哲學(xué)思想在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

龔宇 吳林

[摘 要]化學(xué)是基礎(chǔ)教育的重點學(xué)科，在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用哲學(xué)思想，可為化學(xué)的學(xué)習(xí)研究和發(fā)展提供正確的思維方法和理論基礎(chǔ)。文章重點介紹辯證唯物主義思想，如矛盾的對立統(tǒng)一、運動規(guī)律、因果關(guān)系等在“化學(xué)平衡”教學(xué)中的體現(xiàn)和應(yīng)用，指出不僅要傳授學(xué)生化學(xué)知識，還要對學(xué)生進行哲學(xué)教育，優(yōu)化學(xué)生的思維方式，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的哲學(xué)觀。

[關(guān)鍵詞]哲學(xué)思想;化學(xué)平衡;高中化學(xué)

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）05-0060-03

在人類不斷認(rèn)識、了解和改造自然的過程中，科學(xué)和哲學(xué)逐漸形成和發(fā)展起來，二者不同的是，科學(xué)研究的主要內(nèi)容是某一具體領(lǐng)域的規(guī)律和本質(zhì)，而將這些具體的規(guī)律和本質(zhì)重新歸納和升華，并總結(jié)出理性思維的一般規(guī)律則是哲學(xué)研究的方向。由此可見，科學(xué)與哲學(xué)，雖有著表面的不同，但有著深層的統(tǒng)一?？茖W(xué)是哲學(xué)的基礎(chǔ)，哲學(xué)又為科學(xué)提供理論指導(dǎo)，兩者彼此滲透、相輔相成?；瘜W(xué)的研究對象決定了化學(xué)既是一門自然科學(xué)，又是一門實驗科學(xué)。在不斷推動教育改革的進程中，培養(yǎng)學(xué)生高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求也逐漸被廣大教師所了解。高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任[1]，這些核心素養(yǎng)不僅會使學(xué)生對化學(xué)有更加深刻的理解，而且為他們走向社會和終身學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

“化學(xué)平衡”是化學(xué)體系中一個十分重要的內(nèi)容。在實際教學(xué)中，教師可利用哲學(xué)思想引導(dǎo)學(xué)生更好地理解變化觀念與平衡思想，培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的能力并形成健康科學(xué)地認(rèn)識世界的態(tài)度。將哲學(xué)思想和高中化學(xué)教學(xué)有機結(jié)合起來，是實現(xiàn)新課改提出的“五維目標(biāo)”的重要途徑。

一、利用“物質(zhì)運動是永恒的”來理解化學(xué)平衡的本質(zhì)

世界由物質(zhì)組成，萬事萬物并不是絕對靜止的，而是一直處于永恒的變化中，即物質(zhì)的固有屬性是運動，而化學(xué)平衡即蘊含了這種思想[2]。在一定條件下，許多化學(xué)反應(yīng)都不能完全進行，當(dāng)可逆反應(yīng)進行到一定限度時，各物質(zhì)的量均不再改變，同種物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到一個相對靜止和穩(wěn)定的狀態(tài)，但這個狀態(tài)只是相對的，物質(zhì)一直在做無規(guī)則運動，反應(yīng)依然在進行，這就是化學(xué)平衡的基本特征，也是判斷化學(xué)反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)的標(biāo)志。當(dāng)一個可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后，反應(yīng)物和生成物的濃度、物質(zhì)的量、體系壓強等物理量均保持不變且不為零，但從微觀角度看平衡狀態(tài)時的反應(yīng)物和生成物，它們之間的相互轉(zhuǎn)換從未停止。在一定條件下，對于一個處于平衡狀態(tài)的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)物與生成物之間滿足一種恒定比例關(guān)系，化學(xué)中將生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值稱為“化學(xué)平衡常數(shù)”，常用[Kθ]表示（實驗平衡常數(shù)用 [Kc]或[Kp]表示）。同時，由于分子是絕對運動的，反應(yīng)達平衡狀態(tài)時，反應(yīng)物和生成物之間始終保持相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系，當(dāng)改變其中某物的濃度時，便會引起平衡移動，而化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，因此濃度并不影響化學(xué)平衡常數(shù)的大小，即分子的絕對運動和特定條件下的平衡狀態(tài)構(gòu)成了既對立又統(tǒng)一的關(guān)系[3]。在實際教學(xué)中，教師可以結(jié)合學(xué)生的原有認(rèn)知選擇合適的切入點，引導(dǎo)學(xué)生逐步建立起完整的學(xué)習(xí)體系和知識框架。

因為“化學(xué)平衡是動態(tài)平衡”這一知識點比較抽象，所以學(xué)生理解起來較為困難。對此，教師要結(jié)合相關(guān)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，幫助學(xué)生去更好地理解。例如，借助U形管壓力計，從一端緩慢注入密度均勻的液體后，通過調(diào)整U形管的空間高度，讓學(xué)生觀察U形管內(nèi)兩側(cè)液面的高度差。因為液體會在U形管內(nèi)流動，此時將U形管看成化學(xué)平衡中的可逆符號，教師就可以將抽象的動態(tài)平衡概念轉(zhuǎn)化成直觀的圖形問題，幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)平衡學(xué)習(xí)體系[4]。教師指導(dǎo)學(xué)生從雙向辯證的角度分析化學(xué)平衡，內(nèi)容上由淺入深，結(jié)構(gòu)上層層遞進，使學(xué)生在逐步積累相應(yīng)的化學(xué)理論知識、培養(yǎng)基本的辯證思維的同時，結(jié)合生活常識與新舊知識建立起一個完整的知識框架。這樣不僅可以增強化學(xué)的趣味性和可理解性，還可以實現(xiàn)學(xué)生知識水平和思維意識水平的螺旋式上升。

二、利用“主次矛盾辯證統(tǒng)一”來理解化學(xué)平衡的宏觀表現(xiàn)

辯證唯物主義認(rèn)為，事物的發(fā)展變化過程中存在著多種矛盾，主要矛盾主導(dǎo)并決定著事物的發(fā)展，同時影響其他矛盾的存在和發(fā)展;而對事物發(fā)展不起決定性作用的矛盾則稱為次要矛盾，處于從屬地位。主要矛盾和次要矛盾二者相互依賴、相互影響，并可以在一定的條件下相互轉(zhuǎn)化[5]。在高中化學(xué)教學(xué)中恰當(dāng)?shù)剡\用主要矛盾和次要矛盾關(guān)系原理，不僅可以使復(fù)雜問題變得簡單，易于理解，還可以幫助學(xué)生認(rèn)識和掌握化學(xué)基本規(guī)律，進而提高課堂教學(xué)效率。

以碳酸鈣和相同濃度的鹽酸、醋酸的反應(yīng)為例，通過觀察反應(yīng)放出氣體的速度不難發(fā)現(xiàn)，碳酸鈣和鹽酸的反應(yīng)更快一些，這是由物質(zhì)本身的化學(xué)性質(zhì)決定的。物質(zhì)內(nèi)因?qū)瘜W(xué)反應(yīng)的影響處于主導(dǎo)地位，可看成主要矛盾。對于碳酸鈣和醋酸的反應(yīng)，加熱或提高醋酸濃度可以明顯加快二氧化碳的釋放速度。這是因為醋酸是弱酸，加熱可使醋酸向著電離的方向移動，進而提高溶液中氫離子的濃度，加快化學(xué)反應(yīng)速率;提高醋酸濃度也可使醋酸向著電離的方向移動，加快化學(xué)反應(yīng)速率。加熱或提高濃度屬于外因。因此對于一個化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，不僅要考慮內(nèi)因，還要考慮外因，只有辯證地看待內(nèi)外因?qū)τ诨瘜W(xué)平衡的影響，才能真正了解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，確立正確的平衡觀念。在教學(xué)中適當(dāng)?shù)貪B透辯證統(tǒng)一思想，是助力學(xué)生養(yǎng)成動態(tài)化學(xué)習(xí)態(tài)度的重要途徑。另外，讓學(xué)生運用所學(xué)知識解決日常生活中常見的一些小問題，例如“水垢的主要成分是碳酸鈣，如何去除水垢？”“為提高反應(yīng)速率可采取哪些方法？”，以建立化學(xué)學(xué)習(xí)和生活實際的聯(lián)系，提高學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。

以N2+3H2 [ ] 2NH3（正反應(yīng)方向為放熱反應(yīng)）為例，當(dāng)反應(yīng)達到平衡后，若向其中加入氮氣，則平衡會向著氮氣減少的方向進行，即平衡正向移動，但當(dāng)體系重新建立起平衡后，新體系中的氮氣的濃度和原平衡相比依然是增大的。根據(jù)勒夏特列原理[6]“只要改變平衡體系的條件，平衡就會向著削弱這種改變的方向移動，但不能完全抵消這種改變”，此時加入氮氣是主要矛盾，平衡正向移動為次要矛盾?？梢?，在分析外界條件的改變對化學(xué)平衡的影響時，要抓住問題的主要矛盾，即外界條件的改變。該反應(yīng)中外界條件的改變與平衡移動情況如表1所示。

在氨的實際生產(chǎn)中，雖然增大壓強會加快化學(xué)反應(yīng)速率并提高轉(zhuǎn)化率，但是與之矛盾的是壓強過高會使生產(chǎn)設(shè)備需要滿足的條件過于苛刻而難以實現(xiàn)。因此，應(yīng)結(jié)合轉(zhuǎn)化率和設(shè)備成本兩個因素選擇合適的壓力（20～50 MPa）。升高溫度可以加快正逆反應(yīng)速率，但由于合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度反而會導(dǎo)致平衡逆向移動，使氨的平衡產(chǎn)率下降。為了提高單位時間內(nèi)氨的轉(zhuǎn)化率，綜合考量設(shè)備成本、產(chǎn)品收益等多方面影響，將實際生產(chǎn)溫度設(shè)置為500 ℃，此時溫度的變化是主要矛盾。催化劑鐵觸媒在500 ℃時活性最大，此時催化劑是主要矛盾。因此，氨的工業(yè)生產(chǎn)條件是：溫度為500 ℃，壓力為20～50 MPa，催化劑為鐵觸媒。主要矛盾和次要矛盾是會發(fā)生轉(zhuǎn)化的，我們應(yīng)當(dāng)學(xué)會區(qū)分主次矛盾，善于抓重點，集中力量解決主要矛盾，適當(dāng)關(guān)注次要矛盾，學(xué)會全面地看待問題。

根據(jù)勒夏特列原理分析反應(yīng)條件的改變對化學(xué)反應(yīng)的影響，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生具體問題具體分析的能力，使學(xué)生更好地理解和掌握知識，還可以幫助學(xué)生建立理論聯(lián)系實際的思想觀念。教師要引導(dǎo)學(xué)生抓住矛盾的主要方面，分清哪些是影響反應(yīng)的主要因素，哪些是次要因素，辨析事物間的相互聯(lián)系和制約，建立學(xué)習(xí)內(nèi)容和實際生活的聯(lián)系，建構(gòu)完整的學(xué)習(xí)框架和學(xué)習(xí)理念，更好地內(nèi)化知識。

三、利用“一果多因、同果異因”來理解等效平衡的含義及應(yīng)用

辯證唯物主義認(rèn)為，世間萬物均存在普遍聯(lián)系且包含因果關(guān)系，化學(xué)中物質(zhì)的變化也是彼此聯(lián)系、相互制約并不斷變化著的。“一果多因”指一個結(jié)果可能是由多種因素共同引發(fā)的?！巴愐颉敝甘挛锇l(fā)生的原因雖然不同，但結(jié)果相同。存在于世間的一切事件，無論是發(fā)生于自然界還是發(fā)生于社會，是物質(zhì)事件還是意識事件，它們一定是某種原因造成的結(jié)果;同樣地，任何一個現(xiàn)象和事件，它必然是一定結(jié)果的原因。

同一可逆反應(yīng)體系，不管是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，或是從中間狀態(tài)（既有反應(yīng)物又有生成物）開始，都可以建立相同條件下的同一化學(xué)平衡狀態(tài)，且平衡時各物質(zhì)的濃度對應(yīng)相等[7]。例如，恒溫恒容下，對于2SO2+O2 [ ] 2SO3的反應(yīng)，各物質(zhì)加入量如表2所示。通過實驗測定，發(fā)現(xiàn)達到平衡時三個體系中各物質(zhì)的濃度均相等。

又例如，恒溫恒壓下，對于2SO2+O2 [ ] 2SO3的反應(yīng)，各物質(zhì)加入量如表3所示。通過實驗測定，發(fā)現(xiàn)達到平衡時三個體系中各物質(zhì)的濃度、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)等物理量均相等。

再例如，恒溫恒壓下，對于I2+H2 [ ] 2HI的反應(yīng)，各物質(zhì)加入量如表4所示。通過實驗測定，發(fā)現(xiàn)達到平衡時三個體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、濃度等物理量均相等。

由此可得出化學(xué)平衡很重要的一個特征：若改變平衡體系的一個條件，只要利用“一邊倒”原則進行換算，使各物質(zhì)的初始物質(zhì)的量分別相等或?qū)?yīng)成比例，則平衡不發(fā)生移動，兩個體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同?？梢姡胶獾慕⒑屯緩綗o關(guān)，不同的路徑可以得到相同的結(jié)果[8]。

總而言之，在高中化學(xué)教學(xué)中適當(dāng)?shù)貪B透哲學(xué)思想，充分挖掘化學(xué)教學(xué)與哲學(xué)思想的內(nèi)在聯(lián)系，有意識地引導(dǎo)學(xué)生從哲學(xué)的角度看待化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的變化，分清主要矛盾和次要矛盾，認(rèn)清兩者的辯證統(tǒng)一關(guān)系，可幫助學(xué)生樹立自主學(xué)習(xí)的意識，培養(yǎng)學(xué)生的“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)，貫徹落實新課標(biāo)提出的核心素養(yǎng)要求。引導(dǎo)學(xué)生采用哲學(xué)的思維方式和理念對知識加以梳理，不僅能讓學(xué)生對化學(xué)有更為深入的理解，還能幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的知識體系，同時提升學(xué)生的邏輯思維能力。一旦學(xué)生了解并掌握了哲學(xué)思想在化學(xué)學(xué)習(xí)中的運用規(guī)律，便會自發(fā)地將哲學(xué)思想應(yīng)用于其他學(xué)科的學(xué)習(xí)，從而學(xué)會知識遷移，提高綜合素質(zhì)，樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 陳艷.讓化學(xué)插上中華傳統(tǒng)文化的翅膀[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（9）：15-16.

[3]? 張雪嬌，楊黎燕，楊莉?qū)?，?辯證唯物主義哲學(xué)思想在化學(xué)平衡體系教學(xué)中的指導(dǎo)應(yīng)用[J].廣州化工，2021（6）：128-130.

[4]? 程睦舜.談“化學(xué)平衡學(xué)習(xí)”中的辯證思維[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究，2017（3）：151，153.

[5]? 李春麗.哲學(xué)難點突破之“主要矛盾”與“矛盾主要方面”[J].教學(xué)考試， 2020（43）：14-16.

[6]? 張晨，沈甸.“勒夏特列原理”適用范圍的探討及教學(xué)建議[J].化學(xué)教學(xué)，2021（1）：93-97.

[7]? 康玉秀.哲學(xué)思想在化學(xué)平衡中的妙用[J].考試（教研版），2008（9）：97.

[8]? 王曉波.等效平衡規(guī)律總結(jié)和應(yīng)用[J].數(shù)理化解題研究，2020（34）：92-93.

（責(zé)任編輯 羅 艷）