壤中物质转化和迁移规律，发展了土壤化学；•研究水体中物质转化和迁移规律诞生了水化学。•水化学和土壤化学在解决水体、土壤中有害物质的转化和迁移问题上发挥了重要作用，成为环境化学的基础。（2）化学带动了材料科学的发展•从利用天然材料到创造和利用合成材料是人类历史中的一大关键性进步材料化学•金属材料－•不锈钢（发现：一次世界大战，研制不锈钢制枪管；用途－制炊具、各种化工设备、食品加工设备）•钛合金（耐腐蚀、高强度，避免磁性水雷攻击，上天下海、低温超导特性）•半导体材料陶瓷材料－无机非金属材料•传统陶瓷－玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、分子筛等•精细陶瓷－高温结构陶瓷、透明陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、纳米陶瓷•传统陶瓷－主要成分硅酸盐（天然硅酸盐如岩石、砂子、粘土、云母、滑石、石棉、石英等；人造硅酸盐如玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、分子筛等、精细陶瓷•高温结构陶瓷－化学成分氮化硅（代替铸铁作汽车发动机，不需水冷，机械强度高、硬度高、导热性好、化学稳定性好）•透明陶瓷－各种氧化物如氧化铝、氧化镁、氧化铍等和非氧化物如砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化钙等。光学性能优异，耐高温。用氧化铝陶瓷制造高压钠灯，发光效率高，使用寿命长精细陶瓷•光导纤维－用高纯度的石英玻璃熔融体，拉出直径约100微米的细丝，称石英玻璃纤维。进行光纤通讯，激光是理想光源。用氟玻璃制成的光导纤维，可把光信号传输到太平洋彼岸不需中继站。光损耗大的光导纤维可在短距离使用，特别适合制作各种人体内窥镜，如胃镜、膀胱镜、直肠镜、子宫镜等，便于诊断和医治各种疾病。精细陶瓷•生物陶瓷－如氧化铝陶瓷做假牙，与天然齿十分接近，还可做人工关节，如膝、肘、肩、指、髋关节等。•纳米陶瓷－具有延展性，有的甚至出现超塑性。如室温下合成的二氧化钛陶瓷，可以弯曲。解决了陶瓷的脆性问题。合成高分子材料•塑料－在一定的温度和压力下塑制成型的合成高分子材料。聚乙烯、工程塑料、特种塑料（如聚四氟乙烯）•人造纤维•合成纤维•人造纤维－以天然高分子纤维素或蛋白质为原料，经过化学改性而制成，如粘胶纤维（人造棉）、醋酸纤维（人造丝）、再生蛋白质纤维。•合成纤维－由合成高分子为原料，通过拉丝工艺获得纤维•最重要的品种是聚酯（涤纶，的确良，用于织衣料、运输带、过滤布、渔网等）、聚酰胺（尼龙、锦纶，用于做渔网、降落伞、丝袜等）、聚丙烯腈（腈纶），占合成纤维总量的90%以上。另外还有聚乙烯醇缩甲醛（维纶）、聚丙烯（丙纶）聚氯乙烯（氯纶）3.化学对促进人类健康的作用•生命活动是最复杂的现象。在长期进化过程中,人体已经形成一个高度自我调节的开放系统。化学物质通过人体的吸收和排泄而处于大循环中,影响着人体的结构与功能。化学物质进入人体后,不仅起营养作用,还起调节、控制作用。•人的生病和治病、衰老和疲劳以及脑活动与神经传导等,无不与化学物质有关。缺少维生素会加速老化,乳酸在肌肉内积累就会感到疲劳,钙离子水平调节视觉变化等。在人体内既有有机物,也有无机物;既有生物大分子,又有金属离子。它们可使一些生命物质激活或抑制,形成连锁式的化学反应和相应的生命过程,从而表现各种各样的功能。化学与健康•生命化学（生物化学-分子生物学）•药品研发生产•保健品研发生产4．化学对人类生存环境的作用•地球的资源储量是有限的，尤其是矿产资源、石油、天然气和煤。它们既是人类的主要物质资源，又是主要的生产原料。人类的不合理开发已造成对生态环境的严重破坏。世界每年有约上百亿吨废物倾入地壳、江河、海洋之中，滥用化学肥料、农药和除草剂等，造成土壤和水系环境严重恶化,既会直接危害人类，又会扩散破坏生物圈，长期地影响着人类的生存。•化学在保护生态环境中处于不可替代的地位，起着独特的作用。要解决环境污染问题,一是改进生产工艺减少废物排除，二是加强工业废物处理和监督，开发废物再利用的新技术，化害为利，变废为宝，这些都得依靠化学的进步5.化学对提高人类生活质量的作用•化学与现代生活•作者：张爱芸主编•出版社：郑州大学出版社•出版时间：2009-2-1•1化学与环境污染1.1大气污染物及防治1.2水的污染1.3固体废弃物污染2化学与营养2.1生命的甘泉—水2.2糖类2.3蛋白质2.4脂类2.5保证机体正常生理功能的营养素—维生素2.6容易缺失的营养素—无机盐2.7食品添加剂2.8正确的食物烹调方法•3化学与药物3.1药物化学家的工作与药物的发展前景3.2中药3.3西药3.4当前面临的医学难题4洗涤用品化学4.1洗涤过程4.2表面活性剂4.3洗涤剂中的助剂4.4洗涤剂的发展趋势5化妆品化学5.1化妆品功效及其成分5.2表面活性剂5.3化妆品的其他主要成分5.4化妆品中化学物质的危害性6家居装修化学6.1装修新材料6.2装修中的污染7家用燃料化学7.1柴草、畜粪、秸秆7.2煤7.3煤气7.4液化石油气7.5天然气7.6沼气7.7太阳能•8衣料的学问8.1中国近代服饰的变迁8.2服装材料8.3天然纤维服装的鉴别与保养9珠宝首饰化学9.1黄金9.2银9.3铂金和钯金9.4宝石二、化学教育的价值•化学在人类的衣食住行以及工业、农业、医药、卫生、环境等各行各业中发挥着重要作用，所以，化学教育承担着重要的责任。•化学教育的价值是什么？教育的价值•教育有两种基本价值：•一是促进人的发展，这是教育的内在价值、根本价值；•二是承担社会所赋予的人才选拔功能，这是教育的外在价值、工具价值。化学教育的价值讨论：培养人选拔人选拔出什么样的人？培养出什么样的人？化学教育的目标是什么？•多年来，我国的基础教育课程体系为“基础知识与技能”所主宰,化学教育与其它学科一样，过份强调教育的选拔功能。把教育的两种价值割裂开来、对立起来。•教育逐渐异化，变成应试教育•学生逐渐成为考试机器，缺乏创新思维新课程下初中化学教育的目标义务教育阶段的化学课程以提高学生的科学素养为主旨，激发学生学习化学的兴趣，帮助学生了解科学探究的基本过程和方法，培养学生的科学探究能力，获得进一步学习和发展所需要的化学基础知识和基本技能；引导他们认识化学在促进社会发展和提高人类生活质量方面的重要作用，通过化学学习培养学生的合作精神和社会责任感，培养学生的民族自尊心、自信心和自豪感，引导学生学会学习、学会生存，更好地适应现代生活。新课程下初中化学教育的目标•一、知识与技能•二、过程与方法•三、情感态度与价值观新课程下初中化学教育的目标一、知识与技能•1.认识身边一些常见物质的组成、性质及其在社会生产和生活中的初步应用，能用简单的化学语言予以描述。•2.形成一些最基本的化学概念，初步认识物质的微观构成，了解化学变化的基本特征，初步认识物质的性质与用途之间的关系。•3.了解化学与社会和技术的相互联系，并能以此分析有关的简单问题。•4.初步形成基本的化学实验技能，初步学会设计并能完成一些简单的化学实验。二、过程与方法•1.认识科学探究的意义和基本过程，进行简单的探究活动，增进对科学探究的体验。•2.初步学习运用观察、实验等方法获取信息，能用文字、图表和化学语言表述有关的信息，初步学习运用比较、分类、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工。••3.能用变化和联系的观点分析常见的化学现象，说明并解释一些简单的化学问题。•4.能主动与他人进行交流和讨论，清楚地表达自己的观点，逐步形成良好的学习习惯和学习方法。三、情感态度与价值观•1.保持和增强对生活和自然界中化学现象的好奇心和探究欲望，发展学习化学的兴趣。•2.初步建立科学的物质观，增进对“世界是物质的”“物质是变化的”等辩证唯物主义观点的认识，逐步树立崇尚科学、反对迷信的观念。•3.感受并赞赏化学对改善人类生活和促进社会发展的积极作用，关注与化学有关的某些社会问题，初步形成主动参与社会决策的意识。•4.增强安全意识，逐步树立珍惜资源、爱护环境、合理使用化学物质的可持续发展观念。•5.初步养成勤于思考、敢于质疑、严谨求实、乐于实践、善于合作、勇于创新等科学品质。•6.增强热爱祖国的情感，树立为民族复兴和社会进步学习化学的志向。•化学教育的价值，通过化学课程的学习，提高学生的科学素养，使今天的学生－未来的公民能适应未来的社会生活。•高剑南教授曾说：“多少年后，学生可能忘记很多具体的化学知识，遗忘曾经做过的无数道化学试题，但是化学的学科意识却能深深地印在脑海里，成为认识物质、做出相关判断的出发点与基本依据。”•初中一年的化学学习，应该让学生初步建立起化学学科的基本思想和观念，通过高中三年的学习进一步完善和丰富，使化学成为一门对学生非常有用的学科。三、化学学科基本思想和观念化学学科思想•“化学学科思想”是人们在认识化学的活动中运用科学方法的思想意识，是对化学的本质、特征、价值的基本认识。•1.化学学科思想的基本特征：•不是具体的化学知识，是从具体化学知识提炼形成的；•它体现了化学的本质和价值，化学的许多具体内容都可在学科思想的框架下得到解释；•学科思想引导了化学的发展和充实；•学科思想在学生的化学素养发展中起着重要作用，它是学生化学素养的重要组成部分，对学生的学习提供了明确的指向和目标，它使学生把握住化学学习的关键，为学生理解和掌握化学的本质提供了优化的途径•学科知识、学科能力、学科思想是学科体系的三个要素，而学科思想是一个学科的灵魂。通过培养学科思想和方法，可以增强学生发现问题、解决问题的能力。•1.整体性思想（不管中间过程，注重始态和终态）•2.联系思想（微观和宏观、量变和质变、定性和定量、结构和性质、性质和