化学学科的新视角及在化学教育的反映-精品文档.docx
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1、化学学科的新视角及在化学教育的反映摘要:传统化学以研究变化,关注变化前后的结果而著称。化学与其他学科,十分是生命科学的互相浸透使得化学的动态特征愈加突出,化学学科格局也因之发生了变化。因而,化学需要新认识。关键词:超分子化学;动态共价键化学;组成动态化学;适应性化学相对稳定的研究对象,独具特色的研究方法和手段构成了一门学科独立存在的基础。在这个基础之上,随着内容的丰富和学术的发展,不同的学科逐步构成了各不一样的学科思想和学科特质,在文明传承和发展中发挥着各不一样的作用。在学习经过中,了解学科思想,把握学科特质,对于理解学科内涵,预判学科发展具有重要的意义。1化学学科认识的新视角1.1基于超分子
2、的动态化学化学学科十分强调“变化、演化、转化、进化的思想,因而,在化学家眼里,没有一成不变的东西,没有一成不变的道理。地球从产生到地球智慧生物的出现就是一个鲜活的化学演化(chemicalevolution)的经过。在这一经过中,宇宙大爆炸产生的宇宙尘埃互相聚集构成有形但相对无序的原生态地球。随着时间推移,这种无序聚集构造逐步演化出有序构造,进而为生命物质的出现奠定了基础。在化学家眼里,地球生命的出现,地球生命由低级向高级的演化就是一个物质有序度不断提高、构造不断复杂化的经过。物质有序度的高低和物质构造的复杂性决定着物质包含信息的多少和物质加工信息的能力。人类之所以处于地球生物的最高端就在于人
3、类拥有较之其他地球生物愈加复杂、愈加有序的大脑构造。这就是为什么化学可以以被看作是一门信息学科的原因。正是基于对自然界化学演化的深入理解,化学学科也从社会群众所熟知的传统的、相对“静止的、主要关注分子中原子间强互相作用的“分子化学(molecularchemistry)阶段,逐步发展到了如今的愈加关注分子间弱互相作用的、相对“动态的“超分子化学(supramoleularchemistry)阶段。当然,随着学科的发展,人们又认识到,仅有“静态的稳定构造或“动态的不稳定(可逆)构造还缺乏以应对学科面临的一些新的挑战,解决学科需要解决的一些新的愈加棘手的问题。于是,近年来又出现了“动态共价键化学(
4、dynamiccovalentchemistry)和“组成动态化学(constitutionaldynamicchemistry)等概念,超分子化学也因而与动态共价键化学和组成动态化学共同构成了现代“动态化学(dynamicchemistry)的主要内容。1.2基于动态变化的适应性化学刺激响应和组成动态是生命现象的基本特征,组成动态化学正是在理解生命、学习生命的基础之上发展而来。将超分子化学的动态性特征引入基于共价键的分子化学就产生了动态共价键化学。在动态共价键化学体系中,某些共价键能够根据需要断裂或构成。这种可逆性使得体系组成会因某些单元的交换与再组合而持续改变,体系因而获得了对环境的适应性
5、。也就是讲动态性的注入使得分子化学发展到了“适应性化学(adaptivechemistry)阶段。适应性化学原理是生命现象得以出现的基础。地球生命为什么能够适应不断变化的环境,原因就在于它能够通过本身组成的改变适应这种改变,进而获得本身的生存和发展。基于动态化学原理,研究模型体系中组分对环境因素变化的依靠性就成为当今适应性化学研究的主要内容。这些研究无疑有助于加深对生命现象的理解,丰富创造新体系、发展新材料的思路,进而提升化学学科创造新物质、探索新功能、实现新应用的能力。近年来,史无前例的高性能动态材料的不断出现就是动态化学原理实际应用的结果。2化学新视角对学科和教学的挑战历史上,化学因研究不
6、同物质间的互相转化而独立成为学科,如今化学也因本身的不断变化和演化而呈现出蓬勃生机。众所周知,客观世界只要“动和“变是永久的、绝对的。而“动和“变也恰好构成了化学学科的特质,因而,在哲学层面,任何以为化学是“落日科学(sunsetscience)的观点都是缺乏远见,没有根据,不能立足的。2.1可变性、刺激响应性与构效关系“构造决定性质是化学家的信条,当今的构造已与往日绝不一样。可变性、刺激响应性已经成为新型构造的重要特征。可变性和刺激响应性赋予“构造决定性质愈加丰富的内涵。例如,导弹和航天技术中普遍使用的化学推进剂分为液体推进剂和固体推进剂两大类。液体的流动性赋予液体推进剂优异的燃烧可控性。与
7、之相反,固体构造的稳定性固然使其失去了流动性,但作为推进剂,却避免了液体推进剂的加注耗时、加注困难问题,进而获得了极大的机动性。正是对于固体和液体性质的这一比照,新近发展起来的凝胶推进技术,则兼顾了固体推进和液体推进的优点。其根本原因就在于凝胶兼具液固两性。凝胶,十分是基于小分子化合物的分子凝胶,在宏观上具有固体一样的保型性,但在一定剪切力作用下可转化为液体,进而拥有普通液体所具有的一切性质。分子凝胶就是一类典型的动态材料,是化学学科发展新阶段的新成果。注重构造、研究构造,从构造看问题、分析问题、解决问题是化学家的习惯,是化学家的看家本领。然而需要注意,构造除了在空间尺度上能够变化之外,在时间
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