化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵解析

摘要：

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是一個人在化學(xué)問題解決時表現(xiàn)出來的“本事”，其“靈魂”是“能做什么”。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵為：會用化學(xué)眼光觀察客觀世界，會用化學(xué)思維方式思考客觀世界，會用化學(xué)思維方法認(rèn)知客觀世界，會用化學(xué)語言表達客觀世界，會用化學(xué)規(guī)律改造客觀世界。關(guān)鍵詞：

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；化學(xué)眼光；化學(xué)思維；化學(xué)語言；化學(xué)規(guī)律《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）指出，學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)［1］?！罢n程標(biāo)準(zhǔn)”中提出的“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”體現(xiàn)了“實踐―認(rèn)識―再實踐”的馬克思主義認(rèn)識論一般過程［2］，即通過科學(xué)探究培養(yǎng)化學(xué)思維方式方法、社會責(zé)任及行為規(guī)范。但是，如果單純從概念出發(fā)，“素養(yǎng)”是指一個人在真實的情境中，運用所具有的知識和所具備的能力及品質(zhì)，解決真實問題的一種本領(lǐng)［3］?；诳茖W(xué)認(rèn)識理論，科學(xué)認(rèn)識既是人類的認(rèn)識活動，又是人類的社會活動［4］。因此，素養(yǎng)是一個人在認(rèn)識活動和社會活動中的綜合表現(xiàn)。從認(rèn)識活動視角看，其目的是認(rèn)識事物的本質(zhì)和規(guī)律，故一個人具有“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”的表現(xiàn)是能基于“化學(xué)”觀察（看）、思考（想）、認(rèn)知（做）、表達（說）客觀世界；從社會活動視角看，其目的是運用世界的規(guī)律性去能動地改造客觀世界，并造福人類，故一個人具有“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”的表現(xiàn)是能在正確的目標(biāo)方向和價值觀念的規(guī)范下運用“化學(xué)”改造（用）客觀世界。因此，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是一個人在化學(xué)問題解決時表現(xiàn)出來的“本事”，其“靈魂”是“能做什么”。為了突出“能做什么”，在表述方面借鑒了《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中對“核心素養(yǎng)”的表述形式：“會用……觀察/思考/表達現(xiàn)實世界”［5］。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)構(gòu)成要素關(guān)系如圖1所示。1

會用化學(xué)眼光觀察客觀世界化學(xué)眼光是指化學(xué)認(rèn)識和探索客觀世界的層次水平以及觀察方式。1.1

化學(xué)在什么層次水平上認(rèn)識和探索客觀世界基于尺度視角看，世界劃分為不同的水平。在復(fù)雜性科學(xué)和物質(zhì)多樣性的研究中，尺度效應(yīng)至關(guān)重要［6］。美國學(xué)者拜里和奧利斯在《生物化學(xué)工程》中給出了宇宙和生物直觀尺譜圖，原子世界、分子世界、生物世界、宇觀世界的尺度分別為：小于10-10米、10-10～10-7米、10-7～102米和大于102米?？梢姡肿邮澜缬兄鞔_的尺度范圍。基于本質(zhì)視角看，世界劃分為宏觀層次（宇觀世界、生物世界）和微觀層次（分子世界、原子世界）。尺度不同會引起主要相互作用力的不同，導(dǎo)致物質(zhì)性能及其運動規(guī)律和原理產(chǎn)生質(zhì)的區(qū)別［7］。宏觀層次研究的理論基礎(chǔ)是牛頓力學(xué)，宏觀物體運動的基本特征是連續(xù)性和確定性；微觀層次研究的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，微觀粒子運動的基本特征是不連續(xù)性和不確定性［8］?；诨瘜W(xué)性質(zhì)視角看，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。分子是一種可以在通常條件下獨立存在、具有一定化學(xué)特性的物質(zhì)微粒［9］。例如，濃H2SO4具有脫水性，這是其作為“整體”存在才能體現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)。單獨看H+或SO2－4，濃度再大，也不具有脫水性；單獨看H、S、O原子，也不具有脫水性。綜合尺度和本質(zhì)視角分析，原子世界和分子世界研究的理論基礎(chǔ)相同，粒子的運動特性相同，同屬于微觀層次。但是，從化學(xué)性質(zhì)視角分析，原子和分子有“質(zhì)”的差異，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。因此，化學(xué)眼光是指微觀層次的分子水平。1.2

用什么樣的觀察方式認(rèn)識和探索客觀世界觀察方式回答“從哪觀察”“觀察什么”兩個問題，即觀察視角和觀察內(nèi)容?；瘜W(xué)是在分子水平上研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科。“應(yīng)用”是觀察世界的目的，包括概括關(guān)聯(lián)、解釋說明、推斷預(yù)測、分析評價等。為實現(xiàn)觀察目的，化學(xué)從分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化三個視角觀察客觀世界。分子結(jié)構(gòu)視角的觀察內(nèi)容包括分子的組成和相互作用，分子組成包括組成單元（如原子、原子團）及其比例關(guān)系，相互作用包括組成單元的空間相對位置及作用方式。分子性質(zhì)視角的觀察內(nèi)容包括物質(zhì)類別、元素價態(tài)、物質(zhì)特性等。分子轉(zhuǎn)化視角的觀察內(nèi)容包括單一化學(xué)反應(yīng)（位點、類型）和化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)（限度、速率）。化學(xué)眼光觀察客觀世界示意圖如圖2所示。例如，人的主食是大米和白面，馬等食草動物的主食是草。大米、白面與草都能作為食物，用化學(xué)眼光分析，二者有什么異同呢？從結(jié)構(gòu)視角看，大米、白面的主要化學(xué)成分是淀粉，草的主要化學(xué)成分是纖維素；分子式都是（C6H10O5）n，但淀粉和纖維素的結(jié)構(gòu)單元數(shù)不同，故二者不能互稱為同分異構(gòu)體。從性質(zhì)視角看，淀粉和纖維度都屬于多糖類物質(zhì)，均能發(fā)生水解反應(yīng)。從轉(zhuǎn)化視角看，淀粉和纖維素水解的最終產(chǎn)物均為葡萄糖，只是食草動物體內(nèi)有纖維素水解酶，而人體內(nèi)沒有類似的酶，故無法消化纖維素。所以，用化學(xué)眼光觀察世界是指能基于分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化三個視角解決化學(xué)問題。2

會用化學(xué)思維方式思考客觀世界化學(xué)思維方式是指化學(xué)理解、解釋客觀世界的思考方式。從人類理性認(rèn)識活動看，思維方式是被人們普遍接受的對信息的反映、加工和改造的思維轉(zhuǎn)換方式［10］?；瘜W(xué)思維方式主要包括：以“結(jié)構(gòu)化學(xué)”為基礎(chǔ)的“宏觀與微觀相結(jié)合”，以“物理化學(xué)”為基礎(chǔ)的“變化與平衡相結(jié)合”。2.1

會用宏觀與微觀相結(jié)合（簡稱“宏微結(jié)合”）的思維方式思考客觀世界2.1.1

為什么是宏觀與微觀相結(jié)合宏微結(jié)合是現(xiàn)象與本質(zhì)、感性與理性的結(jié)合?；诳茖W(xué)認(rèn)識論視角看，科學(xué)認(rèn)識世界要達到本質(zhì)、揭示必然性。結(jié)合化學(xué)學(xué)科特征，化學(xué)是在微觀層次的分子水平上研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及轉(zhuǎn)化的靜態(tài)本質(zhì)和動態(tài)規(guī)律。但物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及轉(zhuǎn)化等將以宏觀特征、規(guī)律等現(xiàn)象表現(xiàn)出來。例如，在Fe2+溶液中滴入稀硝酸，請觀察實驗現(xiàn)象，并說明理由。從宏觀視角看，該實驗現(xiàn)象是溶液顏色由淺綠色變?yōu)辄S色。從微觀視角看，稀硝酸的強氧化性使Fe2+失去一個電子變?yōu)镕e3+?？梢姡暧^是現(xiàn)象，微觀是本質(zhì)。宏微結(jié)合方式思考世界才能知其然，并知其所以然。2.1.2

如何應(yīng)用宏觀與微觀相結(jié)合方式思考客觀世界宏微結(jié)合是以“結(jié)構(gòu)化學(xué)”理論為基礎(chǔ)思考物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的思維方式。宏微結(jié)合思考客觀世界秉持“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”觀念。在宏觀上，物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的特征、規(guī)律等具有“可識別性”，可以通過辨識、分類、歸納等進行特征識別、類別劃分、規(guī)律概括。在微觀上，物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象、特征、規(guī)律具有“可理解性”，可以通過微粒種類、微粒結(jié)構(gòu)及相互作用等解釋、預(yù)測、分析其現(xiàn)象、特征和規(guī)律的本質(zhì)。宏微結(jié)合思維方式示意圖如圖3所示。例如，HCl、H2SO4、HNO3均能與NaOH反應(yīng)。從宏觀視角可歸納出宏觀規(guī)律：三個化學(xué)反應(yīng)均是酸和堿反應(yīng)生成鹽和水；從微觀視角看，三個反應(yīng)均可用離子方程式H++OH－H2O表示。宏觀方面，從物質(zhì)類別視角歸納三個化學(xué)反應(yīng)的特征規(guī)律；微觀方面，從參加反應(yīng)的微粒種類揭示其本質(zhì)。2.2

會用變化與平衡相結(jié)合的思維方式思考客觀世界2.2.1

為什么是變化與平衡相結(jié)合變化與平衡相結(jié)合體現(xiàn)“變”與“不變”的辯證思維?；瘜W(xué)通過變化創(chuàng)造物質(zhì)，故化學(xué)變化是化學(xué)的研究對象之一。從科學(xué)認(rèn)識論視角看，科學(xué)認(rèn)識要把握規(guī)律性。規(guī)律具有“穩(wěn)定”“可重復(fù)”等特征。研究化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定狀態(tài)，即平衡態(tài)，才能把握化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。2.2.2

如何用變化與平衡相結(jié)合方式思考客觀世界變化與平衡相結(jié)合是以“物理化學(xué)”為基礎(chǔ)，從條件、原理、特征三方面認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)，定性與定量相結(jié)合揭示化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)和規(guī)律?；瘜W(xué)反應(yīng)條件解決化學(xué)反應(yīng)的驅(qū)動和引發(fā)問題，分為觀念條件和操作條件。從定性視角看，觀念條件是指從原理層面驅(qū)動、引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)內(nèi)部因素，即內(nèi)因，包括自由能、活化能等；操作條件是指從實踐層面驅(qū)動、引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的外部環(huán)境因素，即外因，包括與反應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)的溫度、壓強等。從定量視角看，在觀念條件方面，通過吉布斯自由能變（△G）驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)，通過降低活化能（Ea）引發(fā)化學(xué)反應(yīng)；在操作條件方面，通過改變溫度、壓強等一個或多個外因而作用于內(nèi)因來驅(qū)動、引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)原理解決化學(xué)反應(yīng)的“可能性”和“現(xiàn)實性”問題，均指向化學(xué)反應(yīng)的“平衡態(tài)”。從定性視角看，“可能性”問題以化學(xué)熱力學(xué)為基礎(chǔ)，不考慮時間因素，研究化學(xué)反應(yīng)的驅(qū)動和反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化程度；“現(xiàn)實性”問題以化學(xué)動力學(xué)為基礎(chǔ)，考慮時間因素，研究化學(xué)反應(yīng)的引發(fā)和快慢程度。從定量視角看，當(dāng)反應(yīng)達到限度、正逆反應(yīng)速率相等時，處于平衡狀態(tài)。另外，化學(xué)反應(yīng)的限度和速率可以通過改變條件來調(diào)控。化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)特征是有新物質(zhì)生成，并伴有能量轉(zhuǎn)化［11］。因此物質(zhì)和能量是認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的兩個視角。從定性視角看，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，分子中的原子進行重新組合，原子的種類和數(shù)量不變；但原子間的作用方式發(fā)生變化，伴隨著舊鍵斷裂、新鍵生成，圍繞化學(xué)能發(fā)生能量轉(zhuǎn)化。從定量視角看，物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化分別遵守質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律。變化與平衡相結(jié)合思維方式示意圖，如圖4所示。例如，酸堿指示劑是弱酸或弱堿溶液，存在著電離平衡。當(dāng)環(huán)境的酸堿度發(fā)生變化時，溶液中原來保持的化學(xué)平衡發(fā)生移動，溶液的顏色發(fā)生變化，反應(yīng)體系進入新的平衡狀態(tài)，同時，伴有能量轉(zhuǎn)化。3

會用化學(xué)思維方法認(rèn)知客觀世界化學(xué)思維方法是化學(xué)理解、解釋客觀世界的分析加工方法。一般情況下，化學(xué)思維方法以科學(xué)思維的邏輯方法為基礎(chǔ)，“在感性認(rèn)識基礎(chǔ)上，運用概念、判斷、推理等形式對客觀世界間接的、概括的反映過程”［12］，認(rèn)知客觀世界的本質(zhì)和規(guī)律。證據(jù)推理是常用的化學(xué)思維方法。3.1

為什么是證據(jù)推理從邏輯學(xué)視角看，證據(jù)推理體現(xiàn)“證據(jù)—推理—結(jié)論”間的邏輯關(guān)系。證據(jù)推理的基本類型包括歸納推理、演繹推理、類比推理、溯因推理［13］?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)不僅要知道“是什么”，還要知道“為什么”?；瘜W(xué)是由化學(xué)事實、化學(xué)概念、化學(xué)理論等構(gòu)成的結(jié)構(gòu)化知識體系。化學(xué)學(xué)習(xí)過程就是建構(gòu)化學(xué)知識體系的過程，即通過歸納、演繹、類比、溯因等方法，基于證據(jù)進行關(guān)聯(lián)并得出結(jié)論的過程，因此證據(jù)推理是重要的化學(xué)思維方法。3.2

如何用證據(jù)推理認(rèn)知客觀世界證據(jù)推理體現(xiàn)思維加工過程，是基于證據(jù)運用比較、分析、綜合、歸納、概括等科學(xué)方法對事實材料進行加工的過程。證據(jù)推理必須以真實問題解決為背景，基于給定的化學(xué)事實（條件），通過證據(jù)推理達成目標(biāo)（結(jié)果）。采用哪種推理類型，取決于目標(biāo)類型。目標(biāo)類型主要包括判斷事實、形成結(jié)論、探查原因等。根據(jù)證據(jù)來源不同，證據(jù)推理有兩條基本路徑，如圖5所示。路徑一：證據(jù)來源于化學(xué)事實（條件），運用分析、比較、歸納、概括等方法得出一般結(jié)論，再檢驗結(jié)論與目標(biāo)（結(jié)果）的一致性。例如，給出三個化學(xué)反應(yīng)：CuO+H2Cu+H2O，3Fe+8HNO3（?。?Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O，MnO2+4HCl（濃）MnCl2+Cl2↑+2H2O，請從元素價態(tài)視角歸納氧化還原反應(yīng)的特征。這道題的目標(biāo)是形成一般結(jié)論，應(yīng)該采用歸納推理，通過三個化學(xué)反應(yīng)抽提出證據(jù)。從元素價態(tài)視角看，三個反應(yīng)中均同時有化合價升降，因此可以得出結(jié)論：氧化還原反應(yīng)的特征是在一個化學(xué)反應(yīng)中同時有元素化合價的升高和降低。這與所要達成的目標(biāo)相一致。路徑二：證據(jù)來源于與給定化學(xué)事實（條件）相關(guān)聯(lián)的已知化學(xué)事實、化學(xué)概念、化學(xué)理論等，運用關(guān)聯(lián)、分析、比較、演繹等方法得出結(jié)論，再檢驗結(jié)論與目標(biāo)（結(jié)果）的一致性。例如，NaHSO4與NaOH的反應(yīng)是中和反應(yīng)嗎？這道題的目標(biāo)是事實判斷，應(yīng)該采用演繹推理，關(guān)聯(lián)中和反應(yīng)相關(guān)理論作為證據(jù)。從微觀視角看，中和反應(yīng)的本質(zhì)是H++OH－H2O，故NaHSO4與NaOH反應(yīng)屬于中和反應(yīng)；從宏觀視角看，中和反應(yīng)是酸與堿反應(yīng)生成鹽和水的反應(yīng)，而NaHSO4是鹽，不是酸，故不屬于中和反應(yīng)。因此得出結(jié)論：NaHSO4與NaOH的反應(yīng)不是中和反應(yīng)。這與所要達成的目標(biāo)相一致。通過判斷NaHSO4與NaOH的反應(yīng)是否是中和反應(yīng)可以看出，為了保證所得結(jié)論的可靠性，要多途徑、多角度收集證據(jù)，如宏觀與微觀相結(jié)合搜集證據(jù)、定性與定量相結(jié)合搜集證據(jù)。證據(jù)推理是化學(xué)學(xué)科認(rèn)知客觀世界的重要思維方法，且具有普遍性。但是這并不意味著化學(xué)只有這一種思維方法。從化學(xué)學(xué)科實際看，化學(xué)思維方法還包括模型化方法和理想化方法等。4

會用化學(xué)語言表達客觀世界化學(xué)語言是化學(xué)描述、刻畫、表征客觀世界的表達方式。4.1

化學(xué)用什么方式描述、刻畫和表征客觀世界描述是從知識層面揭示客觀世界的本來面目，刻畫是從認(rèn)識層面理解客觀世界，表征是從符號層面表達客觀世界，因此化學(xué)語言是從知識、認(rèn)識和符號三個層面揭示、理解、表達客觀世界，并以化學(xué)模型的形式呈現(xiàn)出來?；瘜W(xué)科學(xué)模型是從知識層面描述物質(zhì)及其變化的特征、本質(zhì)和規(guī)律。按照再現(xiàn)原型的形式劃分，化學(xué)科學(xué)模型分為化學(xué)實物模型和化學(xué)思想模型［14］?；瘜W(xué)實物模型是以物質(zhì)形式再現(xiàn)原型，如CH4的球棍模型；化學(xué)思想模型是以思想形式再現(xiàn)原型，如電子云模型?；瘜W(xué)認(rèn)識模型是從認(rèn)識層面刻畫物質(zhì)及其變化的特征、本質(zhì)和規(guī)律的一般認(rèn)識框架?；瘜W(xué)認(rèn)識模型包括化學(xué)概念、化學(xué)原理、化學(xué)規(guī)律、化學(xué)結(jié)論等。例如，原電池認(rèn)識模型，刻畫了原電池的組成及其變化特征的一般認(rèn)識框架。化學(xué)符號模型是以化學(xué)符號形式表達物質(zhì)及其變化的特征、本質(zhì)和規(guī)律。例如，分子式、結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡式、化學(xué)方程式等?；瘜W(xué)語言結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。4.2

如何用化學(xué)語言表達世界運用化學(xué)科學(xué)模型描述客觀世界，要知道“模擬什么”“怎樣模擬”。例如，CH4的球棍模型，要模擬C原子和H原子的空間相對位置及相互作用，是用鍵角、鍵長來描述的。再如，電子云模型，要模擬原子核外電子的運動狀態(tài)，是用電子在原子核外空間的概率密度分布來描述的。運用化學(xué)認(rèn)識模型刻畫客觀世界，要能夠促進對客觀世界的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系的理解。例如，原電池認(rèn)識模型，原電池的本質(zhì)特征是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，化學(xué)能通過氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生，電能通過電子、離子的定向遷移體現(xiàn)。認(rèn)識到電極反應(yīng)、電極材料、電子導(dǎo)體、離子導(dǎo)體是原電池構(gòu)成的基本要素，從而建立電化學(xué)過程的系統(tǒng)分析思路。運用化學(xué)符號模型表征客觀世界，要明確化學(xué)符號的含義。例如，表征有機化合物時，分子式既表征組成物質(zhì)的元素種類，又表征組成分子的原子種類和個數(shù)；結(jié)構(gòu)式表征原子的連接順序和空間相對位置；結(jié)構(gòu)簡式表征分子中原子的連接順序等。5

會用化學(xué)規(guī)律改造客觀世界化學(xué)規(guī)律是化學(xué)改變、創(chuàng)造客觀世界的手段。新時期化學(xué)課程要培養(yǎng)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)臅r代新人［15］，這體現(xiàn)在改造客觀世界時，不僅“會用”化學(xué)規(guī)律，還要“用好”化學(xué)規(guī)律。5.1

如何“會用”化學(xué)規(guī)律“會用”化學(xué)規(guī)律是指能從反應(yīng)原理、物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等視角改造客觀世界，“本領(lǐng)”在實踐中轉(zhuǎn)化為“化學(xué)規(guī)律”的運用。5.1.1

調(diào)控化學(xué)反應(yīng)改變客觀世界調(diào)控化學(xué)反應(yīng)需要從理論與實際兩方面綜合考慮。從理論方面看，要知道“調(diào)什么”“如何調(diào)”。如圖3所示，從化學(xué)反應(yīng)原理視角看，化學(xué)反應(yīng)調(diào)控包括限度調(diào)控和速率調(diào)控。從內(nèi)因看，能量決定了化學(xué)反應(yīng)的驅(qū)動和引發(fā)，自由能變驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)、決定化學(xué)反應(yīng)限度，活化能引發(fā)化學(xué)反應(yīng)、決定化學(xué)反應(yīng)速率。從外因看，溫度等外因通過影響內(nèi)因而起作用。因此調(diào)控化學(xué)反應(yīng)就是通過調(diào)控外因作用于內(nèi)因，實現(xiàn)限度和速率調(diào)控。從生產(chǎn)實際看，要知道“為什么調(diào)”“調(diào)到什么程度”。調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的目的是效益最大化；“調(diào)到什么程度”要綜合考慮原材料成本、生產(chǎn)成本、時間成本等因素。考慮原材料成本就是要提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，即限度；考慮生產(chǎn)成本就是要系統(tǒng)控制條件，如升溫、加壓等；考慮時間成本就是要提高生產(chǎn)效率，即速率。例如，工業(yè)合成氨。從理論方面看，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，可以通過溫度等控制進行限度和速率調(diào)控。從生產(chǎn)實際看，提高轉(zhuǎn)化率，可以通過降溫、加壓等方式實現(xiàn)；提高生產(chǎn)效率，可以通過升溫、加壓、使用催化劑等方式實現(xiàn)。兩方面在溫度控制方面出現(xiàn)了矛盾，這就要綜合考慮溫度、壓強、催化劑對化學(xué)反應(yīng)限度和速率的實際影響的大小，合理地選擇溫度、壓強、催化劑等條件。5.1.2

轉(zhuǎn)變物質(zhì)性質(zhì)改造客觀世界轉(zhuǎn)變物質(zhì)性質(zhì)的目的是趨利避害，是指從物質(zhì)性質(zhì)出發(fā)，通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變物質(zhì)性質(zhì)。物質(zhì)性質(zhì)主要通過物質(zhì)類別、元素價態(tài)和物質(zhì)特性三方面認(rèn)識，研究反應(yīng)的位點和類型。物質(zhì)類別是根據(jù)物質(zhì)的功能單元進行劃分的。例如，酸能電離出氫離子，堿能電離出氫氧根離子，烯烴中有碳碳雙鍵等?；谖镔|(zhì)類別進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化主要是基于功能單元的轉(zhuǎn)化。例如，胃酸的主要成分是鹽酸，如果胃酸過多，將產(chǎn)生灼痛感。因此，減輕病痛就是要降低胃酸的酸度，基于中和反應(yīng)原理，可以服用氫氧化鋁等弱堿，或者碳酸氫鈉等弱堿性的鹽，以達到降低胃酸酸度的目的。元素價態(tài)是根據(jù)元素化合價來確定物質(zhì)的氧化性質(zhì)或還原性質(zhì)。高價態(tài)的物質(zhì)具有氧化性；低價態(tài)的物質(zhì)具有還原性；中間價態(tài)的物質(zhì)既有氧化性，又有還原性。例如，汽車尾氣處理。汽車尾氣中含有CO、SO2、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物等有害氣體。通過分析上述氣體的元素價態(tài)，可以基于氧化還原反應(yīng)原理，實現(xiàn)汽車尾氣綠色化處理。物質(zhì)特性是指物質(zhì)的特殊性質(zhì)。例如，SO2能使品紅溶液褪色，F(xiàn)e3+與SCN－反應(yīng)后溶液呈血紅色，BaSO4既不溶于酸也不溶于堿。例如，胃病檢查時“鋇餐”的選擇。胃酸的主要成分是鹽酸，為了防止鹽酸與“鋇餐”反應(yīng)，“鋇餐”應(yīng)該具有既不溶于酸也不溶于堿的特性，這就是利用了BaSO4的特性。5.1.3

設(shè)計分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)造客觀世界“轉(zhuǎn)變物質(zhì)性質(zhì)”和“設(shè)計分子結(jié)構(gòu)”的實質(zhì)都是通過改變分子結(jié)構(gòu)實現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)轉(zhuǎn)變。“轉(zhuǎn)變物質(zhì)性質(zhì)”是從性質(zhì)出發(fā)，分子結(jié)構(gòu)“被動”改變；“設(shè)計分子結(jié)構(gòu)”是“主動”改變分子結(jié)構(gòu)以期具有某些性質(zhì)。設(shè)計分子結(jié)構(gòu)主要通過分子組成、相互作用方式、空間位置等視角實現(xiàn)。一般情況下，分子組成和相互作用方式是同時改變的，需要根據(jù)實際需要分析設(shè)計分子結(jié)構(gòu)的角度。分子組成視角是通過在分子中增加、減少或替換原子或原子團的方式設(shè)計分子結(jié)構(gòu)。相互作用方式視角是通過改變原子或原子團之間的相互作用方式設(shè)計分子結(jié)構(gòu)。例如，青蒿素在治療瘧疾時，由于其水溶性較差，因此治療效果較弱。通過增加氫原子的方式，將青蒿素選擇性地還原生成雙氫青蒿素，提升了治療效果，同時一對碳氧間的作用方式由碳氧雙鍵變?yōu)樘佳鯁捂I。從空間位置視角，通過改變原子或原子團的空間相對位置設(shè)計分子結(jié)構(gòu)。例如，在藥物合成時，有些藥物存在旋光異構(gòu)體，即左旋和右旋，且有些藥物左旋和右旋有著不同的藥性，因此在藥物合成時需要考慮原子或原子團的空間位置。5.2

如何“用好”化學(xué)規(guī)律改造客觀世界“用好”化學(xué)規(guī)律是指在運用化學(xué)規(guī)律改造客觀世界時要樹立正確的目標(biāo)方向（有理想）和秉持正確的價值觀念（有擔(dān)當(dāng)）。5.2.1

樹立正確的目標(biāo)方向科學(xué)認(rèn)識的廣義倫理價值認(rèn)為“科學(xué)作為人類的社會活動其最終目的乃是運用所探求到的對世界的規(guī)律性的認(rèn)識去能動地改造客觀世界，并為人類本身謀求利益和幸?！保?6］。因此“理想”在實踐中轉(zhuǎn)化為“責(zé)任使命”，這為改造世界樹立了正確的目標(biāo)方向，體現(xiàn)在國家和社會兩個層面。從國家層面看，在運用化學(xué)規(guī)律改造世界時，要增強實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的責(zé)任感；在材料、能源、信息等領(lǐng)域與物理學(xué)一起共同提供物質(zhì)科學(xué)基礎(chǔ)助推國家科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新；同時，解決醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護、資源開發(fā)等生產(chǎn)生活中的實際問題。從社會層面看，運用化學(xué)規(guī)律創(chuàng)造更多的物質(zhì)財富和精神財富以推動人類社會文明進步；同時，應(yīng)對能源危機、環(huán)境污染等促進