为什么中学化学让人觉得并不严谨？ | 问答 | 问答 | 果壳网 科技有意思
为什么中学化学让人觉得并不严谨？
是这样么？不是有句话叫，知道的越多，越意识到自己的无知么。在大学里，很多教授说话都没底气的，倒不是说他们不懂，而是因为需要考虑的因素很多。而中学老师则几乎可以很有底气地下结论，因为很多因素都被简化和忽略掉了。每个阶段承担的任务不同，中学老师要像做研究一样严谨，学生就没法学，大学老师要像中学讲课一样，就没法做研究。
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违法和不良信息举报邮箱：&&&&举报电话：为什么中学化学给人一种不严谨的感觉？
注意专指初中、高中阶段的科目，如果大学课程中亦有这样的表现也可以讨论。相对于数学和物理，严谨的数值分析少了很多，很少有深刻的定律。如在化学反应速率和化学反应平衡方面的数值计算模型实在过于理想化，难得的正面例子是酸碱滴定。数学的严谨不必说，物理给人的感觉如同是一砖一瓦所搭建的稳固大厦。相对于生物，理论系统自洽程度不足。如物化部分所给出的化学键、分子构型、电子理论等非常混乱，经常互相矛盾。而生物中很少能挑出刺。经常有一些模棱两可的概念，甚至会发生前后矛盾。比如氧化物、酸、碱、氧化反应之类的定义。是因为中学化学更加接近现实（非理想化模型），还是更加偏离现实（初级理论）？一个主观性的旁证：我一直认为化学这门学科其实很欠缺科学性，因此自中学学习化学以来就对这门学科不感兴趣。——Matrix67: My Blog
【的回答(78票)】:
首先，很重要的一点我认为是化学的知识体系过于庞大而彼此的相关性又不是很高。因此，很难抽离出来一部分成体系的理论来提供给中学阶段的基础教学。只能是选择一些零碎的知识点进行讲解，因此看上去很不科学。
然后，化学研究本身的特点以及目前的发展程度来说决定了它几乎完全依赖于实验，理论工具对于未知的预测来说能力有限。同时化学的理论工具多数是建立在量子力学模型上的，对于中学教学并不适合。
还有就是中学化学教学开设的年级比较高，因此能够在中学教学中引入的内容非常有限，在有限的课程安排中，中学化学教学更像是科普了。
至于题主的问题，不管是化学还是物理，所有的理论模型几乎都不可能完整地描述全部的真实情况。因此，这些理论模型都是在必要的前提或假设之下成立的，中学教学的特点决定了只能使用最简化的模型，也就形成了题主所说的理想化的反应速率和化学平衡模型。其实，这样的简化模型在一定的实验精度要求和实验条件下也是能够满足实验事实。物理中不还有无摩擦的桌面么？题主在现实生活中见过这样的桌面么？
至于酸碱滴定，其实这是一个非常特殊的例子，中学教学涉及到的酸碱滴定反应是一系列反应速率非常大、反应平衡常数也非常大的化学反应，这种情况下，给了题主“精确”或“定量”的感觉。但事实上，这样的反应在所有已知的化学反应中是极少数的。即使是这样的反应，它们也并非一定是按照严格的化学计量比发生的，而只是恰好处于在指示剂的变色范围，这时候，可能有正误差也可能有负误差，但是通过多次实验消除了随机误差的情况下，能够得到符合实验精读要求的结果。
至于涉及到物质的结构方面的知识，这就牵涉到了之前提到过的量子力学模型，而这些模型是不适合中学教学的。中学教学所使用的简化模型是在有些量子力学诞生之前提出的，有些是经过编辑删除了不易理解的限制条件的。即便是量子力学模型，用来描述复杂的微观物质的结构，仍然是力不从心的，在更多的情况下也只能是近似处理。记得有一篇GRE阅读，说数学家不能理解物理学家眼中近似的美，也许相似的，中学教学灌输给人的对于精度的追求让人忽略了近似的美。
说到概念，所有的这些概念都是在有约束的条件下成立的。比如酸碱的概念，就涉及到了Arrhenius理论、Bronsted-Lowry理论和Lewis理论，这三种理论分别是从不同的角度来观察什么是酸什么是碱的，其应用范围也不同。
Arrhenius理论认为在水溶液中电离出水合氢离子的是酸、电离出氢氧根离子的是碱。这套理论对于研究水溶液体系下的酸碱反应很适用，但牵涉到水溶液以外的体系就无能为力了。
Bronsted-Lowry理论认为所有质子给体都是酸，质子受体都是碱，给质子能力越强的物质是越强的酸。
比如说SbF5分子在HF体系中就是强Bronsted-Lowry酸。
Lewis理论又把酸碱的概念进一步扩展了，认为电子对受体是酸，给体是碱，这样，上面的SbF5就是一个Lewis酸。但是这样的理论又出现了一定的缺陷，它无法用来比较酸的相对强弱顺序。
三套理论各有各的应用范围和缺陷，因此，三套理论，及其所涉及的概念就只能共存了。
氧化还原反应的概念是很明确的，可能在最初涉及到的时候会是与氧气反应或者得氧的反应，这种情况只是为了方便从字面上理解氧化反应。氧化还原反应指有电子得失的反应，得电子的是氧化剂、失电子的是还原剂。这一概念本身没有任何疑议。
【Belleve的回答(33票)】:
不仅仅是中学化学，也不仅仅是看上去，化学它发展到现在仍然很不严谨，很像魔法，因为——
我们无法准确预测两个东西混在一起究竟会发生什么我们无法通过分子结构准确算出它的性质，包括晶体结构、熔点、沸点、紫外光谱、NMR……（但是相反的过程发展却不错，色谱技术搞定分离，MS 鉴定已知物，XRD 和二维核磁测定未知物结构）看见了吗？即使从量子力学诞生到现在经历了几十年，人类对化学仍然是一无所知。你从文献上看到一个反应，想做一个类似的反应（比如换掉其中一个原料），你就必须去做实验，才能知道究竟能否成功。换言之，我们无法通过理论来准确预测实验。物理学呢？理论物理领先实验已经很多年了。
这其中的原因在于，整个现代化学的基础——量子力学——是个原理简单但是求解困难的系统。求解量子力学里的那些方程困难到什么地步呢？困难到就算是 H2 这么简单的分子我们也算不出它的具体能级（多电子系统的 Scrhodinger 方程没有解析解）。没错，算不出。没有能级的信息，你就无法来预测光谱数据，预测化学反应。也就是说，「严谨」的链条在一开始就断开了。
所以，你所看到的现代化学，尽管地基是「严谨」的量子力学和统计力学，然而这个地基上面却缺少了好几个楼层。这些楼层应有的位置是由近似公式和经验拼成的框架。这样的空中楼阁，在外人（尤其是数学家）看起来摇摇欲坠，也算是情理之中罢。
【王洞明的回答(10票)】:
物理和数学是上游学科，生物是下游学科，而化学是夹在中间的“中游学科”
上游学科容易有“深刻的定律”，我们在很大程度上可以完全搞明白所有事情，结论的推导过程既不甚繁，计算也相对少，程度稍好的高中学生即可较好的构建起经典物理学的框架，产生一种“我完全搞明白了”的感觉。从而整个体系显得精致而严谨
对下游学科来说，完全从基本定律推导出整个过程显然是不可能的，于是干脆不管细节，将各种对象“封装”起来，（起码中学知识是）从宏观的现象入手来建构体系，先不管微观原理（当然，深入的研究做的基本是微观原理，但大多也是很大的分子层面了，几乎不可能与上游学科的层面“接”起来），所以也较为容易
而化学，即在这两者之间，于是便显得十分艰难，无论是从上往下还是从下往上都不能搞明白数万个分子的具体行为。从基本定律推导计算量太大，情况太复杂（所谓“混沌”？）；观测又看不到。所以反应过程中到底发生了什么实在无法了解，只能做些假设，而这些假设多是只适合于一个方面，而为何适用于这种情况甚至都不能很好的知道，很大程度上还是一门半经验学科，所以“化学是一门以实验为基础的学科”，自然也就难有“深刻的定律”，至于概念的模棱两可，前后矛盾，只是因为分别适用于不同的情况而已
另，高中化学还是挺浅的，似乎体系还是蛮完整的，数学是用的少，但也没有自相矛盾的概念和理论，还有“物化”一词，高中似也不会涉及吧？至于滴定，实在不大算得上是真正的化学
【知乎用户的回答(2票)】:
简而言之：简化模型，便于理解，减轻负担。
就从题主给的例子说吧。
化学平衡、化学反应速率的数值计算模型实在过于理想化这个“理想化”是无害的。高中学习化学的目的就是掌握一些概念，不是去解决实际问题，所以没必要那么切实。也许有人会说，“不用那般完全符合实际，稍微向实际靠近几步不行吗？”答案也基本是否定的。高中生精力有限，爱好各异；化学课程上更复杂，会对更多的人带来不必要的负担。尤其是题主所说的平衡章节，要知道，这样的“不严谨”的化学平衡那章的学习就已经能影响许多人文理分科的选择·····
理论系统自洽程度不足。如物化部分所给出的化学键、分子构型、电子理论等非常混乱，经常互相矛盾。反过来想，若不这么粗糙，如何教学？把大学较严谨的理论扔给高中生可行吗？不严谨的理论易于理解；还有个隐性的优点：不会吸引太高仇恨值。尽管其给化学专业生理解正规理论埋下绊脚石，但是由于国内中学教师基础普遍较差，有心教学无力讲课，还是将就点吧。
经常有一些模棱两可的概念，甚至会发生前后矛盾。比如氧化物、酸、碱、氧化反应之类的定义。当不严谨上升至严重错误的程度，的确该删改，宁无勿错。
举个最二逼的例子，中学课本说，化学反应氧化剂还原剂相互反应后，相应生成物对应的氧化性、还原性均弱于反应物。当时我就郁闷了：更强的氧化剂/还原剂是如何诞生的？？？氧化剂还原剂靠氧元素来识别也是明显该改的。中学阶段，酸碱理论拓展至质子酸碱就够了，理解不难，很实用。
【胡晓波的回答(2票)】:
生物中自相矛盾的地方更多，中学教科书只是接触到浅层的东西，并没有深入探究下去。
化学在中学教科书中还是属于实验性的科学，没有深入到理论层面，之所以看上去比较粗陋，就是让你掌握个大概，了解下大体上说了什么就行了，每一个反应方程，每一个实验，深入下去，都是中学水平的人无法理解的。
【刘剑威的回答(1票)】:
化学和生物（至少是中学化学和中学生物）顶多算是现实的粗浅近似，而物理是现实的提纯（变化的只是纯度）。（这也不算是答案，折叠吧。）
【Simon Fu的回答(0票)】:
太深的太严谨的中学水平理解不了罢了……
【谢卓尔的回答(0票)】:
其实我很久以前的感觉是生物比化学更不靠谱。
高中学生物的时候最反感的就是选择题，因为选择题有些选项总是会存在特例，考虑特例某陈述就错了，不考虑就对了。因而生物当时给我的感觉比化学还要不严谨。但是现在大学学化学，对于自然科学的感觉就不一样了，这个世界展示在初高中课本上的真是太少了，人类所不知道的东西真是太多了。
数学和其它自然科学而言最大的区别个人觉着可能在于数学注重逻辑性，物理生物化学等却是以客观的自然为基础的。数学中毕竟许多逻辑推导是由人来完成的，而自然规律的发现者是人，人不能创造自然规律。所以数学才会有一套完整的理论体系，而其它自然科学就可能相形见绌了。
高中做题目的时候，看到光速或者圆周率还有自然对数的底数，这些数都不”漂亮“，有时候我会在想，若人类真的将自然规律全部摸清楚之后，应该会有一套新的度量系统出现，这样可以让所有的东西都看上去非常完美和谐，这才是自然。
【张琳的回答(0票)】:
我感觉中学入门阶段 不可能将知识一股脑说全 就像学数学要一步步来 不会算数了就要会解方程 这多奇葩 关键还是培养兴趣 了解基本常识的阶段 真正弄系统了要到大学或者研究生博士生的阶段 个人觉得化学最贴近生活 很多诈骗都是用化学知识迷惑人 如果基本的不懂 很容易上当受骗 总之由浅入深吧
【Gucci Koo的回答(0票)】:
中学时最喜欢化学的要说 化学实验太有趣了
但是理论化学涉及量子论 中学时都没教
【品雪的回答(1票)】:
前高中化学教师来拉一下仇恨。
化学是研究物质转化的学问，即使中学化学也非常强调实验，而且经常操作液体及危险品，对于被小学初中一路驯化过来只会在纸上做题的小朋友们实在过于有挑战性了，过度挫折后的应激心理反应比较常见的是觉得这门课太难了，也有觉得自己笨的，上升到认为这样一门做为学科的科学不严谨的还真是不多见。
其实物理也一样强调实验，只是中学物理老师一般不会让小朋友们去放富兰克林风筝。
【知乎用户的回答(0票)】:
其实题主的一句话已经回答了这个问题。
如在化学反应速率和化学反应平衡方面的数值计算模型实在过于理想化的确中学的很多内容就是大学内容在某些特定条件下的版本。因为化学中的有些理论内容很繁杂，放在中学来介绍难于学习，而且中学课程容量中放不下。如果说有互相矛盾应该都是涉及一些课程内容未讲授的理论或限定条件。
【Jerry He的回答(0票)】:
从微观基础上看，化学应该是物理的分支。大学里会有物理化学这门课，才真正从理论上解释化学现象。而中学化学更多的应该看做一种动手实践课吧。
【范瑞希的回答(0票)】:
化学本身是实验科学，但化学家们在努力将其规律化。
【知乎用户的回答(0票)】:
小学数学还不严谨呢，学负数之前都告诉你小数减大数减不了。
好吧我承认我是来吐槽的……
【肖企的回答(0票)】:
到大学学习了物化和结构化学后，就不会这么说了。
【张旭的回答(0票)】:
实验科学一定要动手做实验才能学好，生物和化学都是这样的。所以，我认为现行的教材和考核制度需要改革。生物和化学的严谨性，体现在实验的设计和操作上，以及实验结果的获取和分析上，而非在理论和计算上。
【Shiyu Zhu的回答(0票)】:
化学理论到后来都是物理吧，所以化学本身实际没啥可研究的，其他的像化工，再不就是生物，材料，都是应用或者交叉学科了，很多诺贝尔化学奖其实都颁给了生物研究。
【沙洲的回答(0票)】:
中学只是打基础,培养兴趣为主,时间有限,接受能力也有限,很多东西不能细说,细说就涉及很多了
【冯白羽的回答(1票)】:
很多老师应该都会强调，化学是一门实验科学。
因此实际上化学恰恰是在中学阶段最适合用来培养科学素养的学科。
中学阶段的化学的理论知识，都是对实验现象的总结归纳，是非常简化的模型，但是每一种解释的理论，比如对于共价键，从经典的价键到VSEPR模型、杂化轨道理论再到分子轨道理论；比如对于配位键，从孤对电子配空轨道的经典解释到晶体场再到分子轨道理论；比如对于酸碱的定理从阿伦尼乌斯酸碱到质子酸碱再到路易斯酸碱……背后都是人类认识世界的过程。如果不仅能意识到旧理论的不足，而且能看到这些局限产生的原因，那就是福缘不浅了。
【知乎用户的回答(0票)】:
减负造成的～课本一味简化。导致知识体系不完善。
【姜东明的回答(2票)】:
同题主一样，我也有这个疑问啊……尤其是学结构化学的时候，好多模型如果能很好地解释一个现象的话，就很了不起了。比如我们津津乐道的玻尔模型，其实也不过是很好地解释氢原子的电子轨道，多电子体系还是要借助其他的模型。这样的例子简直太多了，而且，随着学习的深入，这样的问题只会增加，不会减少。
但是这样并不影响我喜欢化学。因为现在的化学要比以前炼金术的时代要得多了。至少我清楚水是不会变成油的，我知道点石成金不过是骗人的把戏，很难想像没有原子理论这些问题该怎么解决。
即使是今天还有人在争论碰撞理论和过渡态理论哪个更接近化学反应的事实，甚至连物理学家也重新开始思考世界是连续的还是离散的了。
这才是科学的真相，不仅仅是化学。即使是严谨的经典力学也被发现并不是那么完美无缺。化学学科研究对象本身的复杂性决定它最简化的模型看起来也不如物理模型那么简洁。
因为毕竟这个世界对我们而言是未知的，我们只能一遍一遍地错，一步一步地接近事实。
那些令人信服的科学知识不是从天而降的，是用一代代科学家的汗水浇灌而成的。革命尚未成功，同志还需努力。那些要我们学习的理论，不是为了展示科学的强大，而是要我们看到它的破绽，让我们完善它们啊！
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