化学学科基本思想与观念

化学学科基本思想与观念

张忠传

2015－9－17

一、化学的价值

二、化学教育的价值

三、化学学科基本思想与观念

四、化学学科思想与方法的培养

中国化学会《化学学科发展报告(2006)》

（一）化学是承上启下的中心科学

“21世纪将是一个生命科学和信息科学的世纪”，那么究竟“化学还有什么用呢？”。诺贝尔化学奖获得者H. W. Kroto的回答是:

“正是因为21世纪是生命科学和信息科学的世纪，所以化学才更为重要”，这是因为化学是一门承上启下、渗透于各种新兴交叉学科的中心科学。”

二）化学是社会和经济发展迫切需要的实用科学

•化学已经渗透到国民经济的发展和人民物质文化生活的改善和提高的几乎所有方面，无论是高新尖端技术，还是国民经济发展的各种支柱和支撑产业，还是人们的衣食住行、生活休闲、医疗保健，无不都与化学科学的发展密切相关。

一、化学的价值

•90年代初，“国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）”提出化学是21世纪的中心科学。1995年，印永嘉带领一批知名科学家编写了《21世纪的中心科学－化学》一书。印永嘉在前言中写道：化学是一门基础学科，又是与国民经济的发展和人们日常生活（吃、穿、用及身体健康）有密切关连的学科。

•该书从基础化学、材料化学、地球和海洋化学、生命化学与仿生化学、环境化学、能源化学、农业化学、食品化学等几个方面介绍了化学的价值

化学的价值

•1．化学对人类物质基础的作用

• 2. 化学在相关学科发展中的作用

•3．化学对促进人类健康的作用

• 4. 化学对人类生存环境的作用

• 5. 化学对提高人类生活质量的作用

1．化学对人类物质基础的作用

•化学的研究对象是物质，研究物质组成与结构和性能的关系，研究物质转化的规律和控制手段。

•进入20世纪以来，人类开始遇到人口增长、资源匮乏，环境恶化等问题的威胁。

而化学以其理论和方法通过分析、合成和控制化学过程等手段，在解决这些问题时起到了核心和基础作用。

化学不但能够大量制造各种自然界已有的物质，而且能够根据人类需要创造出自然界本不存在的物质。如：化肥、合金、合成材料等等

1928年尿素的合成－打破了不能人工合成生物体内的生物物质的思想禁锢，使合成化学

获得了大发展

2. 化学在相关学科发展中的作用

1）化学研究带动其他学科的过程研究

•化学研究使人们逐渐掌握了物质变化的规律和各类化学反应的机理

•所以，化学研究是工业、农业、环境保护、能源等方面科学研究的推动力。化学与其他学科融合之后分化出许多研究各种化学过程的学科

土壤化学－水化学－环境化学

•化学引用化学热力学、化学动力学的概念和方法与土壤学融合，研究土壤中物质转化和迁移规律，发展了土壤化学；

•研究水体中物质转化和迁移规律诞生了水化学。

•水化学和土壤化学在解决水体、土壤中有害物质的转化和迁移问题上发挥了重要作用，成为环境化学的基础。

（2）化学带动了材料科学的发展

•从利用天然材料到创造和利用合成材料是人类历史中的一大关键性进步

材料化学

•金属材料－

•不锈钢（发现：一次世界大战，研制不锈钢制枪管；用途－制炊具、各种化工设备、食品加工设备）

•钛合金（耐腐蚀、高强度，避免磁性水雷攻击，上天下海、低温超导特性）

•半导体材料

陶瓷材料－无机非金属材料

•传统陶瓷－玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、分子筛等

•精细陶瓷－高温结构陶瓷、透明陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、纳米陶瓷

•精细陶瓷

•

•传统陶瓷－主要成分硅酸盐（天然硅酸盐如岩石、砂子、粘土、云母、滑石、石棉、石英等；人造硅酸盐如玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、分子筛等、

•高温结构陶瓷－化学成分氮化硅（代替铸铁作汽车发动机，不需水冷，机械强度高、硬度高、导热性好、化学稳定性好）

•透明陶瓷－各种氧化物如氧化铝、氧化镁、氧化铍等和非氧化物如砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化钙等。光学性能优异，耐高温。用氧化铝陶瓷制造高压钠灯，发光效率高，使用寿命长

光导纤维－用高纯度的石英玻璃熔融体，拉出直径约100微米的细丝，称石英玻璃纤维。进行光纤通讯，激光是理想光源。用氟玻璃制成的光导纤维，可把光信号传输到太平洋彼岸不需中继站。光损耗大的光导纤维可在短距离使用，特别适合制作各种人体内窥镜，如胃镜、膀胱镜、直肠镜、子宫镜等，便于诊断和医治各种疾病

精细陶瓷

•生物陶瓷－如氧化铝陶瓷做假牙，与天然齿十分接近，还可做人工关节，如膝、肘、肩、指、髋关节等。

•纳米陶瓷－具有延展性，有的甚至出现超塑性。如室温下合成的二氧化钛陶瓷，可以弯曲。解决了陶瓷的脆性问题。

合成高分子材料

•塑料－在一定的温度和压力下塑制成型的合成高分子材料。聚乙烯、工程塑料、特种塑料（如聚四氟乙烯）

•人造纤维

•合成纤维

•人造纤维－以天然高分子纤维素或蛋白质为原料，经过化学改性而制成，如粘胶纤维（人造棉）、醋酸纤维（人造丝）、再生蛋白质纤维。

•合成纤维－由合成高分子为原料，通过拉丝工艺获得纤维

•最重要的品种是聚酯（涤纶，的确良，用于织衣料、运输带、过滤布、渔网等）、聚酰胺（尼龙、锦纶，用于做渔网、降落伞、丝袜等）、聚丙烯腈（腈纶），占合成纤维总量的90%以上。另外还有聚乙烯醇缩甲醛（维纶）、聚丙烯（丙纶）聚氯乙烯（氯纶）

3. 化学对促进人类健康的作用

•生命活动是最复杂的现象。在长期进化过程中, 人体已经形成一个高度自我调节的开放系统。化学物质通过人体的吸收和排泄而处于大循环中, 影响着人体的结构与功能。化学物质进入人体后, 不仅起营养作用, 还起调节、控制作用。

人的生病和治病、衰老和疲劳以及脑活动与神经传导等, 无不与化学物质有关。缺少维生素会加速老化, 乳酸在肌肉内积累就会感到疲劳, 钙离子水平调节视觉变化等。在人体内既有有机物, 也有无机物; 既有生物大分子, 又有金属离子。它们可使一些生命物质激活或抑制, 形成连锁式的化学反应和相应的生命过程, 从而表现各种各样的功能

化学与健康

•生命化学（生物化学-分子生物学）

•药品研发生产

•保健品研发生产

化学对人类生存环境的作用

地球的资源储量是有限的，尤其是矿产资源、石油、天然气和煤。它们既是人类的主要物质资源，又是主要的生产原料。人类的不合理开发已造成对生态环境的严重破坏。世界每年有约上百亿吨废物倾入地壳、江河、海洋之中，滥用化学肥料、农药和除草剂等，造成土壤和水系环境严重恶化, 既会直接危害人类，又会扩散破坏生物圈，长期地影响着人类的生存

化学在保护生态环境中处于不可替代的地位，起着独特的作用。要解决环境污染问题, 一是改进生产工艺减少废物排除，二是加强工业废物处理和监督，开发废物再利用的新技术，化害为利，变废为宝，这些都得依靠化学的进步

化学对提高人类生活质量的作用

化学对提高人类生活质量的作用

结束语

•化学对社会发展、科技进步、人类生活质量提高起着举足轻重的作用

•在化学教育的启蒙阶段，在引导初中生学习化学核心知识的同时，培养学生逐步形成化学学科思想和化学观念，初步学会用化学意识观察问题和解决问题