鲜 亮，杨 梅，蔡 荣，张 维，郭 佩

(1. 西北民族大学 化工学院，甘肃 兰州 730030；2. 甘肃省高校环境友好复合材料及生物质利用省级重点实验室，甘肃 兰州 730124)

无机化学是化学学科中的一个重要组成部分，也是理工科本科学生在学习基础课阶段必须要完成的一门课程.在西北民族大学，无机化学是化工学院、生命科学与工程学院、医学院以及土木工程学院等理工科学生的必修基础课程之一.无机化学教学在这些专业中的开展，能够促使上述专业学生在学习专业课程之前完成必要的基础化学知识储备.而更为重要的是，通过无机化学知识的学习，能够让学生逐步建立，加深和强化缜密的、科学的和客观的逻辑思维方式.而科学的逻辑思维方式的建立和强化比基础知识的储备更为重要.

无机化学授课内容主要包括基本化学概念的内涵与外延，概念之间的基本事实关联，以及建立在关联基础之上的以定性语言描述和定量数学计算为形式的逻辑思维与判断.对于大学化学教学工作的内容而言，除了知识的传授，也应包括教学效果的实时评估和教学进度和教学方式的不断微调，从而达到教学大纲所规定的教学目的要求.而这些内容的基本核心问题就是化学符号.

就化学这门自然学科而言，我们可以理解为无机化学是对于存在于原子和分子层面上的物质的性质以及物质之间相互转化的一种定性描述和定量表达的科学语言.而这种语言的载体就是化学符号，化学公式则是对于这些符号所代表的概念之间事实关联的一种描述.在化学事实的客观描述过程中，化学符号对化学事实的替代本身就是一个具象到抽象的转换过程，也是化学科学逐步接近化学事实真相的一个必然途径.化学符号的产生、丰富与发展既体现了化学学科的逐步建立与完善，同时也是庞大的化学学科知识体系的载体.所以，提高无机化学课程的授课质量，关键在于强调化学符号以及化学符号所组成的公式的理解、记忆和运用.

就现在所使用的大学本科无机化学基础教材而言，目前的符号大致上可以分为元素符号、化学热力学和化学动力学符号两大类.就目前所查阅的文献来看，有关元素符号的创建、发展历史以及意义等在以前的文献中多有论述，而对于无机化学热力学和动力学符号的论述文献较少且多侧重于“三重表征”的教学理论[1-7].因此，本文针针对无机化学教学中的化学热力学和化学动力学符号的作用和意义展开论述.

1 《无机化学》教材中常见的化学热力学和化学动力学符号及其特点

现行大学无机化学教材中普遍采用的是大连理工大学编纂的《无机化学》第五版[8].这些化学符号的书写方法在其他的无机化学教材和文献中基本类似.表1、2、3对该书中常见的较为重要的化学符号进行了总结.表1为《无机化学》教材中常见物理量符号，表2为常见上标、下标、前缀和后缀符号，表3为其他一些化学符号.

表1 《无机化学》教材中常见的物理量符号

表2 《无机化学》教材中常见的上下标、前后缀符号

表3 《无机化学》教材中出现的其他符号

上述符号具有以下特点：

1) 这些符号并非无机化学学科所独自采用，其同样也适用于物理学和数学等其他学科.在这些符号中，有些符号如焓H，熵S等是规范的写法，而有些符号的写法并不统一.例如，化学反应速率符号在《无机化学》教材中用“r”表示，而在其他一些文献中希腊字母“ν”也可以用以表示反应速率.另外，需要注意的是，有些符号本身并非表达一个单独的意义，也可以表示其他的物理量，如希腊字母“ν”，可以表达为化学反应速率，也可以是化学反应方程式的计量系数.

2) 这些化学符号的写法一些源自于书写习惯，一些源自于国际统用与应用化学联合会的规定.另外，也有一些符号的书写是为了纪念化学公式的创建者或化学现象的第一位发现者.比如，Gibbs公式G=H-TS中的吉布斯自由能以“G”表示，这是为了纪念美国化学家Josiah Willard Gibbs在经典热力学理论体系中所做出的杰出贡献.

3) 这些符号很多情况下必须结合在一起使用才能正确和精确地表达某个概念.比如，ΔrHm⊖表示一个化学反应的标准摩尔焓(变).在这个热力学符号中，下标字母“r”表示化学反应“reaction”.字母“H”表示焓“enthalpy”，源自于热容“Heat Capacity”.下标字母“m”表示摩尔(mole).上标符号“⊖”表示标准状态.前缀“Δ”则表示变量.这些符号组合在一起，表达的是一个化学反应的标准摩尔焓(变)，如果将下标“r”替换为“c”，则表示为标准摩尔燃烧焓(变)；替换成“f”，则表示为标准摩尔生成焓(变).不同的符号组合成为符号的集合意味着所表达的化学概念具有不同的定义和限定性使用条件.在使用这些符号的集合时，应当注意正确的书写方式，如描述一个系统的标准摩尔生成焓(变)，规定的书写方式为ΔrHm⊖(物质，相态，T).这些符号均代表着该概念在严格定义和使用过程中的所有不可缺失的条件，任何的缺漏和误写都将导致概念或者定义的不严谨和理论推导和计算的不成立.

2 化学符号在无机化学教学中的作用和意义

2.1 化学符号是抽象思维的体现

化学符号在无机化学教学中的重要性首先体现在符号是人类理性的科学思考的一种无可替代的思维方式.人类对于自然科学的认知往往是从具体到抽象，从形象化到符号化.思维是人脑对客观事物的本质属性或规律性的一种抽象的反映.符号化的思维方式有助于人类对于自然的高度理解和对于自然规律的掌握.对于化学学科知识的学习和掌握实质上是对定性和定量表达化学事实的化学符号及其符号之间的逻辑和数学关联的学习和掌握.所以，强调符号的来源、书写、概念的内涵与外延、概念的物理和化学意义，概念之间的定性和定量的联系是无机化学授课活动中最为重要的内容.比如，电化学电池章节部分的讲解是从Daniell电池开始的.Daniell电池是利用Cu2+/Cu和Zn2+/Zn两个电对的还原电极电势差将化学能转变为电能的装置(图1).该章节的授课是从原始的实验室实际装置(图1(1))介绍到包括结构细节的具象的结构图(图1(2))的讲解，最终是抽象化的符号表达方式(图1(3)).这种电池表示方式的变化代表着对于Daniell电池认知程度的不断加深和对于真相的无限接近.所以，在该章节的教学活动中，教师应当强调的是，电化学电池符号本身既描述了实验装置的盐桥、相界面、外电路等结构特征.同时，也是对于电化学反应本质的一种认知，即Daniell电池的结构本身促使氧化和还原两个半反应分别发生在两个物理空间，而盐桥和外电路构成闭合的回路.这种对化学反应器的特殊安排“迫使”电子从负极通过导线流向正极从而产生电流.

图1 Daniell电池的表示方式

在教学活动中强调这种符号化的思维方式，目的在于使学生的思维能够从具象到抽象，再从抽象到具象，从而能够在大脑中构建起化学事实和符号之间的关联，从而增强学习效果.这种从具体实践到形象描述、再到抽象的表述，和“三重表征”所强调的宏观表征、微观表征以及符号表征的思维方式并不完全相同[2，3].我们认为这种“具体—形象—抽象”的对化学对象的描述是逻辑的递进关系，这种逻辑关系的确立更有利于学生掌握相关知识.

2.2 化学符号是逻辑思维的工具

在无机化学的实践教学活动中，化学符号的重要性同样体现在：通过这种符号化的逻辑思维的训练，可以提高学生的逻辑思维能力.从教学活动的目的出发，我们认为这种逻辑思维能力的培养比知识的授受更为重要.一个合格的理工科学生应脱离具象的、简单的、直观的思维方式而建立起抽象的、复杂的、非线性的逻辑思维方式.而符号的学习和掌握就是完成好建立科学逻辑思维方式的关键.学生只有完全熟悉并且能够熟练掌握符号化的逻辑思维，才能够为胜任今后的工作打下坚实的基础.

就目前的教学实际情况而言，很多学生之所以逻辑思维方式的建立有困难，最主要的原因就是忽略了逻辑思维的符号化.一些学生并没有有意识地培养自我的符号化思维能力，忽略了这些“简单”的化学符号和书写方式本身代表着其所隐含的化学逻辑关联和量化关系.比如ΔrHm⊖、ΔfHm⊖、ΔcHm⊖这三个化学符号相当于化学语言当中的“单词”.这些“单词”所表达的概念内涵有着严谨的、甚至有些“冗长”的定义.在无机化学知识的授受过程中，思维是以符号的方式而非直观事实本身来完成的.所以，在培养逻辑思维的教学实践过程中，必须强调符号化思维方式的重要性，运用好符号这个“工具”以达到良好的教学效果.

2.3 化学符号是提高教学效果的关键

在实际的教学活动中，当学生接触到一个新的概念、认知一个新的符号的时候，必须要彻底厘清概念的内涵、熟知其外延，并熟练掌握其符号表达.无机化学课程内容结构具有非常强的关联性和逻辑框架，尤其在基础理论部分.所以，概念和符号的学习过程中任何一个模糊之处，都将导致后续知识的学习和掌握上的“盲点”的不断积累和增多，从而无法完成相应的学习任务.所以，在接触新概念、掌握新规律、运用新公式构建无机化学知识体系的过程中，对符号的精确理解是提高教学效果的捷径.

另外，学生的无机化学知识的学习效果和对化学符号的熟悉程度之间有着显著的正相关性.对于以汉语为母语的学生而言，无论是思维方式还是语言表达都是运用汉语载体，而往往对以英文为主体的无机化学书写表达方式并不熟悉.在教学实践过程中，学生普遍面临的一个窘迫问题是要将精力用在这两种语言符号系统之间的切换上.这种语言符号系统之间的不间断切换不但占用了正常思维的时间，同时也增加了学习的难度.更需要注意的是，这种符号系统之间的不断切换将严重影响学生的学习兴趣，从而对教学效果产生负面作用.所以，在教学活动中，必须特别强调符号的记忆和熟练.这种特定目的的训练非常有助于学生快速跨过语言符号转换的障碍，能够有效提高教学效果.

3 总结

无机化学是最为重要的理工科专业基础课程.在教学实践活动中，应当强调化学表达符号的重要性.化学符号是化学逻辑思维的一种体现，是思维的符号化过程，掌握这种“符号化”、“抽象化”的思维形式对于提高学生的自然科学思维能力大有裨益.无机化学的学习实质上就是掌握以化学符号、公式等为形式的“化学语言”.“化学语言”的学习和熟练掌握是学习、交流化学信息必不可少的一个重要环节.通过强调化学符号在教学实践活动中的应用，能够有效地促进教学质量的提升.