常新紅

(洛陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南 洛陽 471934)

目前世界正處于“百年未有之大變局”， 中華民族偉大復(fù)興之路面臨諸多挑戰(zhàn)。1988年9月，鄧小平同志根據(jù)當代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢和現(xiàn)狀，提出了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的論斷。黨的十八大以來，習(xí)近平總書記多次強調(diào)，“中國要強盛、要復(fù)興，就一定要大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)，努力成為世界主要科學(xué)中心和創(chuàng)新高地?！备叩冉逃袚鵀檎l培養(yǎng)人,培養(yǎng)什么樣的人的歷史重任。如何在無機化學(xué)專業(yè)課程中融入思政內(nèi)容,從而培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才就成為時代要求。筆者常年擔任高師《無機化學(xué)》專任教師，深切感到無機化學(xué)課程教學(xué)過程中融入創(chuàng)新思維教育對于培養(yǎng)優(yōu)秀的社會主義創(chuàng)新型人才是大有作為的[1]。

1 思維的收斂性和發(fā)散性

分析原子結(jié)構(gòu)一章，發(fā)現(xiàn)人類在認識原子結(jié)構(gòu)的歷史過程中，具有收斂性思維的特征[2]。最早的古希臘原子論認為，原子的數(shù)目是無窮的，它們之間沒有性質(zhì)的區(qū)別，只有形狀、體積和序列的不同。運動是原子固有的屬性。它們互相結(jié)合起來，就產(chǎn)生了各種不同的復(fù)合物。原子分離，物體便歸于消滅。當然，這種對原子的認識是原始的和初步的，是人類探索原子結(jié)構(gòu)的初始階段，沒有解釋清楚原子的微觀結(jié)構(gòu)是什么狀態(tài)，但是認為物質(zhì)是由原子組成的。19世紀初提出了道爾頓理論，認為原子是組成化學(xué)元素的、非常微小的、不可再分割的物質(zhì)微粒。在化學(xué)反應(yīng)中原子保持其本來的性質(zhì)。道爾頓理論非常粗糙，但是也有其合理的地方，圓滿地解釋了當時已知的化學(xué)反應(yīng)的定量關(guān)系，和古希臘的原子論相比，有了很大的進步。但是限于當時的實驗條件，又存在很多問題，例如從“思維經(jīng)濟原則”出發(fā)，錯誤的給出許多元素原子量。也沒有涉及到原子的微觀結(jié)構(gòu)究竟是什么樣子的。20世紀初，盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個很小的核 ，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著原子核旋轉(zhuǎn)。該理論合理的地方是提出原子由原子核和核外電子組成, 按照這個學(xué)說，可很好地解釋α粒子的散射實驗結(jié)果，α粒子散射實驗的數(shù)據(jù)還可以估計原子核的大小。盧瑟福原子模型也存在致命弱點，即正負電荷之間的電場力無法滿足穩(wěn)定性的要求，即無法解釋原子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1913年，年輕的丹麥物理學(xué)家玻爾在總結(jié)當時在總結(jié)當時最新的物理學(xué)發(fā)現(xiàn)：普朗克黑體輻射和量子概念、 愛因斯坦光子論和盧瑟福原子帶核模型的基礎(chǔ)上建立了氫原子核外電子運動模型,解釋了氫原子光譜，后人稱為玻爾理論。玻爾理論合理的內(nèi)容是：核外電子處于定態(tài)時有確定的能量；原子光譜源自核外電子的能量變化。這一真理為后來的量子力學(xué)所繼承。玻爾理論的基本科學(xué)思想方法是，承認原子體系能夠穩(wěn)定而長期存在的客觀事實，大膽地假定光譜的來源是核外電子的能量變化，用類比的科學(xué)方法，形成核外電子的行星模型，提出量子化條件和躍遷規(guī)則等革命性的概念。然而新量子力學(xué)證明了電子在核外的所謂“行星軌道”是根本不存在的。用玻爾的方法計算比氫原子稍復(fù)雜的氦原子的光譜便有非常大的誤差。最終提出量子力學(xué)了理論來解釋原子結(jié)構(gòu)。按照量子力學(xué)理論，核外電子運動沒有固定的軌道，在任何區(qū)域都可能出現(xiàn)，只不過在有些區(qū)域出現(xiàn)的概率大，在有些區(qū)域出現(xiàn)的概率小，例如波爾理論中氫原子的波爾半徑就是基態(tài)氫原子中電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域。通過分析前面幾種理論的合理的地方和不足的地方，結(jié)合量子力學(xué)，綜合起來提出了最新的原子結(jié)構(gòu)模型，即用概率理論來解釋核外電子的運動規(guī)律。并用薛定諤方程來描述核外運動狀態(tài)[3]。當然，對于大學(xué)一年級同學(xué)來說，沒有必要掌握復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，只要掌握四個量子數(shù)，就能描述核外電子的運動狀態(tài)。這種通過人類認識原子結(jié)構(gòu)歷史性，以及逐漸完備過程的分析，提出量子力學(xué)的原子結(jié)構(gòu)理論，既能夠理解原子結(jié)構(gòu)認識的歷史，也能使同學(xué)們明白及早把握最新的科學(xué)成就對科學(xué)發(fā)展的重要意義。當然也說明任何新理論都不是憑空產(chǎn)生的，需要站在前人的肩膀上，并要用實驗作為基礎(chǔ)。分析原子的認知過程，始終沿著同一個目標，即物質(zhì)是由原子組成的，那么原子的結(jié)構(gòu)是什么樣子的？經(jīng)過兩千多年的不懈努力，人們終于弄清楚了原子的組成情況?？梢姡诳茖W(xué)的發(fā)展過程中，思維的收斂性起到了巨大的促進作用。

弄清楚原子的組成以后，人類通過獲得的相關(guān)知識，揭示了很多現(xiàn)象，即思維的發(fā)散性。例如，解釋了氫原子的線狀光譜產(chǎn)生的原因，是由于電子吸收能量后發(fā)生了軌道躍遷，然后再回到低能級狀態(tài)時釋放出光子，產(chǎn)生了線狀光譜。氫原子核外只有一個電子，電子只受到原子核的吸引，波函數(shù)可以精確求解。而對于多電子原子，電子除受核的吸引作用外，還受到其它電子的排斥作用，又因為電子運動符合海森堡不確定性原理，所以用量子力學(xué)處理時，需要采用近似方法進行處理。根據(jù)元素的原子序數(shù)從小到大的順序排列起來，其性質(zhì)表現(xiàn)出明顯的周期性。至今仍然是指導(dǎo)化學(xué)家研究各種物質(zhì)的重要工具。通過元素的核外電子的排布規(guī)律，將元素分成不同的族、周期和區(qū)等，并研究元素及其化合物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律[4]。從中可以發(fā)現(xiàn)，思維的收斂與發(fā)散是對立統(tǒng)一的，具有互補性，對于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有重要的推動作用。

2 思維的邏輯性與非邏輯性

思維的邏輯性與非邏輯性的辯證統(tǒng)一對于科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)明也非常重要。創(chuàng)造性思維過程的邏輯性，指創(chuàng)造過程中包括演繹、歸納、類比推理等邏輯性思維過程和方法的運用，在創(chuàng)造過程中離不開這些邏輯思維的運用。例如，波爾理論的第一個理論要點，即行星模型，就是將氫原子核外電子的運動類比為太陽系中的行星繞太陽運行，通過這種方法，普通人也會很容易理解原子核外電子的運動狀態(tài)。為了更容易理解核外電子運動的概率分布，將其類比為一個成績優(yōu)秀的射箭選手射箭，雖然不知道他射出的每一支箭會射中靶子的什么地方，但是，當他射了100支箭以后，分析一下結(jié)果，必定會發(fā)現(xiàn)射中10環(huán)的箭應(yīng)該比較多，即射中靶心的概率比較大。對電子來說，在核外任何地方都可能出現(xiàn)，只不過在有些地方出現(xiàn)的概率大，在有些地方出現(xiàn)的概率小。這里同樣運用類比的方法，使我們更容易理解電子的運動規(guī)律[5]。

最佳說明推理：分子結(jié)構(gòu)一章主要學(xué)習(xí)現(xiàn)代價鍵理論和分子結(jié)構(gòu)理論，其中價層電子對互斥理論和雜化軌道理論是價鍵理論的內(nèi)容。 現(xiàn)代價鍵理論有三個理論要點：一、形成共價鍵的電子反向自旋、配對成鍵；二、共價鍵具有飽和性，即一個原子有幾個單電子，就最多可形成幾個共價鍵；三、共價鍵具有方向性。對于碳原子來說，原子核外有兩個2p電子是單電子，按照價鍵理論，最多可以形成兩個共價鍵，但是CH4分子中，碳和氫之間形成了4個單鍵，且能量相等，為四面體構(gòu)型。為了說明這一現(xiàn)象，1931年，Pauling在價鍵理論的基礎(chǔ)上，提出了原子軌道雜化理論。該理論認為，碳原子在形成甲烷分子過程中，1個2s軌道和3個2p軌道發(fā)生了雜化，雜化后四個軌道的能級相等，每個軌道中有一個單電子，這樣就可以解釋為什么CH4分子能形成四個C-H共價鍵，并且鍵長和鍵能都相等。這就是溯因推理，同樣也是最佳說明推理。

另外，價鍵理論也不能說明O2分子具有順磁性的現(xiàn)象。按照價鍵理論，每個O原子包含兩個單電子，O2分子中兩個氧原子之間形成氧氧雙鍵，分子中沒有單電子，所以O(shè)2分子應(yīng)該具有抗磁性，但實驗表明，O2分子實際上具有順磁性。這就需要溯因推理，探索其中原因。于是，科學(xué)家提出了分子軌道理論，按照價鍵理論，成鍵電子只局限在成鍵兩原子間運動。并沒有以整個分子來考慮，因而是不夠完善的。分子軌道理論就是從分子整體出發(fā)，把分子看成是一個多核的統(tǒng)一體。分子中的電子就是在多核體系內(nèi)運動，即每個電子都屬于整個分子或者說圍繞著整個分子運動，多原子分子也是如此。因此成鍵電子是非定域的。同樣，分子中各電子也處于不同的空間運動狀態(tài)。根據(jù)分子軌道理論，O2分子中存在兩個三電子的 Π鍵，即分子中有單電子，所以O(shè)2分子表現(xiàn)出順磁性。這里也可以看作溯因推理。

創(chuàng)造性過程中，非邏輯思維的作用是不容忽視的。例如，盧瑟福原子模型的建立，就是把原子特征與行星繞太陽運行的結(jié)構(gòu)進行聯(lián)想而創(chuàng)造的新的科學(xué)模型，經(jīng)過實驗驗證具有很高的相似性。晶體結(jié)構(gòu)一章，為了理解晶體的結(jié)構(gòu)，將組成晶體中的原子、分子或者離子都看作一個小圓點，這也是一種聯(lián)想，通過聯(lián)想，就很容易理解晶體的各向異性的性質(zhì)。

3 結(jié) 語

無機化學(xué)作為高等師范院?；瘜W(xué)類專業(yè)第一門專業(yè)課，對于學(xué)生的各方面能力發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。其中，創(chuàng)新能力是大學(xué)生需要培養(yǎng)的能力之一，對于化學(xué)專業(yè)學(xué)生的全面發(fā)展起著基礎(chǔ)性的作用。無機化學(xué)的教學(xué)過程中，注意學(xué)習(xí)總結(jié)其中的創(chuàng)新思維思想，可以使師生在教學(xué)過程中站的更高，看的更遠，可以為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才貢獻做出貢獻。