我們為什麼要學好化學?

2020-12-14 京領新國際

「學好化學,將會改變你的一生!」

至今我還猶記初中老師說過的這句話,他一邊說著一邊點燃了酒精燈。

《忽而今夏》截圖

我並沒在意,直到高中結束一直都沒有把化學好好學過。大學畢業後,學習工作再無與化學發生聯繫。直到新家裝修,考慮到裝修汙染的時候,化學才重新進入的我的視野。

我買了兩大籃子的柚子,天天吃,玩兒命吃,就為了多攢幾塊柚子皮除味。後來實在吃不下了,聽說菠蘿不用切開,放在那就能吸甲醛,隨即又賣了一箱菠蘿,但是效果都不好。

上大學時身邊學習化學的朋友挺多,遂趕緊向他們打聽菠蘿、柚子皮還是活性炭,哪個更容易去除甲醛,光觸媒、臭氧哪個性價比更高,然而被告知的卻是二甲苯、乙二醇的危害,最後得出的結論就是開窗通風就可以。

我忽然發現,和他們相比,自己不知道的東西簡直太多。頓時感到生命之渺小、世界之博大。

我還發現,大學的學科學習通常能夠改變或影響一個人看待世界的方式,從而影響到氣質。不論是從行為上還是語言上,能明顯的感受到,這三位學習化學的朋友的氣質與眾不同,有些桀驁不馴。

後來想一想也是正常,既然已經看透了事物本質,不說破就是對他人最大的尊重,否則說出來沒人聽得懂,豈不是大家都很尷尬?

道教的發展對中國古代化學發展有著一定的推動作用 ,來源:《私人訂製》劇照

看透本質對於任何人來說都很困難,但是對於學過化學的人來說相對容易一些。我有些後悔當初沒有理解這門學科,所以才沒對它產生興趣。

我決定,未來一定要給孩子講清楚化學的奧妙,不論他是否感興趣!

誰想得到,這麼重要居然不掙錢?!

不同於很多學科,化學和數學一樣,是許多學科(如材料學科、納米科學生物化學)的中心學科。每當它們遇到瓶頸時,化學則會通過觀察與試驗源源不斷的為其他學科提供解決方案。它的重要性不言而喻,但卻最容易被忽視、受到不公平待遇。

原因很簡單,就業率就是個問題,有些工作還對身體有一定的危害性,這兩點就足以讓我們慎重考慮,沒有點執著於熱愛,這門學科學好不容易。其次,在初期的學習過程中有很多需要死記硬背的環節,這讓很多本來就不想背書的理科生打起了退堂鼓。

同學們,我們來複習一下四種基本反應類型,圖片來源於網絡

再者這些基礎研究試驗大多需要極大資金、時間投入,但卻鮮有巨額產出,這也使得學生的錢景堪憂。加上初期就業時的工作往往非常枯燥,大量的試驗以及運氣因素讓工作時長變得非常不固定,這就導致了很多學生畢業後選擇改行。

(是的,上面提到的那三位朋友,都改行了。)

大浪淘沙,化學這門學科的種種特點在勸退了很多人之後,最終把「真金」留了下來。這些化學科研工作者大多在大學畢業後十幾二十年全情投入到化學研究工作中來。他們把數據和成果看的比生命都重要,年紀輕輕便早生華髮。

化學真的重要到值得科學家付出畢生精力?答案是顯而易見的。在謀求人類福祉這件事上,化學發揮了極為重要的作用,化學的研究是極為崇高的事業。

從人類健康的角度來說,自然界中的92種化學元素,人體中就有81種。其中,常量元素就佔到平均總重的99.95%。換句話說,人體本身就是第一個化學單位,元素扮演著非常重要的角色,在某種程度上,研究這些元素可以被理解為在追尋生命的物質意義。

其次,化學合成藥物與人類的健康密不可分,靠通過從天然植物中分離提取藥物著實有限,人工合成藥物滿足了大規模生產的需要,在最大範圍內保證了人類不受疾病之苦。通過模仿改造天然藥物的化學結構,人工合成藥物的藥效更好,比如以青黴素和阿司匹林為代表的人工合成抗生素。在今天,幾乎所有的微生物(或細菌)引起的疾病都在由抗生素治療。

此外,從自然指數來看(Nature Index),2012-14年間,中國高質量科研產出增長了37%,其中主要的科研成果來自化學和物理學,分別佔總分值的61%和30%,人們越來越重視化學這一基礎學科的發展,對於我們這樣一個人口規模龐大的國家來說,化學的發展能讓更多人受益。

讓人類越活越明白!

微觀上化學研究原子、分子、電子,宏觀上研究物質與元素,往近了說,化學有著很強的煙火氣,與我們日常生活中的柴米油鹽密不可分。往遠了說,它又是非常高端大氣上檔次的學科,研究宇宙的組成就是它亙古不變的主題,並且已經潛移默化的進行了數千年。

它的發展幾乎可以代表人類從蒙昧走向開化的過程。遠古時期,人類在製作陶器、彩繪、冶鍊金屬時開始逐漸積累化學工藝的經驗,到了公元前1500年,人類進入了鍊金時期,化學的探索開始增加。

不知名的古代陶器

直到1775年,科學家拉瓦錫用天秤進行試驗,開啟了定量分析的大門,才使得化學發展成為一門學科,能量守恆定律也逐漸深入人心成為公理,而他也被人們稱為現代化學之父。

拉瓦錫

來源:人教版《初中化學》

安託萬-洛朗·德·拉瓦錫生於1743年8月26日,是法國貴族,同時也是著名的化學家、生物學家。

他將化學研究從定性轉為定量,命名了氫與氧、預測矽這種自然界普遍物質的存在。更重要的是,他建立了公制,提出了元素的定義,並在1789年發表了第一個現代化學元素列表。最重要的是他倡導並改進了定量分析方法並用其驗證了質量守恆定律,確立氧化說解釋燃燒等化學現象,指出動物和呼吸實質上是緩慢氧化,最終憑藉一己之力完善了現代化學學科的雛形。

正是由於化學善於探索萬物本質,使得它成為許多科研的基石。

大多數學科的科研工作都需要化學將研究對象制出來,或者把它們從雜質中提取出來。化學的發展水平對於許多領域來說都是硬指標。我們常說,數學在一個領域應用的程度體現了該領域發展的程度,那麼化學則是體現了該領域研究與變成現實的距離。

可口可樂、喬丹鞋,歡樂時光源自化學

到了20世紀,化學逐漸成為一門舉足輕重的基礎學科,化學、物理、數學三兄弟相互幫助,試驗環境逐步優化,理論也愈發成熟。尤其是生物學的加入,為化學開啟了另一扇窗。到如今這門學科已經發展出無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、高分子化學、核化學6個二級學科,50多個三級學科。

可樂與曼妥思,場景慘不忍睹

此後這些學科相互滲透、交融發展,化學逐漸展現出它的創造力。在過去的100年裡,人類合成和分離了近2300萬種物質。塑料、合成橡膠、合成纖維結束了人類依靠天然材料的歷史,這才有了運動鞋。合成藥物的出現(如合成抗生素、合成胰島素)極大的擴展了人類平均壽命。人工固氮技術解決了肥料問題,使得糧食供應越來越穩定。製作出越來越多的飲料,人類終於有能力讓自己過的更快樂一點。

歸納起來,這種創造力體現兩個方面。

首先,這種創造力體現在概念上的突破,這也是化學和其他學科的顯著區別,對於某一種物質來說,化學家可以用非常多的方法去合成,早期甚至不需要任何理論計算就可以對合成做出預測。其次,這種創造力還體現在結構之上。當試驗結果體現出部分預期後,再加入基於理性的結構設計,從而賦予物質新的性質,讓他們有了新的功能。

沒想到你是這樣的化學

和數學、物理一樣,化學也是一門美麗的學科。它創造美麗,比如夏日中的煙火、發光的植物、五顏六色的染料,化學家們通過天馬行空的想像妝點著人類的生活。同時化學自身也是美麗的,在顯微鏡下,各種各樣的化學反應如同魔法一般絢爛多姿,給人帶來美的享受。

畢業於美國民尼蘇達大學材料學專業的梁琰博士就是一位立志於發現化學美感的科研工作者。在他的主導下,中國科技大學和清華大學出版社合作開辦了「美麗化學項目」,力圖將化學之美帶給大眾。

氯化鈷在矽酸鈉溶液中的反應,像不像外星生物?

2014年美麗化學網站(BeautitulChemistry.net)推出了第一版,他們使用超清相機配合微距鏡頭,捕捉了大量化學反應中驚人、美妙的細節,立刻受到科學愛好者們的歡迎,一年之內這些視頻已經被觀看超過五百萬次。

學化學,我們真正學了什麼?

除了對試驗技能的打磨之外,首先是概念的掌握,這門學科的特點就是概念多,能不能準確理解這些概念是非常關鍵的。其次是掌握極強的觀察能力,每一個想學好化學的學生都需要一雙好眼睛,全面觀察、了解試驗現象才能做出合理的判斷,有助於理解概念。

來源:覓知網

進行試驗、用心聽、仔細看、認真思考、提出假設並繼續試驗,這既是一套完整的化學研究方法論,也是一套生活的方法論。讓孩子在學習化學的過程中,將科研方法和生活方法融合起來,這是化學乃至科學教育中很有意義的地方。

學好化學,能少花不少冤枉錢

對於孩子們來說,科學觀的培養最終能使他們受益終生,這個過程中根本原動力在於好奇心。在火花四濺、煙霧瀰漫、令人眼花繚亂的化學試驗面前,大多數孩子都會露出好奇的小眼神。這是化學教育的優勢所在,擁有更為直觀、感性的體驗和廣泛的空間。

即便是最終沒有走上化學科研的道路,掌握一些基本的化學知識在未來也是非常必要的,至少能知道口服膠原蛋白效果極微,還能少花不少冤枉錢,就為了這一點也應該讓孩子認真學好化學,何況它還是堂堂高考的科目之一呢,你說對不?

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