“研究6步法”及其教學啟示—以門捷列夫發現元素周期律為例

“研究6步法”及其教學啟示—以門捷列夫發現元素周期律為例

（河南師范大學化學化工學院 河南 453007）

門捷列夫發現元素周期律用了約20年的時間，研究過程中包含了許多寶貴的科學思想、科學方法和科學精神，本文主要介紹該過程蘊含的“研究6步法”。

研究6步法；門捷列夫；元素周期律

“研究6步法”包括：發現問題；分析問題；尋找條件；克服障礙；解決問題；反思改進。“研究6步法”在好多研究活動中都有體現，是比較系統的、容易被學生理解和運用的研究方法。以下，我用史料呈現和教學啟示兩條線來具體介紹該方法。

1.發現問題

史料呈現：1857年，23歲的門捷列夫(D．I．Mendeleev, 1834-1907)擔任圣·彼得堡大學的副教授以后，負責講授“化學基礎”課。為了有合適的教材，他決定編寫一本《化學原理》。在為《化學原理》一書考慮寫作計劃時，門捷列夫深為無機化學的缺乏系統性所困擾。

教學啟示：科學研究第一步就是要發現問題。門捷列夫正是在教學和編寫《化學原理》一書的過程中發現了無機化學的缺乏系統性，并覺得這是一個“有待解決的問題”。才有了進一步對元素的研究過程。我們平時上課的教學情境大多是教師設定的，因此往往直接把問題拋給學生，這樣并不利于學生問題意識的形成。肖輝玲老師在“基于化學素養的高中化學知識教學研究”中認為化學素養應包括合理運用化學知識去解決生活中所遇到問題的能力，教師可以用熟例啟發學生，促使其形成發現問題的能力。比如：易錯的考題為什么易錯，老人因老花眼吃錯藥該怎么辦等。如果教師不進行有目的的啟發，學生通常不會把這些問題視為問題，也就很難形成主動發現問題的能力。因此，教師有必要贈學生一雙會發現問題的“慧眼”。

2.分析問題

史料呈現：門捷列夫對他所遇到的問題進行了分析，要想解決無機化學缺乏系統性的問題，就要對之前的化學知識進行分類和梳理，使這些零碎的知識系統化。要想對這些零碎的化學知識進行分類，就需要搜集每一個已知元素的性質資料和有關數據。教學啟示：分析問題是研究者全面深入認識問題的關鍵一步。對問題的分析的成果可以為研究者進一步規劃行動方案提供重要參考。門捷列夫正是分析出要解決《化學原理》編寫困難，首先要解決無機化學缺乏系統性的問題，要想解決無機化學缺乏系統性的問題，首先要對元素知識進行分類和梳理，要想解決這些一個個有待解決的問題，首先要弄明白解決這些問題的條件和可以利用的資源。所以他才弄明白了自己下一步該研究什么。因此，全面正確的分析問題是學生進行科學研究的重要一步。學生在遇到比較大型的習題時，不知怎么入手，正說明了學生的分析問題能力不夠強。因此教師需要抓住機會，訓練學生分析問題的能力。

3.尋找條件

史料呈現：門捷列夫經過多種途徑找來歷史上眾多科學家的研究資料，與此同時，門捷列夫也及時了解著與他同時代科學家關于元素的研究資料，從中他了解到其他人的研究成果只是從不同角度客觀敘述了元素間的某些聯系，但由于這些科學家沒有把所有元素作為整體來概括，因此沒有找到元素的正確分類原則。為了徹底解決此問題，門捷列夫走出實驗室，開始出外考察、收集和整理資料。1859年，又前往德國海德爾堡進行物理化學方面的科學深造，為探索元素間內在聯系打下了扎實的基礎。1862年，門捷列夫對巴庫油田進行了考察，重新測定了一些元素的原子量，對元素性質有了更深刻的理解。1867年，他借應邀參加在法國舉行的世界工業展覽俄羅斯陳列館工作的機會，參觀和考察了法國、德國、比利時的許多化工廠、實驗室。這些實踐都為他發現元素周期律奠定了雄厚的基礎。

教學啟示：尋找條件是解決問題不可或缺的環節。解決任何問題，必需的信息（內容）和推導（過程）是非常重要的兩個要素。條件就是解決問題所需要的信息、材料、活動等要素。門捷列夫要想對元素知識進行分類和梳理，需要的條件有：前人的知識經驗、現有的相關知識經驗、解決該問題的相關方法、自身的實踐研究成果。教學中，教師可以有目的地引導學生遇到難題時主動尋找解決問題的條件，如學習中遇到困難時，查資料，問老師等。 如果“主動尋找條件”能成為學生的一種習慣，那么學生的科學研究能力自然而然會得到明顯的提升，其學生主體的角色也會更加凸顯。

4.克服障礙

史料呈現：歷經數十年的努力，在1869年3月，門捷列夫在他題為《元素性質與原子量的規律性》的論文中首次提出了元素周期律，發表了第一張元素周期表。但是，當他正式向俄羅斯化學學會闡述自己發現元素周期律時，迎接他的不是掌聲，而是嘲諷和貶斥。好多同行認為他的元素周期律不過是玩紙牌得出的小把戲，甚至俄羅斯科學院院士、化學界權威齊寧也提醒他：“年輕人啊，該是在化學方面干點正事的時候了！”即便如此，35歲的門捷列夫在發表了第一張元素周期表以后，依然不顧眾人反對，繼續深入研究元素周期律，重新審定了許多元素的原子量。并在1871年12月發表了第二張元素周期表。與第一張元素周期表相比，第二張元素周期表更完備、更精確、更系統。在編排元素周期表時，他先后預言了15種以上未知元素的存在，并從理論上計算出這些元素的重要性質，并在元素周期表中為這些元素留下空位。結果，有3種元素在門捷列夫還在世的時候就被發現了。與門捷列夫同時代的英國分析化學家和工業化學家紐蘭茲雖然也發現了元素性質在排列上有周期性，但在得到大家的嘲笑和諷刺時，由于受到打擊，將研究興趣轉移到了其他領域。只有門捷列夫幾十年如一日研究元素周期律并最終得到科學界認可。

教學啟示：克服障礙是科學研究能否進行到底的關鍵一步，也是很多研究者最容易跌倒的一步。研究者要想克服漫漫研究路上的障礙，必須要有科學研究的濃厚興趣和堅強毅力。唯有如此，才可以視障礙如“平川”。正如毛主席說過的“五嶺逶迤騰細浪，烏蒙磅礴走泥丸”。因此，教師在教學過程中要善于把握青少年的心理特點，幫他們樹立科學的世界觀、人生觀、價值觀，再從細微之處入手，啟發學生發現自己的興趣所在，助學生勾繪自己的夢想。那樣學生才能積極戰勝生活和學習中的困難。

5.解決問題

史料呈現：第一張元素周期表遭到否認后，門捷列夫并沒有因此而放棄，而是繼續深入細致地研究和發表相關的論文。終于，在1871年，那個在兩年前勸他“干點正事”的人，這次來信表達了他對門捷列夫第二張元素周期表的支持，并承認了門捷列夫的基本理論和結論——相比之下，同時代的紐蘭茲由于自己本身缺乏這種執著而成為化學史上個人與社會的遺憾。元素周期律的發現大大促進了化學研究系統化，是無機化學的一次重大綜合，其表現出驚人的預見性，體現了自然規律驚人的周期性，也是哲學上的質量互變規律、否定之否定規律的真實寫照。

教學啟示：解決問題的過程也是收獲果實的過程。門捷列夫經過數十年的努力和堅持，終于收獲了他的果實——元素周期律。化學也因此得到了發展。解決問題的過程雖然是輝煌的，但是背后的汗水卻沉甸甸。教學中，教師應適時向學生介紹一些成功人士的奮斗歷程，激勵學生努力學習，實現夢想！

6.反思改進

史料呈現：第二張元素周期表得到認可之后，門捷列夫并沒有沉浸在成就中。而是不斷反思，繼續完善著他尚未解決的問題。不久，他的名著《化學原理》伴隨著元素周期律的發現而誕生。在19世紀后期和20世紀初，《化學原理》被國際化學界公認為標準著作，影響了一代又一代的化學家。因時代局限性，門捷列夫的元素周期律并非完美無缺。1894年惰性氣體的發現對周期律是一次考驗和補充。1913年，英國物理學家莫塞萊在研究各種元素的X射線的波長和原子序數的關系后，證實原子序數在數量上等于原子核所帶的正電荷，進而明確了作為周期律的基礎不是原子量而是原子序數（就是化學元素相應的核電荷數），他解決了周期表中個別原子量的倒置問題。19世紀末X射線、放射性、電子的發現促使年輕的莫塞萊揭開了元素周期律的本質，揚棄了門捷列夫那個時代原子不可分的觀念。隨著社會的發展和科技的進步，更多的新元素被發現，人們在元素周期律的指導下，根據應用和教學需要，開發出了各式各樣的元素周期表。

教學啟示：反思改進是從舊成果中發現新問題的過程，是連接上一個成果和下一個新問題的“思維橋梁”。反思和改進可以是研究者本人的活動，也可以是同時代其他人或后人的活動。門捷列夫通過反思改進過程編著了《化學原理》，莫塞萊通過對門捷列夫成果的批判繼承得出了元素周期的新理論，后人結合新方法，通過對門捷列夫和莫塞萊等人研究成果的不斷反思和改進，將元素周期表的成員發展到了118位。因此，反思改進是推動科學研究可持續向前發展的重要一步。教學中，教師應啟發學生成功時不可沉浸在成就中不能自拔，而要不斷反思，結合新事物，對舊成果進行批判和繼承，并不斷開拓創新。只有這樣，才能獲得可持續發展的科學研究能力。

“研究6步法”是通過閱讀分析大量化學史和教育類文獻，并在此基礎上對相關教學案例進行反思得出的適合學生學習、掌握和運用的科學研究的系統化方法。該方法對提高學生的科學研究規劃能力意義重大。其優點體現在：(1)系統性強∶該方法包括科學研究的整個過程，而不是零散的學習方法；(2)適用范圍廣：該方法不僅可以提高學生的科學研究能力，而且對提高教師的教育研究能力有借鑒意義；(3)“反思改進”和“發現問題”兩步首尾呼應，體現研究過程的螺旋上升態勢；(4)緊密聯系化學史和教學實況，切合實際，易學易行。最后，希望本文可以為廣大科學教育研究者提供教學和研究方面的參考，同時也期待著同行們對化學史中蘊含的教育價值進行大膽挖掘和開發。

[1]汪朝陽,肖信．化學史人文教程[M]．北京:科學出版社,2015: 123-133．

[2]肖輝玲．基于化學素養的高中化學知識教學研究[J]．中國校外教育,2015,9(12):32．

[3]劉知新．化學教學論（第四版）[M]．北京:高等教育出版社, 2013:265-266．

袁振東（1964～），男，河南師范大學化學化工學院，研究方向：化學教學論、化學史、教師教育。

谷其恩（1993～），男，河南師范大學化學化工學院，研究方向：學科教學化學。

(責任編輯盧鳳英）

‘Six-step Research Method’ and Its Teaching Revelation -- Taking Mendeleev Discovering Periodic Law of Elements As the Example

Yuan Zhendong, Gu Qien
（Chemistry and Chemical Institute, He’nan Normal University, He’nan, 453007）

Mendeleev spent about 20 years to discovery the periodic law of elements and that process includes many valuable scientific thought, scientific spirit and scientific method. This paper mainly introduces the six-step research method’ contained in this process.

six-step research method；Mendeleev；periodic law of elements

O

A

＊袁振東 谷其恩