学科思维与社会生活的融合，本文主要内容关键词为：社会生活论文,学科论文,思维论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
美国著名物理学家理查德·费曼曾经有过这样的假设[1]：假如在某次大灾难来临之际，将要毁灭人类的大部分科学知识，最值得留给后世的是——世界是由原子构成的。而著名物理学家和天文学家乔治·伽莫夫在《从一到无穷大——科学中的事实和臆测》一书的开篇介绍“大数”时谈到，以上世纪五六十年代最大的天文望远镜可见的那部分宇宙中，含有的原子数大约是
[2]。可以想象，伴随着人们可见的宇宙边界的逐渐扩大，现时可见宇宙中含有的原子数也在逐渐增多。其实宇宙间究竟含有多少原子并不重要，但是两位物理学家不约而同地将对世界认识的起点放在“原子”层面上的见解（注意：是认识的起点，而不是物质世界的起源），毫无疑问给了我们重要的警示：作为从原子层面上研究物质结构、性质与应用的自然科学分支——化学，尤其是作为通识教育的中学化学教学，是否应该给学生带来真正从原子层面上观察周围世界的视野？回答当然“是”。 作为“土”的象征，我们时刻生活在硅和硅的化合物的包围之中。因此能够引发对硅以及硅的化合物的结构与性质进行交流的话题很多，然而在学习了“硅和硅的化合物”的相关内容以后，我们究竟能给学生留下些什么？从学科教学的角度，是否可以梳理出一条具有逻辑关系的主线？本节教学内容就是循着这样的逻辑关系展开了。 一、从原子的视角“看”地球上资源的存在形态 这是一个有趣的问题：这是一张从太空中拍摄的地球照片（如图1中a所示），是我们美丽的家园，其表面超过70%的面积被海洋覆盖，这还不包括其内陆的湖泊与河流。为什么在太阳系中，不把“地球”命名为“水星”，而称之为“地球”呢？ 面对这样的问题，有学生这样想：因为我们生活在陆地上，最早接触到的生活环境与土地有关。应该说这不失为一种合理的解释，如果从化学——原子的角度看，是否还会有别的理解方式？
表1中所列是地壳中主要元素所占的质量（以100 g某地壳样品为例）。
教师在展示出以上数据以后，要求学生计算出上述地壳样品中含有的各种元素原子的物质的量，并且按照物质的量从大到小的顺序重新排列（结果如表2所示）。
以上地壳中各元素成分从质量到物质的量的转变，不经意间让学生已经将对世界的认识从生活经验上升到科学理性的层面。面对以上排序的变化，学生最直观的感受是：受元素的相对原子质量大小的影响，质量的排序和原子数量的排序并不保持内在的统一性。 在此基础上，教师和学生针对以上数据进行了一次大胆假设下的交流与讨论： 1.地球的“土”与“水”之争 假设地壳样品中的H原子全部转化为
，那么
的物质的量与含Si化合物的物质的量之比是多少？ 因为有0.76 mol H原子，全部都生成水，则水的物质的量为0.38 mol。这样水与含Si化合物的物质的量之比就变为0.38:0.94（此时的学生没有对硅一氧四面体相互连接形成高分子化合物的认识），从地壳中含有的
分子数和以Si为中心的结构单元数量的比较，还是以代表“土”的含硅化合物的微粒数居多。透过大多数被覆盖着的水面，我们依然可以感受到坚实的大地。这就是“地球”（如图1中b所示）。 2.地壳中各元素的存在 假设除去与H原子结合的O原子（0.38 mol）以外，剩余的O原子（2.66 mol）全部与Si原子（0.94 mol）结合，此时剩余的硅氧原子的总质量是多少？ 为此涉及的是从物质的量到质量的转变：
面对“硅的氧化物（
）及硅酸盐（
）构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳总质量的90%以上”这样的文字，学生自然会心存困惑：剩余的硅氧元素的质量和远小于90 g，怎么回事？此时最直接的理解就是在硅酸盐中还结合有金属阳离子，是这部分金属元素的质量填补了岩石、沙子和土壤的总质量与硅氧元素质量总和之间的空白；当然在上述物质中还会含有一定量的“
”。 3.硅氧化合物的存在形式 如果Si、O原子结合，有形成硅的氧化物（
）和硅酸盐（
）两种可能，那么哪种硅氧化合物是主要存在形式？ 根据以上两种不同形态中硅氧原子的个数比，可以0.94 mol Si原子为计：形成
和
所需要的O原子数分别为1.88 mol和2.82 mol，此时尚剩余的n（O）=2.66 mol。无论是在下列数轴中（见图2），还是直接计算n（O）:n（Si）=2.66:0.94=2.83，都可以清晰地看出
将是硅氧化合物存在的主要形式。 及至课本中出现这样的叙述“硅酸盐矿物在自然界中分布极为广泛，且已知的硅酸盐矿物有600多种，约占已知矿物种类的1/4，占地壳岩石圈总质量的85%”。此时的学生对此已经了然于胸了。
从原子的视角审视自然界中硅的化合物，学生可以清晰地“看”到硅元素在地壳中的主要存在形态：这就是硅酸盐（
）和硅的氧化物（
）。 图3描述了以自然界提供的硅酸盐和二氧化硅为资源，人类通过具有智慧的劳动和创造，生产出千姿百态、结构精巧、功能各异的产品。这就构成“馈赠与智慧”的主题，也成为以下问题讨论的逻辑主线的开端。在这样的具有逻辑关系的知识体系中，教学内容可以按照不同的教学侧重点进行不同的组合，从而形成对化学知识教学的选择性。例如，笔者就曾选择以芯片、玻璃和水玻璃为主题，展开与硅的化合物有关的教学活动，其他知识内容可以通过学生自己的阅读而达到学习目的。这样可以在教学过程中更加自如地渗透学科知识、科学方法以及学习意义等问题的交流与讨论。
二、从宏观与微观的联系中形成对事物及变化的正确认识
在比较中，学生发现
和Si的晶体结构中，Si原子的排列方位几乎一样，所不同的是在
转化为Si时，连接两个Si原子的中间O原子消失了。 试着推一推
的结构模型，是牢固的；联想手里搓着沙子的感觉，是坚硬的。这两者联系在一起，要把
结构中的O原子拉出来，将如何？ 是费力的！所以需要高温条件。（学生如是说。） 请设想C原子花了很大的力气将
中的O原子拉出来以后，有能力再去拉一个O原子吗？ 为啥不能呢？是不是没劲儿了？（学生会有多种想法。） 就一般而言，C原子如果费了很大的力从
中拉出一个O原子以后，再拉一个O原子，也未尝不可。只是如果关注一下物质的状态，C原子获得一个O原子以后，它已经作为CO“飘飘欲仙”，请问此时的CO有与
接触的机会吗？即便有机会，CO“有那么大的劲儿”吗？ 想象着反应过程中的艰难与物质的状态变化，学生一下子释然了，自觉地将反应的方程式改写为：
以后的教学测评可以发现，这种使学生建立在理解层面上的对以上反应过程的认识，是比较持久而稳定的。
继而，向上述滴有酚酞试液呈红色的
溶液中滴加盐酸，会发现红色逐渐变浅，同时溶液在反应进行中的某一瞬间突然凝结成凝胶状（如图5中b所示）。虽然上述反应在原理上再一次说明
是弱酸，但是让学生感到惊讶不已的依旧是溶液凝固的那一瞬间。 这是为什么呢？学生的好奇心被这奇妙的现象紧紧地抓住了。 能不能通过与
溶液和盐酸反应现象的对比发现某些端倪？
会是长链？不是，
是粒子状的。
是长链？只能如此。 是怎样的长链呢？ 当屏幕上一下子出现长链形的
离子的形象（如图6所示，其对应离子模型如图7所示），学生一下子全乐了。惊喜之后，他们发现长链中的Si、O原子个数比为1:3，且每一结构单元中带有两个单位负电荷。
想象着当这些在溶液中不停地扭曲缠绕着的长链形巨型离子，一旦与
反应产生不溶于水的
（如图8所示），这些长链的不溶于水的分子从溶液中析出，在盘根错节之中裹挟并固定了大量的水分子，从而就形成了水溶液被“凝固”这一奇特的现象。
在实际教学过程中，教师往往困于对现实的教学目标的追求，对
与
的反应的独特现象熟视无睹，要求学生只需观察到有沉淀产生并且这种沉淀有别于以前熟悉的沉淀的状态，需要在书写时标注“胶体或凝胶”的字样就可以了。 然而，如果关注学生学习的心理状态，就可以暂时将纸笔测试中的所谓文字表达放一放，循着学生的好奇，调动着学生的想象，进行一次深入微观世界的探索之旅。再回到现实世界的时候，在学生的脑海里，面对具有相似组成的
和
溶液，反映出来的微观形象确实完全不一样。这种心理与思维相互交织的奇妙体验，是能够带给学生发自内心的美感的，为学生奠定了在未来生活中于理性之上的想象力的基础。 三、从社会生活的角度理解学习的意义 “玻璃”是教学过程中的又一主题，选择这一内容有两层含意：一是从学科知识体系出发，玻璃的生产原理与溶液中的
与
的反应相比，表现出两种相反的变化趋势，这为学生理解物质性质的有序性、热力学的焓变与熵变对反应方式的影响等学科观念奠定了认识的基础。二是感悟生活，即便生活中最熟悉的材料，也蕴含着丰富的人与自然交流的故事。 教学中除了对玻璃生产的原理介绍以外，“玻璃”的故事，就从中国古代建筑的窗户说起了：在没有玻璃的年代，建筑房屋窗户的透光材料是中国经典的传统产品——纸（或绢）。纸尤其是能够透光的纸的强度是弱的，因而就将纸贴敷在间距较小的窗格上，这增加的支撑、提高了纸的耐用性，同时也带来了中国传统中春节前换窗户纸的习俗。随后窗格子变美了、有故事了（具有教育功能）。 再将视野扩大至中国传统建筑中的大屋檐（减少窗户纸被风吹雨淋的伤害）。再后来玻璃来了，建筑形态也变了。从著名美籍华裔建筑设计师贝聿铭设计的美国国家美术馆、香港中国银行大厦、法国卢浮宫前玻璃金字塔入口、苏州博物馆等建筑图片中，可以发现一个个人与玻璃交往的故事。 在这样一种对历史的追溯中，学生可以直观地感受到人类文明的进步与材料的更新、创造相伴，同时也应该赞叹我们的祖先并不囿于材料的局限，他们凭借自己的智慧，营造出实用的、适合的又极具审美情趣的生活方式。这些都将给现在的学生以启迪，激发出他们对待生活的热情。 法国哲学家彭加勒在一篇文章中写道：“科学家不是因为有用才研究自然，他研究自然是因为能够从中得到快乐；他从中得到快乐是因为它美……我指的是根源于自然各部分的和谐秩序、纯理智能够把握的内在美。”[3]就此而言，科学知识与社会生活的融合，不是使具有科学理性的学科教学总是匍匐在社会生活之下，将其演变为对社会现象的简单解读，科学教学也应当具有超越现实的精神，使学生能够借助于具有逻辑关系的理性思维，看到物质世界结构的层次性与变化的有序性，这样才能真正成为根植于学生内心的内在美。
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