高中生如何提升化学学术竞争力

今天为大家分享的是提升学术竞争力之第三期「化学研究思维方法导论」,本文会为大家分享化学思维方法和导论的大致内容。

对于传统化学学习熟知的同学们都认为学习化学记忆力非常重要,不论是从元素周期表还是到各式各样的化学反应方程式,似乎都要求大家有一个好记性。为什么要背元素周期表不重要,但要求内容背熟,却成了学习化学的关键。这一传统不仅仅让化学学习变得枯燥乏味、效率低,也让很多具有化学研究潜能的同学望而却步。

希望和大家通过这次分享一起探索发现化学学习的有趣之处和学习化学的意义,通过打破传统化学学习的藩篱,让同学们用化学的思维和眼睛来理解、预测化学反应,而不只是记住反应式。并让同学们能够通过自己的判断和掌握的基本原理来写出新的、合理的可实现的反应,而不是成为书本上反应式的搬运工。

随着初步化学思维方法的建立,希望大家在认真学习完本次分享后,同学们可以具备自学大学化学的能力。众所周知,化学是一门以实验为基础的学科,如何找到感兴趣的研究方向,如何去设计实验方案和进行实验思考,都将在本次分享中有一个解答和讨论。

对于上述我们已经提到过的内容,简单的举一个例子:比如说当我们的实验失败。

  • 我们是否应当照着相应的实验流程更加严格的不停的去重复同样的实验,发扬水滴石穿的精神,直到实验成功为止?
  • 还是需要我们对整个实验流程进行一个反思,对设计的反应进行理论层面上的可行性的评估?
  • 如果是需要进一步的进行思考,找出问题的所在点,那么我们如何开始有序的进行此类思考,而不是盲目的去试错?

在科研中,有一个非常常用的词,或者说,用来形容这样一个思维过程的词叫做trouble shooting,讨论的就是解决科研瓶颈的这样一个思维方法和思考的一个过程。

我们之前的这一小部分内容,讨论的是如何快速的去找到问题的所在点,并且去解决问题,并能够制定最好的解决问题的方案。接下来,向大家概述一下,化学思维方法和导论的大致内容。

首先,向大家介绍化学到底是什么,并且进行一个学科上的概述,让大家对探索的化学学科有一个基本的明确清晰的认知。其中,被奉为化学中的有机化学和无机化学学科将被重点介绍和讨论。我们将从最根本的角度来解读原子是如何结合,或者说是如何进行相互作用,最后形成分子的。分子形成的过程是否就是简简单单的用化学键连接就可以解释的?化学键的本质它是什么东西?它们又是如何形成的?

我们经常所说的化学键,即chemical bond不是真实存在的。我们通常说的化学键,其实是用来描述分子内的原子之间相互连接和作用的一个虚拟模型。更确切的来说,原子间存在的是bonding interactions及沉淀作用。

在这一部分内容之后,我们将会开始对分子整体结构进行一个探索。在分子内,电子是如何分布的,为何同一个分子有些部分会特别的活跃,有进行反应的潜力。而有些分子,却非常的稳定,就比如说:碳链、碳的结构,碳氢键这些部分。他们也会变成多部反应中的一个固定框架,就比如carbon motive。我们通过这种分析,来理解官能团为何会被称之为官能团,并且进一步成为反应位,而不是简单的记住oh group(羟基)。

通过分析这些结构的性质,我们又将进一步的去解释这些基础结构造成的反应性问题。

在了解各种分子的反应性后,我们将去合理的推测。它们会如何与其他的分子进行相互作用,然后这件事情就将变成一件有规律可循的事情,而不是刻板的去记住。比如说A类物质和B类物质会发X类的反应。我们的化学反应将会变得看上去非常的合理,有逻辑性,而不再是模模糊糊的神奇化学变化。

大家也将会有能力去预测化学反应的方向,面对从未见过的物质和未知的反应类型时也可以去进行一个合理化的推测,用一句话,简短的话来概括,就是make an educated guess。

其实很多学习过化学的孩子都有过一个共同的苦恼,就是要背很多的化学反应式,并且长时间不去接触一类之前已经记熟的反应后,就会忘记这个反应。然后又需要重新的去复习去记,进行这样一个循环。但随着我们接触的反应种类越来越多,每年又有很多新的反应的分支被发表出来然后应用到科研中,变成常见的反应类型。这种情况下记住所有的反应式变得越来越不科学。

>在学习过一类反应过后,去理解它的反应机理,给同学们一个逻辑起点后,可以自己通过学习过的知识去预测,就像推算数学公式一样,推出合理的反应去向。这种方式会是一个更合理和更健康的学习化学的方式,也是一种更高效的化学学习的方式。

记和背是一点,另外一点是我们在学习化学上的误区,就是过于理论化的去学习,从而脱离了实践。这样的方法也许在应试教育中,我们会得到很好的结果。但真正要在科研这条路上走下去时,我们就会发现还是有很大一条横沟需要我们去跨越。这种纸上谈兵式的学习方式对于化学这门以实验为基础的学科是万万要不得的。

然后我们要学会阅读论文,像使用这些实用的技能进行来解决问题,而不是对标准答案的思考。

这个至关重要,们要学会有开放性的思维,要利用它去解决问题。在离开学校和书本以后,我们会发现不管是在现实生活中,还是在科研里面,很重要的一点就是我们要去给很多没有定论的,没有标准答案的的问题,去寻找一个答案。那我们应该怎样去寻找答案。我们将怎样做?如何去思考?从什么角度开始去思考?这种能力非常的重要,而不是说我们写一个答案下来,按照我们的套路去做。

以上就是强调的两个重点。最后,想要鼓励大家在学习的时候,不论是什么学科,不管是化学也好,数学也好,不要觉得自己没有天赋,不要觉得自己有的知识还不够多。正是因为不够多,所以我们才要去学习,只要我们保持对这些新鲜事物的好奇心,对学习、世界、生活的一个热爱的态度。因为我们不管学什么学科,都是从一种角度,或者说从多种角度去了解我们所生活的这个社会和世界,大家要大胆一点,然后放开手脚去学。

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