趙華 劉前樹

摘要：化學學科是在原子、分子水平上研究和創(chuàng)造物質(zhì)的基礎(chǔ)科學。人們在享受著由它帶來便利和文明的時候，有時卻不能理解它，甚至詆毀它。從事化學研究、化學產(chǎn)業(yè)和化學教育的人有時選擇少發(fā)聲、不發(fā)聲，使更多人產(chǎn)生迷惑和誤解。教育領(lǐng)域內(nèi)對化學的理解存在各種形式的偏差，基礎(chǔ)教育領(lǐng)域更是從學科評價的“指揮棒”一高考著手，正出現(xiàn)化學不斷“邊緣化”的趨勢。讓未來的建設(shè)者和全社會了解“化學是什么、為什么學化學？化學學什么？化學怎么學？”迫在眉睫。同時，化學也需要讓更多人理解它作為一門“中心學科”和“中心咨詢者”的價值。

關(guān)鍵詞：化學，為什么學化學，化學學什么，化學怎么學，中心科學

文章編號：1008-0546（2020）05-0002-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.001

一、問題背景

當前，化學學科正在被弱化或者誤解。有化學工業(yè)本身帶來的問題、化學產(chǎn)品的非正當應用的問題、化學學科本身不善于溝通和宣傳的問題等等，種種因素導致了全世界對化學“非善意對待”。

美國科普作家蕾切爾·卡遜的《寂靜的春天》一書中，描繪了工業(yè)文明所帶來的負面影響。從積極意義上看，推動了現(xiàn)代環(huán)保主義的發(fā)展，然而，也引發(fā)了對工業(yè)文明的抵制，尤其是對化學工業(yè)及其產(chǎn)品的誤解。從事化學研究、化學產(chǎn)業(yè)和化學教育的人，更多選擇少發(fā)聲或者不發(fā)聲，使更多人產(chǎn)生誤解。這種趨勢醞釀成一種社會情緒，最終形成對化學學科的偏見。正如徐光憲院士在《今日化學何去何從》一文中所說：“化學家太謙虛”，不會向社會宣傳化學與化工對社會的重要貢獻。因此20世紀化學取得的輝煌成就，并未獲得社會應有的認可。

新高考方案對化學選種產(chǎn)生現(xiàn)實影響。當前，八省市實施“3+1+2”的新高考方案，因為方案中顯性和隱性的“物理必選”和“再選科目等級賦分”兩個要素，導致化學學科選考人數(shù)偏少，這種下降趨勢將在實施之后愈演愈烈，如果不出臺“再選科目保障機制”（俗稱“托底”等政策），化學學科的弱勢地位已成定局。選修化學的學生越來越少，不是因為“無興趣”，根本源于“趨利避害”。此趨勢的蔓延，其效應在未來的10-20年將會逐步顯現(xiàn)，比如基礎(chǔ)科學人才結(jié)構(gòu)異變，人才缺乏導致未來新能源、新材料、新技術(shù)等產(chǎn)業(yè)受較大影響;基層學?；瘜W教師需求銳減，導致化學師范專業(yè)萎縮。

中考評價對化學學科產(chǎn)生沖擊。當前，北京中考方案將化學變?yōu)椤吧?、化學就高分選”，文件表述為：按照文理兼顧原則，在化學和生物中擇優(yōu)確定1門計人;上海將化學統(tǒng)整到“綜合學科”，分值降為55分（含5分實驗操作），文件表述為：綜合測試滿分150分，其中物理試題滿分70分，化學試題滿分50分，跨學科案例分析題滿分15分，物理和化學實驗操作考試滿分15分（其中物理實驗操作考試滿分10分，化學實驗操作考試滿分5分）;云南新方案則打算將化學降到30分，等等。這些信息表明：處于頂層的教育決策者正試圖調(diào)整化學學科在全學科中的位置，“下移或者弱化”已經(jīng)成為一種趨勢。在與許多決策者對話時發(fā)現(xiàn)，化學學科在中考中被弱化，政策制定者的核心依據(jù)是“初三化學學習時長僅1年”，于是，按照國家課程開設(shè)時間和課時安排，換算產(chǎn)生比例，用此比例再折算成相應分值。

種種跡象表明，誤解和弱化化學學科的潮流，已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)化為決策者的政策制定。因此，化學何去何從，化學學科何去何從，化學教育工作者自身能做些什么，都需要進行深入思考。無論是國家和民族的未來發(fā)展，還是從學科本位出發(fā)，都有必要進行系統(tǒng)梳理，并有步驟地實施宣傳、引導，采取一些影響政策制定的具體行動。

二、化學是什么和學什么

1.化學是中心的、發(fā)展的和實用的科學

化學是一門古老的學科。先哲對世界本原的追問，古代神秘的煉金術(shù)，冶金、陶瓷等實用技術(shù)孕育了近代化學。17世紀以來的科學革命推動化學蓬勃發(fā)展，化學研究從定性走向定量，從宏觀走向微觀，從靜態(tài)走向動態(tài)，今天的化學已成為現(xiàn)代自然科學大廈的主要基石和分支之一?，F(xiàn)代化學是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應用的一門基礎(chǔ)學科，其特征是從微觀層次認識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)。

化學是一門蓬勃發(fā)展中的學科。有機合成大師伍德沃德說過：在自然界之外，化學家又創(chuàng)造了另外一個世界。在分離和認識天然物質(zhì)之外，化學家合成了大量新物質(zhì)，法國化學家貝特洛說：化學學科好似藝術(shù)，潛在著驚人的創(chuàng)造力。2019年5月，美國化學文摘社（CAS）注冊了第1.52億個化學物質(zhì)—2-氨基嘧啶甲腈衍生物，CAS注冊的物質(zhì)絕大多數(shù)是人工合成的。我國著名化學家唐有祺說：化學物種是當今人類所能真正依賴的物質(zhì)寶庫，它們能滿足人類的全部物資需求，生活資料只是其中的一個部分而已。

化學是一門實用的學科?；瘜W與人們的日常生活密切相關(guān)，衣食住行及日常大多數(shù)生活用品都離不開化學工業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品。一是衣帽的面料，滌綸、錦綸（尼龍）、腈綸、維綸、丙綸、氨綸等。服裝的多樣色彩也應歸功于合成染料，從1856年無意中發(fā)現(xiàn)苯胺紫，到1870年化學家合成蒽醌類染料，人類的衣著開始五彩繽紛起來。二是化學肥料使得人類有了足夠食物。從1838年處理磷礦石獲得磷肥到1909年合成氨，化肥家族"32朵金花”鉀肥、磷肥、銨肥、復合肥、微量元素肥為糧食增產(chǎn)做出了巨大貢獻，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計，化肥對世界糧食增產(chǎn)的貢獻達40%-60%。當然，農(nóng)用薄膜的增產(chǎn)效應、食品添加劑改善食物色香味等，也與化學合成相關(guān)。三是建筑材料和城市管道建設(shè)使人類居住條件得到改善。塑料門窗、塑料管道（城市燃氣管）、墻體保溫材料、居室裝修材料、建筑涂料、防水材料、綠色墻體等也與化學工業(yè)密切相關(guān)。四是為人類出行助力。首先是提供燃料，油料生產(chǎn)、氫動力離不開化學;其次是塑料復合材料使汽車輕量化，綠色輪胎、高速列車的碳纖維增強復合材料、共享單車的微發(fā)泡材料制作的免充氣輪胎，飛機艦船等更離不開輕質(zhì)、高強度的化學合成材料。五是日常生活離不開化學合成。洗滌劑、化妝品、紙尿褲、口罩（防護服）、白色家電、體育旅游休閑產(chǎn)品等，日常生活中的包裝產(chǎn)品、各種塑料容器等更是離不開合成化工?？傊?，化學與你的生活無法切割。

徐光憲院士曾說：化學是一門發(fā)現(xiàn)的科學，創(chuàng)造的科學，也是支撐國家安全和國民經(jīng)濟發(fā)展的科學，化學在解決糧食問題、戰(zhàn)勝疾病、解決能源問題、改善環(huán)境問題、發(fā)展國家防御與安全所用的新材料和新技術(shù)等方面起著不可或缺的關(guān)鍵作用。

2.高中化學的三類課程

普通高中化學課程由必修、選擇性必修和選修三類課程構(gòu)成（如圖1）。（1）必修課程是全體學生必須修習的課程，是普通高中學生發(fā)展的共同基礎(chǔ)。必修課程努力體現(xiàn)化學基本觀念與發(fā)展趨勢，促進全體學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，以適應未來社會發(fā)展需求。（2）選擇性必修課程是學生根據(jù)個人需求與升學考試要求選擇修習的課程，培養(yǎng)學生深入學習與探索化學的志向，引導學生更深入地認識化學科學，了解化學研究的內(nèi)容與方法，提升學生化學學科核心素養(yǎng)的水平。選擇性必修課程設(shè)置3個模塊。（3）選修課程是學生自主選擇修習的課程，面向?qū)瘜W學科有不同興趣和不同需要的學生，拓展化學視野，深化對化學科學及其價值的認識。選修課程設(shè)置3個系列。學生在高一必修學習結(jié)束后，將進行選科，選科確定之后，將繼續(xù)學習選擇性必修的3個模塊，部分學校還會同時開設(shè)其他選修課程。

3個選擇性必修模塊有助于我們在必修課程基礎(chǔ)上，從化學學科自身的邏輯結(jié)構(gòu)出發(fā)更好地理解化學，為進一步學習化學或相關(guān)專業(yè)奠定基礎(chǔ)。“化學反應原理”模塊將從化學反應與能量，化學反應的方向、限度和速率，以及水溶液中的離子反應與平衡等方面，探索化學反應的規(guī)律及其應用?！拔镔|(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊將從原子、分子水平上認識物質(zhì)構(gòu)成的規(guī)律，以微粒之間不同的作用力為線索，研究不同類型物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)，進一步豐富學生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識?！坝袡C化學基礎(chǔ)”模塊將從有機化合物的組成與結(jié)構(gòu)、烴及其衍生物的性質(zhì)與應用、生物大分子及合成高分子等3個主題，幫助我們形成基于官能團、化學鍵與反應類型認識有機化合物的思路。通過選擇性必修三個模塊的學習，能讓學生在看似雜亂無章的事實背后，找到具有統(tǒng)攝性的規(guī)律和思路，記憶更多為理解所取代，從而感悟到化學學科內(nèi)在的理性之美。

三、為什么學化學和怎么學化學

1.學習化學是職業(yè)生活、社會生活和個人生活的需要

學科是人類智慧的結(jié)晶，每一門學科都體現(xiàn)著人們認識和改造世界時的某種獨特視角，多種視角的綜合構(gòu)成了人們的視野。我們眼中的世界，我們面對世界時提出問題、解決問題的方式很大程度上是由我們的視野決定的。作為人類文明成果的重要組成部分之一，化學及其基礎(chǔ)上的技術(shù)對我們未來的職業(yè)生活、社會生活和個人生活都有著極大的影響。

首先，就人的職業(yè)生活而言。與化學直接相關(guān)的化學工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，為三大產(chǎn)業(yè)各種經(jīng)濟部門提供配套服務和產(chǎn)品。當前，盡管我國的純堿、燒堿、氮肥、尿素、鞣料、顏料、通用塑料橡膠等技術(shù)壁壘較低的通用型化工產(chǎn)品產(chǎn)量位居世界前列，但技術(shù)含量較高的藥品、特種塑料橡膠以及細分領(lǐng)域的精細化學品等仍需進口，目前我國化工品整體仍處于貿(mào)易逆差狀態(tài)，高端化學品的產(chǎn)量不足已成為我國許多行業(yè)發(fā)展的瓶頸。同時，作為一門中心科學，許多行業(yè)都與化學有著千絲萬縷的聯(lián)系，無論將來是否從事與化學直接相關(guān)的行業(yè)，良好的化學基礎(chǔ)都將為我們未來的職業(yè)發(fā)展創(chuàng)造更多機遇。

其次，就人的社會生活而言?；瘜W及其基礎(chǔ)上的技術(shù)已滲透進現(xiàn)代社會公共生活的每一個方面，無論是面對“環(huán)境保護”“食品安全”等社會公共議題時的討論和決策，還是抵制“水變油”等偽科學觀念，都要求現(xiàn)代社會“有文化的人”必須懂一些化學。良好的化學基礎(chǔ)能賦予我們科學理性，辯證地認識科學與社會的關(guān)系，有助于我們在面對選擇時能勇敢地運用自己的理性，不盲從、不偏執(zhí)，從而讓我們的社會更加理性和美好。

再次，就人的個人生活而言。形成觀察和理解世界的化學視角，能讓我們打破俗諦和常識的桎梏從而更深刻地認識世界。通過學習化學，我們能打開宏觀與微觀的“開關(guān)”，認識世界本原，形成正確的世界觀。當我們?nèi)缋聿榈隆べM曼所說：把學習科學的過程變成一個“智力娛樂”的過程，我們會逐步發(fā)現(xiàn)，我們眼中的世界真的更美麗了?；瘜W無處不在而又身居幕后，能覺察又能以之解釋現(xiàn)象、解決問題，我們的精神世界將更為豐滿。先哲構(gòu)建了化學的大廈，使我們能以敬畏和感恩的心態(tài)以化學提升自己。

2.好奇心、專注力和自主建構(gòu)力是學好化學的關(guān)鍵

化學學科是從9年級開始開設(shè)的一門學科，實際上，化學學科的學習從小學科學就開始了。比如，紫甘藍浸取液的實驗，金屬制品的防腐等，都蘊含著化學原理。初中化學讓學生感受到物質(zhì)轉(zhuǎn)化的美妙，高中化學的學習將讓學生進一步領(lǐng)悟化學反應的本質(zhì)和創(chuàng)造物質(zhì)的神奇。學生將會初步理解化學反應為什么發(fā)生和怎么控制，理解化學能讓人類過上美好生活。精彩紛呈的高中化學，想學好它、教好它并不困難，只要葆有“一心二力”就可以跨入化學的神秘殿堂，好奇心、專注力和自主建構(gòu)力。

一是葆有好奇心。高中化學學習中，可以嘗試讓學生在腦海里保持這樣幾個問題：你生活世界有化學的身影嗎？化學反應內(nèi)在規(guī)律是什么？如何控制化學反應？微觀世界和化學模型是怎樣的？比如，手機鋰離子電池就與原電池原理相關(guān);合成緩釋阿司匹林片及在人體中發(fā)揮作用就與有機化學相關(guān);汽車尾氣的“三效催化轉(zhuǎn)化器”就與化學平衡原理相關(guān)等。從生活中來，用“化學眼光”審視這個世界，發(fā)現(xiàn)美好，解讀神奇。

葆有好奇心，你還可以嘗試讓學生擁有“化學之眼”，比如“宏微轉(zhuǎn)換之眼”?！胺磸驼郫B的紙張”可以將紙張裁得比較整齊，是否與提供能量讓纖維素鏈“整齊排列”有關(guān);打破雞蛋的一瞬，是否可以感受到“離子鍵”和“蛋白質(zhì)長鏈”的魅力，這里的蛋殼的價鍵形式，“絲絲難斷的雞蛋清黏液”價鍵形式，都是讓學生葆有好奇的化學視角。

葆有好奇心，你可以嘗試讓學生做一些項目研究，組建化學學科學習共同體。比如“電池原理及發(fā)展史研究”“金屬材料及新型材料的發(fā)展與應用”等，讓學生從中體會氧化還原反應原理;可利用生活用品開展課外實驗探究，比如“84消毒液、潔廁靈、管道疏通劑”等;“新冠疫情”期間，“酒精與消毒液”的疊加，是否實現(xiàn)了“強強聯(lián)手”等。

二是保持專注力。首先，讓學生專注于系統(tǒng)化解決問題。比如學習離子反應問題，可以從“微觀離子間怎樣發(fā)生作用”“能證明其反應的宏觀表現(xiàn)是什么”“如何用化學用語表達”“離子反應遵循怎樣的規(guī)律”等進行系統(tǒng)研究。

其次，專注于研究人類對化學世界的認知歷史。比如學習原子結(jié)構(gòu)，讓學生擁有“原子的結(jié)構(gòu)發(fā)展思維”，道爾頓的“不可分的實心球”受到什么實驗事實的挑戰(zhàn)？湯姆森的“棗糕模型”受到何種實驗事實的挑戰(zhàn)？“盧瑟福行星模型”依然沒有解決什么問題？“電子云模型”是終點了嗎？等等。

第三，引導學生專注于化學學科理解和化學學科觀念的形成?；瘜W學科的核心觀念主要有：守恒觀、能量觀、轉(zhuǎn)化觀、平衡觀等，這些觀念的應用不是孤立的，常常聯(lián)合應用。比如認識合成氨的反應，通過適當提高溫度提高反應速率，通過控制溫度和適當增大壓強提高轉(zhuǎn)化率，通過分離循環(huán)提高原料利用率等，就是融通了上述學科觀念。

最后，還要指導學生專注于化學實驗探究和提升學科服務能力。高中化學的很多專題既可以在學校進行深度探究，也可以與高校專業(yè)老師取得聯(lián)系，進行科研型研究，還可以應用日常生活常見材料和試劑進行實驗探究，并將所學用于實踐。你可以指導學生研發(fā)一些趣味主題實驗，到科技館或者低年段兒童中去，為他們提供力所能及的志愿服務等。

三是提升自主建構(gòu)力。高中化學學習中，學習方法主要有：科學謀劃預習，提升自主建構(gòu)能力，適度習題精練，重視錯題歸類反思等。其中，自主建構(gòu)能力是核心。自主建構(gòu)能力的主要策略是善用思維導圖和構(gòu)建認知模型。

學會應用思維導圖。高中化學知識點之間有著緊密的聯(lián)系，如果能夠發(fā)掘出知識點之間的關(guān)聯(lián)性，會讓化學學習變得輕松高效?？梢越柚季S導圖來幫助學生歸納和總結(jié)知識點，提高對知識點網(wǎng)絡化認識的水平。思維導圖可以是軟件繪制（如Xmind等軟件），也可以是手工繪制和便簽紙標注等，化學學習中以“手工繪制、繪圖著色”方法較為常見和便捷。其運用要點為：以某個知識點或者某個核心情境為核心，串珠成鏈、串鏈成網(wǎng)。例如“氧化還原反應”學習后，圍繞“氧化還原反應”為中心延伸出六個模塊：基本概念、反應規(guī)律、常見氧化劑和還原劑、氧化性及還原性強弱規(guī)律、常用方程式書寫及配平、電化學知識應用等，在二級主題下進一步延伸，達成知識的貫通性理解。

學會構(gòu)建認知模型?；瘜W學科的發(fā)展過程中，化學家創(chuàng)建了許多化學模型，以方便我們更好地認識物質(zhì)世界及變化原理等。如在“元素周期律和元素周期表”的學習中，需要理解這些模型的建構(gòu)過程。元素周期律對元素周期表設(shè)計的價值何在？同主族元素之間的本質(zhì)特點是什么？元素結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間有什么關(guān)聯(lián)？元素的“位-構(gòu)-性”之間的內(nèi)在關(guān)系是什么？門捷列夫的獨特貢獻以及“元素周期表”對未來化學發(fā)展的意義是什么？等。

四、選擇學習化學學科的意義

1.為中華民族偉大復興而莊重選科

應引導學生站在維護國家安全、建設(shè)世界科技強國的高度，為建設(shè)世界科技強國、創(chuàng)新型國家，實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢，作出新時代青年的應有貢獻。

面對我國新能源、新能源汽車、軌道交通、航空航天、生物制藥、國防軍工等重大戰(zhàn)略需求，我們正緊缺“高端材料、高端藥品”等生產(chǎn)技術(shù)。有志青年要根據(jù)自身特長，科學規(guī)劃自己未來主攻方向，為報效祖國而莊重選科。

選擇化學學科，可以在十大類中有所發(fā)展，比如材料科學與工程、應用化學、化工與制藥類、醫(yī)學及技術(shù)類等，化學已成為生命科學、材料科學、環(huán)境科學、能源科學、信息科學等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)。未來化學的學習，可以為祖國研制新材料、新藥品、新能源等貢獻智慧，可以為保護和恢復“綠水青山”作出貢獻。

2.為未來的發(fā)展而慎重選科

每個人都有自己的生涯規(guī)劃，每個人都有自己未來的職業(yè)憧憬。選擇化學學科，可以從事與化學相關(guān)的專業(yè)，可為非化學相關(guān)專業(yè)提供跨界理解和視域整合。比如，若從事的“信息與電子科技”“航空航天和武器類”，就必然要有材料科學基礎(chǔ);若從事“醫(yī)學類”，就必然要有藥物化學等基礎(chǔ);若從事“公共管理”“哲學類”等，要有環(huán)境知識基礎(chǔ)和科學思考的思維經(jīng)驗等;若從事“水利水電”“城市規(guī)劃”，則需要環(huán)保和材料應用知識等。因此，化學學科是未來很多職業(yè)的基礎(chǔ)性學科。有一定化學基礎(chǔ)，你的決策可能更加科學、系統(tǒng)。

3.為擁有良好的思維品質(zhì)

許多偉大的化學家和化學從業(yè)者都擁有仁善德性、樸實堅毅和擔當包容的品格。一個人通過化學學科的學習，在他身上會留下一些“獨特的精神元素”。宏微結(jié)合思想，使人看問題更深刻;平衡思想，使人在工作中特別注意“度”的把握;變化觀念，使人對待事件的發(fā)生和發(fā)展有動態(tài)理解。除了這些，通過化學學科的學習，烙在一個人身上最寶貴的品質(zhì)是“精進和包容”，因為化學學科很多原理和解釋還不夠完美，還在發(fā)展中。

4.為更好的學科邏輯關(guān)聯(lián)

自然科學有著內(nèi)在的關(guān)聯(lián)和發(fā)展序列。正如威爾.杜蘭特所說：科學的終點是至善的藝術(shù)。化學學科也像它的“先鋒”一物理學一樣，始終以一種唯美的狀態(tài)呈現(xiàn)在人們面前，就連絕大多數(shù)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，總是“對稱”“富有魅力”的展現(xiàn)在人們面前。因此，化學學科與很多學科是關(guān)聯(lián)的，也是其他學科學習的基礎(chǔ)。

化學與物理是緊密關(guān)聯(lián)的，它們在更大的“尺寸”（天體）研究時，在更小的“尺寸”（微觀粒子-夸克）研究時，緊緊握手。而化學學科還有自己“自留地”，那就是“中端尺寸”（比如“納米尺度”），這也是化學未來要解決的“四大難題”之一。化學與生物相偎相依，化學是生物的上游學科，它們在“分子生物學”聯(lián)手、在“靶向藥物”聯(lián)手等?；瘜W與地理聯(lián)手，解決“地質(zhì)問題、環(huán)境問題”等等?；瘜W是一個“中心學科”，更是“中心咨詢者”。因此，學習化學，可以形成立體化的學科邏輯鏈。

如果我們站在學科發(fā)展史和學科育人視角上，各學科本身沒有高低貴賤之分，人為的用“學科分值高低和學科主次排序”來標定學科價值的觀點，本身就是錯誤的。化學學科作為在原子、分子水平上研究和創(chuàng)造物質(zhì)的基礎(chǔ)科學，人們在享受著有它帶來便利和文明的時候，需要理解并應用它，而不是詆毀它。當下的化學，需要的是“宣傳和闡述自己”，而不是“抬高自己”，正如哈佛大學教授懷特塞德所說：化學不是一切，沒有化學就沒有一切。如何引導化學學習者、化學受益者理解和理性看待化學，這是當前化學教育工作者、產(chǎn)業(yè)工作者、科研工作者需要面對的問題。

從這一點上看，化學教育本身需要進一步反思，并努力做一點實實在在的工作。