摘要： 原子思維是化學(xué)思維的一種基本類(lèi)型。在中學(xué)化學(xué)思維教學(xué)中，必須首先培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)進(jìn)行原子思維。了解人類(lèi)原子思維的歷史規(guī)律，有助于搞好原子思維的教學(xué)?！霸邮鞘裁礃拥?？原子是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的？原子不可分割嗎？原子具有怎樣的結(jié)構(gòu)？原子結(jié)構(gòu)跟物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有何關(guān)系？”等是化學(xué)原子思維的基本問(wèn)題。提出化學(xué)原子思維對(duì)中學(xué)化學(xué)的10點(diǎn)啟示。認(rèn)為要重視學(xué)生認(rèn)知困難的診斷與應(yīng)對(duì)，改進(jìn)學(xué)生原子思維的練習(xí)與測(cè)評(píng)。

關(guān)鍵詞： 原子思維； 學(xué)習(xí)障礙； 練習(xí)與測(cè)評(píng)

文章編號(hào)： 10056629（2018）8000306 中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 研究原子思維的意義

化學(xué)是一門(mén)探究原子、分子乃至泛分子及其宏觀(guān)聚集體（實(shí)物材料）的內(nèi)外聯(lián)系以及實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)[1]。要讓學(xué)生獲得化學(xué)知識(shí)，形成有關(guān)認(rèn)識(shí)，必須對(duì)實(shí)物材料進(jìn)行剖析、探微，思維就是對(duì)宏觀(guān)實(shí)物材料進(jìn)行剖析、探微的重要手段。即使有了對(duì)原子、分子等進(jìn)行觀(guān)察、操縱的顯微鏡等高科技儀器，也不能沒(méi)有思維： 實(shí)驗(yàn)思維是實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的靈魂[2]；沒(méi)有原子思維也設(shè)計(jì)不好對(duì)原子、分子等進(jìn)行觀(guān)察、操縱的高科技儀器。

化學(xué)思維是一種指向性思維，是一組解決問(wèn)題的內(nèi)部活動(dòng)，是由最終目標(biāo)，即解決問(wèn)題來(lái)指引和控制的[3]。原子思維是化學(xué)思維的一種基本類(lèi)型。所謂原子思維，主要是指發(fā)現(xiàn)原子、認(rèn)識(shí)原子運(yùn)動(dòng)、認(rèn)識(shí)原子跟物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，以及應(yīng)用這些認(rèn)識(shí)來(lái)解決有關(guān)問(wèn)題的思維活動(dòng)。

分子、泛分子是由原子按照一定方式構(gòu)成的，沒(méi)有原子就沒(méi)有分子、泛分子。不了解原子，就不可能形成化學(xué)認(rèn)識(shí)，不可能產(chǎn)生化學(xué)科學(xué)。正因?yàn)槿绱耍鞲袼梗‥ngels F.， 1820～1895，德）說(shuō)“化學(xué)中的新時(shí)代是隨著原子論開(kāi)始的”[4]。原子的發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了人們發(fā)現(xiàn)分子、電子乃至質(zhì)子、中子、量子等的進(jìn)程。因此，在中學(xué)化學(xué)思維教學(xué)中，必須首先培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)進(jìn)行原子思維。此外，原子思維通過(guò)對(duì)“最小單元”的微觀(guān)研究使人們得以深入地認(rèn)識(shí)物質(zhì)，這是具有方法論意義的，對(duì)其他領(lǐng)域的研究也不無(wú)啟示。這意味著，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)進(jìn)行原子思維，有利于培養(yǎng)學(xué)生的智慧。

化學(xué)科學(xué)的歷史是人類(lèi)化學(xué)認(rèn)識(shí)發(fā)生和發(fā)展的歷史，也是化學(xué)思維發(fā)生和發(fā)展的歷史。人類(lèi)的化學(xué)認(rèn)識(shí)是社會(huì)（集體）化學(xué)思維的結(jié)果。“人類(lèi)的思維是集體的”[5]，既具有繼承性、統(tǒng)一性和必然性，又具有離散性、互補(bǔ)性和偶然性。人類(lèi)的化學(xué)認(rèn)識(shí)和化學(xué)思維的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程在大體上和本質(zhì)上反映每個(gè)人的化學(xué)認(rèn)識(shí)和化學(xué)思維發(fā)生、發(fā)展的邏輯過(guò)程和一般規(guī)律[6]。了解人類(lèi)原子思維的歷史規(guī)律，有助于搞好原子思維的教學(xué)。因此，本文的討論就從人類(lèi)原子思維歷史規(guī)律的探究開(kāi)始。

2 近代化學(xué)中的原子思維——基本的問(wèn)題及其解決

在17世紀(jì)，歐洲對(duì)機(jī)械的廣泛應(yīng)用促使人們對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，開(kāi)始用機(jī)械論觀(guān)點(diǎn)來(lái)解釋自然界，認(rèn)可實(shí)物材料是由肉眼看不到的、極其微小的顆粒構(gòu)成；伽里略（Galileo G.， 1564～1642，意）、伽桑狄（Pierre Gassendi， 1592～1625，法）、波義耳（Boyle R.， 1627～1691，英）、牛頓（Newton I.， 1642～1727，英）、希金斯（William Higgins， 1763～1825，愛(ài)爾蘭）以及道爾頓（Dalton J.， 1766～1844，英）等人都先后提出自己的原子學(xué)說(shuō)。人們對(duì)物質(zhì)構(gòu)造的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了新階段，其特點(diǎn)是以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)通過(guò)思維得出結(jié)論，而不是像古代哲人那樣只憑直覺(jué)和思辨等作出臆測(cè)。其中，道爾頓的原子學(xué)說(shuō)把原子論與元素學(xué)說(shuō)統(tǒng)一起來(lái)，賦予化學(xué)元素的原子以固定且各不相同的重量（質(zhì)量），使當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的定組成定律、倍比定律、物質(zhì)不滅定律等化學(xué)基本定律得到了統(tǒng)一的解釋?zhuān)沂玖诉@些定律的內(nèi)在根據(jù)，為后來(lái)揭示元素性質(zhì)變化的內(nèi)在聯(lián)系和化學(xué)科學(xué)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)；并且從根本上否定了煉金術(shù)，使化學(xué)成為科學(xué)，開(kāi)辟了化學(xué)科學(xué)全面、系統(tǒng)發(fā)展的新時(shí)期，是最有影響的原子理論并被稱(chēng)為化學(xué)原子論。其要點(diǎn)可以概括為[7～10]：

（1） 簡(jiǎn)單物質(zhì)（元素）的終極質(zhì)點(diǎn)（粒子）稱(chēng)為簡(jiǎn)單原子，它們極其微小，是看不見(jiàn)的；既不能創(chuàng)造也不能毀滅。它們?cè)谝磺谢瘜W(xué)變化中保持其本性不變。

（2） 同一種元素的原子的形狀、質(zhì)量以及各種性質(zhì)（如親和力）都是相同的；不同元素的原子在形狀、質(zhì)量及各種性質(zhì)上則各不相同。每一種元素以其原子的質(zhì)量為最基本的特征。

（3） 不同元素的原子以簡(jiǎn)單數(shù)目的比例相結(jié)合，形成了化學(xué)中的化合現(xiàn)象?；衔锏脑臃Q(chēng)為復(fù)雜原子。復(fù)雜原子的質(zhì)量是其所含各種元素原子質(zhì)量的總和。同一化合物的復(fù)雜原子，其組成、形狀、質(zhì)量和性質(zhì)相同?；瘜W(xué)分解和化學(xué)合成只不過(guò)是把質(zhì)點(diǎn)彼此分開(kāi)，又把它們聯(lián)合起來(lái)而已[11]。

由于機(jī)械論和舊觀(guān)念的影響，以及認(rèn)識(shí)水平和深度的限制，道爾頓的原子論也存在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，例如把原子、分子統(tǒng)稱(chēng)為原子，等等。

到了18世紀(jì)末，在歐洲，人們已經(jīng)普遍承認(rèn)物質(zhì)由其最小微粒構(gòu)成。

總結(jié)各種原子論及其形成過(guò)程，近代的原子思維主要圍繞下列問(wèn)題展開(kāi)： 物質(zhì)特別是氣體的物理結(jié)構(gòu)是什么？熱的本質(zhì)是什么？化學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)是什么？前兩類(lèi)問(wèn)題，屬于物理原子論的內(nèi)容，后一類(lèi)問(wèn)題屬于化學(xué)原子論的內(nèi)容。與此相應(yīng)，近代原子論的認(rèn)識(shí)模式有物理原子論認(rèn)識(shí)模式和化學(xué)原子論認(rèn)識(shí)模式兩種類(lèi)型[12]。

化學(xué)原子論的基本問(wèn)題是： 原子是什么樣的？怎樣證明原子確實(shí)存在？原子是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的？原子不可分割嗎？原子具有怎樣的結(jié)構(gòu)？原子結(jié)構(gòu)跟物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有何聯(lián)系？后面幾個(gè)問(wèn)題是在現(xiàn)代化學(xué)時(shí)期解決的。

道爾頓提出化學(xué)原子論的過(guò)程很發(fā)人深省。例如，他在1803年提出化學(xué)原子論之前，已經(jīng)從事業(yè)余氣象學(xué)研究16年，對(duì)大氣的成分、性質(zhì)做了細(xì)致的觀(guān)察。他對(duì)“兩種或更多種彈性流體的混合物竟然能在外觀(guān)上構(gòu)成一種均勻體，使復(fù)合的大氣在所有的力學(xué)關(guān)系上都同簡(jiǎn)單的大氣一樣”感到奇怪，就研究了有關(guān)蒸汽壓、混合氣體分壓、氣體擴(kuò)散等等問(wèn)題，其中尤以混合氣體的擴(kuò)散和分壓的研究對(duì)他提出新的原子論有重要的啟示。所以有人說(shuō)，道爾頓是從觀(guān)測(cè)氣象開(kāi)始，進(jìn)而研究空氣組成，總結(jié)出氣體分壓定律……逐步建立起科學(xué)的原子論的。他指出化學(xué)元素由非常微小的不可再分的物質(zhì)粒子——原子組成，原子在所有化學(xué)變化中均保持自己的獨(dú)特性質(zhì)，從而使他的原子論成為化學(xué)原子論。

1803年，道爾頓根據(jù)氣體體積熱脹冷縮現(xiàn)象把氣體微粒間的排斥力明確地解釋為熱的作用，并對(duì)氣體微粒（原子）加以形象的描繪。他通過(guò)邏輯推理判斷同種物質(zhì)原子的形狀、大小、重量必定相同，不同物質(zhì)原子的形狀、大小、重量必不相同。例如他說(shuō)：“設(shè)若水的某些原子（分子）較其他的重，那么，如果某一體積的水偶然恰為此較重的原子所組成，則其比重必然較大，但這與事實(shí)不符，因?yàn)槲覀儚膩?lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)這種水，無(wú)論得自哪里的純水。比重都是相同的”，“其余的物質(zhì)也是如此”。他還指出：“我認(rèn)為不同氣體的質(zhì)點(diǎn)的大小必然各不相同，因?yàn)?體積氮與1體積氧化合生成2體積的氧化氮，這2體積中氧化氮的原子總數(shù)不能多于1體積氮或氧所含有的原子數(shù)。因此，氧化氮原子必定比氧、氮原子大”……

測(cè)定原子的大小和質(zhì)量以及化合物的組成可以證明原子的存在。所以，道爾頓在正式提出原子學(xué)說(shuō)的同時(shí)，還考慮到這些測(cè)定工作。當(dāng)時(shí)一些化學(xué)家已經(jīng)對(duì)幾種氣體化合物的重量組成作了定量分析，但數(shù)據(jù)的數(shù)量和準(zhǔn)確度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以計(jì)算各種元素的原子量。道爾頓假定兩種元素（例如A、B）化合時(shí)遵循最簡(jiǎn)原則： ①當(dāng)元素A和B只生成一種化合物時(shí)，此化合物為二元化合物，即A1B1，除非有確鑿的例外證據(jù)。例如，根據(jù)這個(gè)原則，水的組成為氫1氧1，氨的組成為氫1氮1。②當(dāng)元素A和B可以生成兩種化合物時(shí)，則一個(gè)是二元的，一個(gè)是三元的。例如，碳與氧形成的化合物一個(gè)是碳1氧1，另一個(gè)是碳1氧2或碳2氧1。③當(dāng)元素A和B可以生成三種化合物時(shí)，則一個(gè)是二元的，兩個(gè)是三元的。例如，氮與氧的化合物為氮1氧1、氮1氧2和氮2氧1。④化合物的比重要比組成它的原子化合前的混合物大一些，因?yàn)樵涌康酶o密了。道爾頓規(guī)定氫原子量為1作基準(zhǔn)，在上述假定基礎(chǔ)上，利用當(dāng)時(shí)掌握的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了原子量的最早計(jì)算。道爾頓的計(jì)算結(jié)果是： 氮的原子量為4.0，氧的原子量為5.66，碳的原子量為4.5……由于道爾頓的化合物組成假設(shè)沒(méi)有實(shí)際根據(jù)，是主觀(guān)、隨意和武斷的，導(dǎo)致許多化合物的原子組成被弄錯(cuò)，計(jì)算出的原子量當(dāng)然是靠不住的。

原子是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的？在13世紀(jì)時(shí)，就有人描述過(guò)微粒通過(guò)親和力結(jié)合在一起。到了17世紀(jì)，伽桑狄、波義耳把微粒間的親和力歸結(jié)為機(jī)械作用： 鹽酸的原子是錐形的，有鋒利的尖刺，而鹽基（堿）的原子是多孔的，酸的錐體或尖刺插入鹽基的孔內(nèi)就成了鹽……日夫魯瓦（Geoffroy E.F.， 1672～1731，法）認(rèn)為親和力具有差異性： 每當(dāng)兩種有結(jié)合傾向的物質(zhì)互相結(jié)合后，只要加進(jìn)一種與兩者之一具有更強(qiáng)親和力的第三種物質(zhì)時(shí)，它就會(huì)與這一成分結(jié)合生成一種新物質(zhì)，而把另一種離析出來(lái)。1718年，他畫(huà)了一張親和力表，把能跟酸精、固定堿鹽、揮發(fā)堿鹽、吸收性土質(zhì)、金屬物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的各種物質(zhì)分別按照親和力由強(qiáng)到弱順序依次排列。到了18世紀(jì)后期，牛頓經(jīng)典力學(xué)贏得了普遍的承認(rèn)，化學(xué)家們把親和力歸結(jié)為萬(wàn)有引力的一種。牛頓本人就曾對(duì)物質(zhì)微粒間的結(jié)合提出了力學(xué)解釋?zhuān)?物體的微粒具有某種能力、效能或力量，憑借這些對(duì)遠(yuǎn)離它們的東西發(fā)生作用，也能彼此相互作用，引起為數(shù)眾多的自然現(xiàn)象；微粒間的吸引力只能及于相當(dāng)小的距離，以致迄今還沒(méi)有被我們觀(guān)察到，當(dāng)物質(zhì)微粒間非?？拷唇佑|）時(shí)，這種吸引力就會(huì)發(fā)生，使它們“以一種加速的運(yùn)動(dòng)彼此碰撞”，產(chǎn)生各種化學(xué)現(xiàn)象。就在18世紀(jì)后期，貝格曼（Bergman T.O.， 1735～1784，瑞典）把親和力分為同種物質(zhì)間的“聚集吸引”和異類(lèi)物之間的“化學(xué)吸引”兩類(lèi)，又把后者分為“單向置換反應(yīng)”和“復(fù)分解反應(yīng)”。但是，隨著人們的化合物知識(shí)不斷增多，編制親和力表越來(lái)越困難，迫切需要新的突破。

隨著原子量測(cè)定工作的開(kāi)展，大量無(wú)機(jī)化合物的組成逐步被弄清楚，不少人發(fā)現(xiàn)一種元素的原子與其他元素結(jié)合時(shí)，在原子數(shù)目上有一定的比例關(guān)系（定比定律和倍比定律），其中隱含了原子價(jià)的概念。但是，由于原子量一度很混亂、有些化合物的組成比較復(fù)雜，把這個(gè)概念長(zhǎng)時(shí)間掩蓋了起來(lái)，直到19世紀(jì)中葉才由有機(jī)化學(xué)家率先挑明： 1852年，弗蘭克蘭（Frankland E.， 1825～1899，英）發(fā)現(xiàn)“氮、磷、銻和砷的化合物體現(xiàn)出這些元素總是傾向與3個(gè)或5個(gè)其他元素的原子化合。當(dāng)它們處在這種比例時(shí)，它們的化學(xué)親和力得到最好的滿(mǎn)足”。他把這類(lèi)元素稱(chēng)為“三原子元素”或“五原子元素”，并指出“這種傾向或規(guī)律是普遍客觀(guān)存在的”，“元素原子的化合力經(jīng)?？捎赏瑯訑?shù)目的盡管性質(zhì)不同的原子來(lái)使之得到滿(mǎn)足”。1857年，凱庫(kù)勒（Kekulé F.A.， 1829～1896，德）和庫(kù)帕（Couper A.S.， 1831～1892，英）以“原子數(shù)”或“親和力單位”來(lái)表示各種元素的化合力，指出： 不同元素的原子相化合時(shí)總是傾向于親和力單位數(shù)等價(jià)，并確定以氫的親和力單位數(shù)為1，奠定了原子價(jià)理論的基礎(chǔ)。1864年，邁爾（Meyer J.L.， 1830～1859，德）建議以“原子價(jià)”代替“原子數(shù)”和“親和力單位”。原子價(jià)學(xué)說(shuō)的提出與定型，深化了人們對(duì)原子的認(rèn)識(shí)，豐富了原子思維的內(nèi)容。

總的說(shuō)來(lái)，近代化學(xué)對(duì)“原子是什么樣的”和“原子是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的”這兩個(gè)基本問(wèn)題的思維有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，又有較多的想象成分。由于微觀(guān)粒子的運(yùn)動(dòng)情景跟宏觀(guān)物體運(yùn)動(dòng)有很大差別，這種想象有很明顯的偏差。直到現(xiàn)代化學(xué)時(shí)期弄清了原子的結(jié)構(gòu)情況（特別是核外電子排布情況），后一個(gè)基本問(wèn)題才得以近乎完美地解決。

3 現(xiàn)代化學(xué)中的原子思維

原先人們一直以為原子是堅(jiān)硬、實(shí)心、不可分割的，后來(lái)確定原子有其結(jié)構(gòu)是從發(fā)現(xiàn)電子開(kāi)始的。人類(lèi)早就發(fā)現(xiàn)了電現(xiàn)象以及一些有關(guān)規(guī)律，并在19世紀(jì)后半葉制成了發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)，進(jìn)入了電氣化時(shí)代，盡管亥姆霍茨（von Helmholtz H.， 1821～1894，德）曾經(jīng)猜想電也和原子一樣，是由一些微小的粒子組成的，但是一直不能確定電的本質(zhì)是什么。直到1873年，克魯克斯（Crookes W.， 1832～1919，英）在用低壓氣體放電管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)陰極射線(xiàn)，斷定它是一束帶負(fù)電的粒子流；1897年，亥姆霍茨的學(xué)生湯姆遜（Thomson J.J.， 1856～1940，英）用不同金屬作陰極，發(fā)現(xiàn)各種陰極材料都可以產(chǎn)生陰極射線(xiàn)，并且陰極射線(xiàn)粒子的性質(zhì)與陰極材料無(wú)關(guān)；他還設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了陰極射線(xiàn)粒子的電荷量與質(zhì)量之比，發(fā)現(xiàn)其荷質(zhì)比是一個(gè)常量，也跟陰極材料無(wú)關(guān)，而且比已知的氫原子荷質(zhì)比小一千幾百倍，這說(shuō)明陰極射線(xiàn)粒子比氫原子小得多，跟原子不在一個(gè)檔次，但卻是各種原子中一個(gè)共同的組成部分，后來(lái)又把這種帶負(fù)電的粒子命名為“電子”。1911年，密立根（Milliken R.A.， 1868～1953，美）精確測(cè)定了電子的電荷和質(zhì)量，提供了電子比最小的原子——?dú)湓有〉枚嗟闹苯幼C據(jù)。電子的發(fā)現(xiàn)被一些史家譽(yù)為“撬開(kāi)了堅(jiān)硬不可分的原子”。此后，X射線(xiàn)、鈾射線(xiàn)陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，開(kāi)啟了人們發(fā)現(xiàn)原子結(jié)構(gòu)的過(guò)程，原子不可再分割的斷言被徹底否定。這三大發(fā)現(xiàn)也成為化學(xué)科學(xué)進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展新時(shí)期的標(biāo)志。

現(xiàn)代化學(xué)的原子思維回答了近代化學(xué)不能圓滿(mǎn)回答的基本問(wèn)題。例如，關(guān)于“原子是什么樣的”，僅僅知道原子的大小和質(zhì)量還不足以完整地回答這個(gè)問(wèn)題，還需要確定它的形狀，因?yàn)檫@涉及到分子的形狀，所以也是一個(gè)重要的問(wèn)題。從古代到近代，不少人把原子想象為小球狀，但既沒(méi)有理論根據(jù)也沒(méi)有實(shí)驗(yàn)根據(jù)。這個(gè)問(wèn)題只有在現(xiàn)代化學(xué)時(shí)期才得到解決： 現(xiàn)代的高倍掃描投射電子顯微鏡的分辨率可達(dá)到1.6×10-10m，能看到某些重金屬原子的投影圖像；1951年發(fā)明的場(chǎng)離子顯微鏡（FIM）具有105～107放大倍數(shù)，能直接觀(guān)察表面原子；1982年研制成功的掃描隧道顯微鏡（STM）能夠?qū)崟r(shí)觀(guān)察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)。由這些裝置獲得的“原子照片”能直觀(guān)地證明原子是真實(shí)存在的，使原子不再停留于論說(shuō)和概念。例如，1999年6月22日《北京日?qǐng)?bào)》曾刊出頭條新聞“‘看不見(jiàn)的原子像拍到了”，報(bào)道北京大學(xué)研究人員獲得精美的熱解石墨的碳原子影像。不過(guò)，有一些“原子照片”的清晰度受到分辨率制約，原子的形狀只是大致為球形。除了實(shí)證之外，一些理論物理學(xué)家在1950年代之前運(yùn)用群論（Lie群）成功地對(duì)原子光譜作出量子力學(xué)的正確解釋?zhuān)瑥睦碚撋洗_定穩(wěn)定的自由原子外形是球?qū)ΨQ(chēng)的[13]，使原子的球形有了“鐵證”。

對(duì)于“原子是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的”這個(gè)問(wèn)題，近代化學(xué)只是用想象的、無(wú)法直接測(cè)量的“親和力”解釋原子為什么能構(gòu)成物質(zhì)，并沒(méi)有回答“怎樣構(gòu)成物質(zhì)”；“原子不可分割嗎？”“原子具有怎樣的結(jié)構(gòu)？”是近代化學(xué)時(shí)期無(wú)法回答的。這些問(wèn)題只有到了現(xiàn)代化學(xué)時(shí)期才能夠清晰地作出回答。

另一方面，現(xiàn)代化學(xué)的原子思維又有了新的內(nèi)容、新的深度和高度。例如： 原子的核外電子層結(jié)構(gòu)如何影響原子的化學(xué)活動(dòng)性和化合價(jià)；原子的核外電子層結(jié)構(gòu)如何通過(guò)影響原子的電離能、電子親和能和電負(fù)性來(lái)決定其成鍵類(lèi)型以及鍵能、鍵角等并影響物質(zhì)的性質(zhì)；原子的大小如何通過(guò)空間效應(yīng)來(lái)影響化學(xué)反應(yīng)等等。

4 中學(xué)化學(xué)中的原子思維

4.1 初步形成原子思維的標(biāo)志

原子思維是初學(xué)化學(xué)者應(yīng)該首先具備的一種學(xué)科思維素養(yǎng)。一個(gè)初學(xué)化學(xué)者初步形成原子思維可以下列各項(xiàng)為標(biāo)志：

了解原子是什么樣的；

能夠從原子的角度理解元素概念；

關(guān)注物質(zhì)的原子組成，能夠識(shí)別和表征不同元素的原子；

了解化合和化分是原子化學(xué)運(yùn)動(dòng)的基本方式，能夠從原子化學(xué)運(yùn)動(dòng)的角度理解化學(xué)變化的本質(zhì)；

了解原子在化學(xué)變化中的基本特點(diǎn)，從化學(xué)的角度了解原子的重要性質(zhì)及其決定因素；

初步了解原子的結(jié)構(gòu)，了解原子跟分子、電子、離子等微粒的聯(lián)系；

了解原子是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的，等等。

大體上說(shuō)來(lái)，近代化學(xué)的原子思維跟初中化學(xué)有較多關(guān)聯(lián)，影響也較大；現(xiàn)代化學(xué)的原子思維則跟高中化學(xué)有較多關(guān)聯(lián)。由于近代化學(xué)原子思維跟初中化學(xué)的關(guān)聯(lián)常被忽視，下面著重聯(lián)系近代化學(xué)原子思維對(duì)初中化學(xué)教學(xué)進(jìn)行討論。

目前，義務(wù)教育階段物理、化學(xué)和科學(xué)的課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于原子內(nèi)容的要求如表1所示：

從表1看來(lái)，初中物理、化學(xué)和科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于原子的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)有幾點(diǎn)值得注意：

它們關(guān)于原子內(nèi)容的要求多屬于“知道”水平，但并不全是“知道”水平?；瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求“能用微粒的觀(guān)點(diǎn)解釋某些常見(jiàn)的現(xiàn)象”，科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求“能用物質(zhì)粒子模型簡(jiǎn)要解釋物質(zhì)三態(tài)的變化”，物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求“了解人類(lèi)探索微觀(guān)世界的歷程，關(guān)注人類(lèi)探索微觀(guān)世界的新進(jìn)展”。教師施教時(shí)不能采用簡(jiǎn)單灌輸方法，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)不宜采用死記硬背方法。

化學(xué)和科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)都有原子化學(xué)運(yùn)動(dòng)內(nèi)容，涉及的原子論是化學(xué)原子論；科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原子知識(shí)的應(yīng)用限定于“簡(jiǎn)要解釋物質(zhì)三態(tài)的變化”，化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原子知識(shí)的應(yīng)用沒(méi)有類(lèi)似的限定，要求要高一些；化學(xué)課程要實(shí)現(xiàn)“能用微粒的觀(guān)點(diǎn)解釋某些常見(jiàn)的現(xiàn)象”，需要認(rèn)真思考對(duì)策。

化學(xué)和科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)都要求“初步認(rèn)識(shí)核外電子在化學(xué)反應(yīng)中的作用”（不區(qū)分外層電子和內(nèi)層電子），由于初中化學(xué)不講化學(xué)鍵，怎樣實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，需要謹(jǐn)慎對(duì)待、妥善處理。

4.2 近代化學(xué)原子思維對(duì)中學(xué)化學(xué)教學(xué)的啟示

近代化學(xué)的原子思維對(duì)中學(xué)化學(xué)教學(xué)有諸多啟示，主要是：

應(yīng)盡早讓學(xué)生學(xué)會(huì)進(jìn)行原子思維，了解原子，為他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)打好基礎(chǔ)。

“原子是什么樣的”和“原子是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的”也是中學(xué)化學(xué)原子思維的兩個(gè)基本問(wèn)題。

為了讓學(xué)生學(xué)會(huì)進(jìn)行原子思維，必須讓他們有一些物質(zhì)及其化學(xué)變化的知識(shí)準(zhǔn)備。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生積累必要的事實(shí)材料十分重要，還要充分利用學(xué)生在先學(xué)的物理、科學(xué)等課程中獲得的初步認(rèn)識(shí)。

由氣態(tài)物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)變化介入學(xué)習(xí)要比固態(tài)物質(zhì)、液態(tài)物質(zhì)更簡(jiǎn)便、有利。

要抓住“原子是什么樣的”這個(gè)基本問(wèn)題，讓學(xué)生學(xué)會(huì)通過(guò)對(duì)事實(shí)材料的思維加工形成對(duì)原子及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的認(rèn)識(shí)并進(jìn)行微觀(guān)想象。

對(duì)于“原子是什么樣的”這個(gè)基本問(wèn)題，原子的質(zhì)量比原子的大小更為重要。

對(duì)于“原子是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的”這個(gè)基本問(wèn)題，不必死板地重復(fù)前人的思維過(guò)程，可以適當(dāng)?shù)靥崆敖榻B原子的基本結(jié)構(gòu)，由此出發(fā)思考、解決問(wèn)題。

要注意原子理論與元素理論的融合。

要注意應(yīng)用原子理論解決實(shí)際問(wèn)題，等等。

4.3 重視學(xué)生認(rèn)知困難的診斷與應(yīng)對(duì)

由于對(duì)原子分子層次的微觀(guān)現(xiàn)象缺乏真正的了解，學(xué)生常常會(huì)用宏觀(guān)思維、宏觀(guān)現(xiàn)象來(lái)代替微觀(guān)思維、微觀(guān)想象，形成錯(cuò)誤的前概念干擾原子思維的正確進(jìn)行，造成認(rèn)知困難。這種情況甚至到了高中階段仍然存在[17][18]。

此外，基礎(chǔ)事實(shí)材料過(guò)少、不會(huì)或不善于應(yīng)用基礎(chǔ)事實(shí)材料進(jìn)行思維加工獲得相應(yīng)結(jié)果、擁有的基礎(chǔ)知識(shí)存在缺陷、“先行組織者”概念不恰當(dāng)，以及教師舉例不當(dāng)、知識(shí)表征方式不當(dāng)?shù)鹊?，都?huì)造成對(duì)學(xué)生原子思維的干擾。

教師可以采用問(wèn)卷調(diào)查、學(xué)生自陳、訪(fǎng)談或談話(huà)、學(xué)習(xí)文檔分析、作業(yè)分析、心理測(cè)驗(yàn)等方法診斷學(xué)生原子思維障礙，針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知障礙采取有效的消除措施。

教師應(yīng)該注意研究學(xué)生原子思維的規(guī)律和特點(diǎn)，注意了解并研究學(xué)生的前概念，特別是相異構(gòu)想、迷思概念，關(guān)注錯(cuò)誤所在，精心設(shè)計(jì)或?qū)ふ矣行У膽?yīng)對(duì)措施；注意提供有關(guān)的背景知識(shí)；在適當(dāng)時(shí)機(jī)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有關(guān)知識(shí)的聯(lián)系、綜合和提升；引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)和理解有關(guān)規(guī)則[19]。

4.4 改進(jìn)學(xué)生原子思維的練習(xí)與測(cè)評(píng)

目前，化學(xué)原子論測(cè)試習(xí)題存在著不少問(wèn)題。主要是：

（1） 測(cè)試目的不明；

（2） 思維含量低，多屬于簡(jiǎn)單的記憶層次，有關(guān)思維訓(xùn)練的很難見(jiàn)到；

（3） 數(shù)量偏少；

（4） 一些題存在錯(cuò)誤。例如，網(wǎng)上流行甚廣的一道填空題如下（題文括號(hào)內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)答案）：

英國(guó)的（道爾頓）和意大利的（阿伏伽德羅）提出了原子論和分子學(xué)說(shuō)： 物質(zhì)是由（分子）和（原子）構(gòu)成的；分子中的（不同種類(lèi)）和（數(shù)目的原子）的重新組合是化學(xué)變化的基礎(chǔ)，即在化學(xué)變化中（分子）會(huì)破裂，而（原子）不會(huì)破裂，但可重新組合成新分子，即原子是參加化學(xué)變化的最小粒子。

實(shí)際上，提出原子論的不僅是道爾頓一人；（不同種類(lèi)）和（數(shù)目的原子）這兩個(gè)填空內(nèi)容跟其他空項(xiàng)都不相稱(chēng)，會(huì)引起學(xué)生回答困難（筆者不看標(biāo)準(zhǔn)答案就不知道要這樣填寫(xiě)）；所謂原子不會(huì)破裂不僅用詞欠佳，也跟道爾頓原子論不符。

這些問(wèn)題都是急待改進(jìn)的。

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