“研究6步法”及其教学启示—以门捷列夫发现元素周期律为例

“研究6步法”及其教学启示—以门捷列夫发现元素周期律为例

（河南师范大学化学化工学院 河南 453007）

门捷列夫发现元素周期律用了约20年的时间，研究过程中包含了许多宝贵的科学思想、科学方法和科学精神，本文主要介绍该过程蕴含的“研究6步法”。

研究6步法；门捷列夫；元素周期律

“研究6步法”包括：发现问题；分析问题；寻找条件；克服障碍；解决问题；反思改进。“研究6步法”在好多研究活动中都有体现，是比较系统的、容易被学生理解和运用的研究方法。以下，我用史料呈现和教学启示两条线来具体介绍该方法。

1.发现问题

史料呈现：1857年，23岁的门捷列夫(D．I．Mendeleev, 1834-1907)担任圣·彼得堡大学的副教授以后，负责讲授“化学基础”课。为了有合适的教材，他决定编写一本《化学原理》。在为《化学原理》一书考虑写作计划时，门捷列夫深为无机化学的缺乏系统性所困扰。

教学启示：科学研究第一步就是要发现问题。门捷列夫正是在教学和编写《化学原理》一书的过程中发现了无机化学的缺乏系统性，并觉得这是一个“有待解决的问题”。才有了进一步对元素的研究过程。我们平时上课的教学情境大多是教师设定的，因此往往直接把问题抛给学生，这样并不利于学生问题意识的形成。肖辉玲老师在“基于化学素养的高中化学知识教学研究”中认为化学素养应包括合理运用化学知识去解决生活中所遇到问题的能力，教师可以用熟例启发学生，促使其形成发现问题的能力。比如：易错的考题为什么易错，老人因老花眼吃错药该怎么办等。如果教师不进行有目的的启发，学生通常不会把这些问题视为问题，也就很难形成主动发现问题的能力。因此，教师有必要赠学生一双会发现问题的“慧眼”。

2.分析问题

史料呈现：门捷列夫对他所遇到的问题进行了分析，要想解决无机化学缺乏系统性的问题，就要对之前的化学知识进行分类和梳理，使这些零碎的知识系统化。要想对这些零碎的化学知识进行分类，就需要搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据。教学启示：分析问题是研究者全面深入认识问题的关键一步。对问题的分析的成果可以为研究者进一步规划行动方案提供重要参考。门捷列夫正是分析出要解决《化学原理》编写困难，首先要解决无机化学缺乏系统性的问题，要想解决无机化学缺乏系统性的问题，首先要对元素知识进行分类和梳理，要想解决这些一个个有待解决的问题，首先要弄明白解决这些问题的条件和可以利用的资源。所以他才弄明白了自己下一步该研究什么。因此，全面正确的分析问题是学生进行科学研究的重要一步。学生在遇到比较大型的习题时，不知怎么入手，正说明了学生的分析问题能力不够强。因此教师需要抓住机会，训练学生分析问题的能力。

3.寻找条件

史料呈现：门捷列夫经过多种途径找来历史上众多科学家的研究资料，与此同时，门捷列夫也及时了解着与他同时代科学家关于元素的研究资料，从中他了解到其他人的研究成果只是从不同角度客观叙述了元素间的某些联系，但由于这些科学家没有把所有元素作为整体来概括，因此没有找到元素的正确分类原则。为了彻底解决此问题，门捷列夫走出实验室，开始出外考察、收集和整理资料。1859年，又前往德国海德尔堡进行物理化学方面的科学深造，为探索元素间内在联系打下了扎实的基础。1862年，门捷列夫对巴库油田进行了考察，重新测定了一些元素的原子量，对元素性质有了更深刻的理解。1867年，他借应邀参加在法国举行的世界工业展览俄罗斯陈列馆工作的机会，参观和考察了法国、德国、比利时的许多化工厂、实验室。这些实践都为他发现元素周期律奠定了雄厚的基础。

教学启示：寻找条件是解决问题不可或缺的环节。解决任何问题，必需的信息（内容）和推导（过程）是非常重要的两个要素。条件就是解决问题所需要的信息、材料、活动等要素。门捷列夫要想对元素知识进行分类和梳理，需要的条件有：前人的知识经验、现有的相关知识经验、解决该问题的相关方法、自身的实践研究成果。教学中，教师可以有目的地引导学生遇到难题时主动寻找解决问题的条件，如学习中遇到困难时，查资料，问老师等。 如果“主动寻找条件”能成为学生的一种习惯，那么学生的科学研究能力自然而然会得到明显的提升，其学生主体的角色也会更加凸显。

4.克服障碍

史料呈现：历经数十年的努力，在1869年3月，门捷列夫在他题为《元素性质与原子量的规律性》的论文中首次提出了元素周期律，发表了第一张元素周期表。但是，当他正式向俄罗斯化学学会阐述自己发现元素周期律时，迎接他的不是掌声，而是嘲讽和贬斥。好多同行认为他的元素周期律不过是玩纸牌得出的小把戏，甚至俄罗斯科学院院士、化学界权威齐宁也提醒他：“年轻人啊，该是在化学方面干点正事的时候了！”即便如此，35岁的门捷列夫在发表了第一张元素周期表以后，依然不顾众人反对，继续深入研究元素周期律，重新审定了许多元素的原子量。并在1871年12月发表了第二张元素周期表。与第一张元素周期表相比，第二张元素周期表更完备、更精确、更系统。在编排元素周期表时，他先后预言了15种以上未知元素的存在，并从理论上计算出这些元素的重要性质，并在元素周期表中为这些元素留下空位。结果，有3种元素在门捷列夫还在世的时候就被发现了。与门捷列夫同时代的英国分析化学家和工业化学家纽兰兹虽然也发现了元素性质在排列上有周期性，但在得到大家的嘲笑和讽刺时，由于受到打击，将研究兴趣转移到了其他领域。只有门捷列夫几十年如一日研究元素周期律并最终得到科学界认可。

教学启示：克服障碍是科学研究能否进行到底的关键一步，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碍，必须要有科学研究的浓厚兴趣和坚强毅力。唯有如此，才可以视障碍如“平川”。正如毛主席说过的“五岭逶迤腾细浪，乌蒙磅礴走泥丸”。因此，教师在教学过程中要善于把握青少年的心理特点，帮他们树立科学的世界观、人生观、价值观，再从细微之处入手，启发学生发现自己的兴趣所在，助学生勾绘自己的梦想。那样学生才能积极战胜生活和学习中的困难。

5.解决问题

史料呈现：第一张元素周期表遭到否认后，门捷列夫并没有因此而放弃，而是继续深入细致地研究和发表相关的论文。终于，在1871年，那个在两年前劝他“干点正事”的人，这次来信表达了他对门捷列夫第二张元素周期表的支持，并承认了门捷列夫的基本理论和结论——相比之下，同时代的纽兰兹由于自己本身缺乏这种执着而成为化学史上个人与社会的遗憾。元素周期律的发现大大促进了化学研究系统化，是无机化学的一次重大综合，其表现出惊人的预见性，体现了自然规律惊人的周期性，也是哲学上的质量互变规律、否定之否定规律的真实写照。

教学启示：解决问题的过程也是收获果实的过程。门捷列夫经过数十年的努力和坚持，终于收获了他的果实——元素周期律。化学也因此得到了发展。解决问题的过程虽然是辉煌的，但是背后的汗水却沉甸甸。教学中，教师应适时向学生介绍一些成功人士的奋斗历程，激励学生努力学习，实现梦想！

6.反思改进

史料呈现：第二张元素周期表得到认可之后，门捷列夫并没有沉浸在成就中。而是不断反思，继续完善着他尚未解决的问题。不久，他的名著《化学原理》伴随着元素周期律的发现而诞生。在19世纪后期和20世纪初，《化学原理》被国际化学界公认为标准著作，影响了一代又一代的化学家。因时代局限性，门捷列夫的元素周期律并非完美无缺。1894年惰性气体的发现对周期律是一次考验和补充。1913年，英国物理学家莫塞莱在研究各种元素的X射线的波长和原子序数的关系后，证实原子序数在数量上等于原子核所带的正电荷，进而明确了作为周期律的基础不是原子量而是原子序数（就是化学元素相应的核电荷数），他解决了周期表中个别原子量的倒置问题。19世纪末X射线、放射性、电子的发现促使年轻的莫塞莱揭开了元素周期律的本质，扬弃了门捷列夫那个时代原子不可分的观念。随着社会的发展和科技的进步，更多的新元素被发现，人们在元素周期律的指导下，根据应用和教学需要，开发出了各式各样的元素周期表。

教学启示：反思改进是从旧成果中发现新问题的过程，是连接上一个成果和下一个新问题的“思维桥梁”。反思和改进可以是研究者本人的活动，也可以是同时代其他人或后人的活动。门捷列夫通过反思改进过程编著了《化学原理》，莫塞莱通过对门捷列夫成果的批判继承得出了元素周期的新理论，后人结合新方法，通过对门捷列夫和莫塞莱等人研究成果的不断反思和改进，将元素周期表的成员发展到了118位。因此，反思改进是推动科学研究可持续向前发展的重要一步。教学中，教师应启发学生成功时不可沉浸在成就中不能自拔，而要不断反思，结合新事物，对旧成果进行批判和继承，并不断开拓创新。只有这样，才能获得可持续发展的科学研究能力。

“研究6步法”是通过阅读分析大量化学史和教育类文献，并在此基础上对相关教学案例进行反思得出的适合学生学习、掌握和运用的科学研究的系统化方法。该方法对提高学生的科学研究规划能力意义重大。其优点体现在：(1)系统性强∶该方法包括科学研究的整个过程，而不是零散的学习方法；(2)适用范围广：该方法不仅可以提高学生的科学研究能力，而且对提高教师的教育研究能力有借鉴意义；(3)“反思改进”和“发现问题”两步首尾呼应，体现研究过程的螺旋上升态势；(4)紧密联系化学史和教学实况，切合实际，易学易行。最后，希望本文可以为广大科学教育研究者提供教学和研究方面的参考，同时也期待着同行们对化学史中蕴含的教育价值进行大胆挖掘和开发。

[1]汪朝阳,肖信．化学史人文教程[M]．北京:科学出版社,2015: 123-133．

[2]肖辉玲．基于化学素养的高中化学知识教学研究[J]．中国校外教育,2015,9(12):32．

[3]刘知新．化学教学论（第四版）[M]．北京:高等教育出版社, 2013:265-266．

袁振东（1964～），男，河南师范大学化学化工学院，研究方向：化学教学论、化学史、教师教育。

谷其恩（1993～），男，河南师范大学化学化工学院，研究方向：学科教学化学。

(责任编辑卢凤英）

‘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.

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＊袁振东 谷其恩