化学历史及教训教授科学方法 本文关键词：教训，教授，化学，科学，方法
化学历史及教训教授科学方法 本文简介：摘要：本文利用从化学历史中失败的教训来吸取经验，对教授科学方法的可能性和积极意义进行了探讨。关键词：化学历史；教训；科学方法科学史充满了故事，这些故事展现了科学发展的轨迹。从故事的细节中我们能够深感科学方法和思想在这一过程中所起的作用。借助历史教训的做法不是新思想，也不仅仅是在化学学科上。但作为化学
化学历史及教训教授科学方法 本文内容：
摘要：本文利用从化学历史中失败的教训来吸取经验，对教授科学方法的可能性和积极意义进行了探讨。
关键词：化学历史；教训；科学方法
科学史充满了故事，这些故事展现了科学发展的轨迹。从故事的细节中我们能够深感科学方法和思想在这一过程中所起的作用。借助历史教训的做法不是新思想，也不仅仅是在化学学科上。但作为化学教学，如果它的目的不仅仅是将重点放在知识的传授上，那么和知识本身同样重要的能力也许是我们教学中追求的更高目标。而能力的获取固然与知识的积累有关(重视知识的积累与更新当然是没有错!)但从历史的角度上分析所学知识产生的过程，沿着所学知识的产生和发展过程能给予我们什么样的启示，以及在这一过程中了解有关科学家是怎样发现问题、解决问题是一件非常有意义的工作。也许就知识而言，它对我们当今科学的发展作用不是很大，但蕴藏在这些知识体系产生及发展中的科学思想、方法、理念及精神都是人类永远值得珍惜的宝贵财富。在我看来，成功的经验固然是财富，失败的教训何尝也不是一笔难得的财富。因此，从历史的教训中汲取营养恐怕在于我们少步入前人的思想误区。也许这是人类思维中某种“缺陷”特征使之易于光顾的误区。更何况这些错误是来自人们所崇拜的大科学家，这更应使我们后人引以为戒。
1错误的理论：Prestley与燃素说
理论的冲突不是灾难，而是一种幸运。下面将从科学发展的例子来说明其中的意义，“燃素”理论的化学学科中一个众所周知的错收稿日期2003—05—20误理论，它作为一个典型事例被科学工作者及教育工作者广泛关注，用以说明科学是如何进步的。错误理论是逐渐被人们所认识的，取而代之的新理论的出现也并非自动产生。Prestley(普利斯特列)所坚持的燃素说提供了一个极好的例子。在AntoineLavoisier确定了现在被我们认为是正确的事实后，Prestley还一直相信燃素理论。众所周知，他对燃素说一直坚持到他生命的终结。为什么在证据和反燃素说观点大压力面前，他仍坚持燃素说?不是因为他在某种程度上比Lavoisier缺乏唯物和开放的头脑。从Prest—ley在18世纪末给法国化学家的信中所述，你也许会想到些什么。“没有人愿意去说服自己放弃被认为是权威的判断。”只有当来自Prestley临终时作为燃素说权威的压力变小时，反燃素说地位才能确立。Prestley在他的时代被称为“燃素说博士”。作为“燃素说”权威，他为自己所坚持的学说辨护，通过对不同证据采取不同倾向性解释(也许他自己很难意识到这一点)，以获得不同的结论。例如，汞在空气中加热能产生其氧化物，再进一步加热又变为金属汞。其实对这一实验事实的解释成为反燃素说正确与否的关键。看看他对实验的解释吧。他认为金属是一种单质，燃渣是金属与空气组成的化合物。现在看来，这样的结论是符合某些实验事实的。另一方面，他又强调许多其它燃渣需要有一类试剂(如氢气、活泼碳、铁)来产生金属。他认为这些金属是燃渣与燃素组成的化合物。同时他在反驳燃素说质疑燃素质量的不确定性时，也认为这样的质疑是合理的。但他认为光、热这些不易确定量的因素也是物质。Prestley用燃素说去解释许多反燃素说作为至关重要的实验。如水的分析与合成，并报导一些利用反燃素说当时不能解释的实验。其实这些实验只是包含着当时人们还不十分清楚的副反应或杂质而已。氮的原子量是大家知道的，同时，科学上也有一条十分明确的原理说明，一定质量物质中的原子的平均重量是相等的。但已故的瑞利勋爵和已故的冉赛爵士从所做的两个试验中发现。如果用两种不同的方法获得含氮化合物，并分别测得氮的原子量，两次结果始终有一点差别。请问如果他们因为科学观察与化学理论之间发生冲突而感到失望，那么能不能说是理智的行为呢?如果将这一问题简单化，只是在相互争论中，争出你对我错，很可能就会失去了蕴涵在这种差别中的本质所在。失去揭示这种差异真正秘密的可能性。事实上他们两人都认为自己找到了某种观察途径。根据这条途径可能发现某种以往没有观察出来的精细化学理论。事实与理论之间的这种出入并不是一种灾难，反而是一种开拓化学知识领域的机会。大家都知道，这个故事的结果是什么。后来氢被发现了!这种新的化学元素不知不觉地藏在里面和氮混在一起。但故事到此还没有完。正是这一发现，使人们注意观察了用不同方法提取的化学物质之间的细致差别。接着就有人用最精密的方法进行观察。终于有另一个物理学家弗·威·阿斯顿在英国剑桥的卡文迪许实验室里诞生。甚至同一元素可能具有两三种不同的形式，叫作同位素。平均原子量不变的法则在各组同位素中是适用的。但在各同位素之间则略有差别。这一研究使得化学理论的力量大大加强了原先由氢的发现而引起的研究，获得了青出于蓝而胜于蓝的意义。这一故事的意义是一目了然的。矛盾可能是失败的标志，但在实际知识的发展中，矛盾也可能是走向胜利的第一步。2这不是对不同意见必然作出最大限度容忍的充分理由。象圣经里的一句话：“容这两样一齐长，等着收割。”有些捷径只能获得表面的成功，只要你愿意抛弃一半的证据。你可以很容易找到在逻辑上是和谐的。同时，在事实的领域中也适用的理论。每个时代都出现过逻辑清晰的智者，他们能理解人类某些经验领域的意义，但惟有坚定不移地耐心考虑全部证据，才能避免象流行见解一样，在两个极端之间摇摆，这种忠言虽极平常，但却很难做到。这也许是人类思维品质中的固有缺陷所致，这种缺陷足以使我们感受到它对科学发展所带来的影响。
2富于成果在细节上有错的Dalton原子论
回顾一个成功理论的提出，我们后来者总是将精力集中于这一理论中的进步因素居多，那是很自然的事。然而作为一些教训考察某一理论中的错误，对于人们认识世界和认识自我都具有非常重要的意义。但教科书中历史上重要的科学发现很少涉及其某些错误的一面，甚至教学法中还有排除或忽略这些错误的倾向。化学教学工作者在寻求错误中学习科学成果时，JohnDalton的原子理论可作为一个例子。的确，Dalton对许多科学进展所做的贡献是众所周知的。用他的理论所描绘的不同元素原子相结合形成化合物的情形，许多还被当今人们所采用。利用他的原子论观点，得到定比例和多比例定律是很自然的事。Dalton的原子论在Newtonian原子论的基础上取得了很大的改进。他的理论成果可从元素的相对原子量和相关化合物得到展现。他的理论确实具有价值和富于成果。然而在许多方面它也存在着错误。如Dalton相信，相同元素的原子是完全一样的。因此，我们可以得出结论：所有均一实体的最终微粒具有完全相同的质量。并认为如果原子在质量上不同，它势必会以某种不同的表现反映出来，相信这种差异性在当时会被检测到。但后来同位素的发现恰恰证实了他当时不以为然的假设。当然技术上的局限性使当时的他要得到完全正确的结论也未免有点苛刻。但过于自信何尝不是人类易犯此类错误的主要根源。Dalton似乎还认为原子是不灭的，这在他的化学合成评论中很自然地到这个结论。这一点与Newton的思想(这一思想影响着Dalton)是相符合的。即原子是不可分的。这一结论被后来的原子是可以再分的实验事实所否定。Dalton提出的有关分子式也存在着一些错误。基于他的假设所提出的分子式是武断的。例如Dalton认为：如果已知两种元素仅形成一种化合物，它的分子式将是最简单的分子式。如提出HO为水的分子式；氨气的分子式为NH。根据他的推论，水、氨和氮氧化物分子式分别为H0，NH和NO。人们能以两种方法获得N和O的相对质量。直接从NO进行元素分析，或从比较分析氨中N和水中0的质量获得。依照他的分子式这两种方法所获得结果自然不相符合。这种不符合的结果自然验证了Dalton的这一错误。
3不完整的观点的缺憾：Newlands和元素分类
在科学研究中，对于研究者而言，所研究的对象往往象一个黑匣子一样，在研究者不断地领悟中逐渐明晰的。因此，能否破解自然之迷总是与对珊象领悟的深刻程度有关。显然，这种深刻程度与成果的完整性有着密不可分的关系。在人类探索自然的过程中，大量的研究成果在初期都具有一定程度上的模糊性，这也许就象洗像的显影一样，显影不足，其影象自然不会清晰。尽管如此，这种不完整的观点仍然是有效的，有时是非常重要或非常有用。尽管这些是不言而喻，但强调这一点的目的，就在于对一开始不甚完善、不甚清晰的研究结果往往易被人们所轻视。其实这时模糊的理论与正确理论很可能只差一步之遥!Newlands的元素分类就是这样的一个典型例子。这位英国化学家在Mendeleeve以前就了解到化学的周期性。19世纪6O年代中期，Newlands发表了有关元素分析的短文章。在文中他指出，他所研究的这些元素存在着几个元素家族。每个组成员的化学性质相似，它们的原子量似乎存在着可以明晰的排列模式。在某些族之间存在着空缺。他认为这个空缺将被未发现的元素所填充。(由于所预测的元素之一锗未被列入，而使其它所预测的元素导致错误)。两年后，Newlands以原子量的增加顺序列出了所有被发现的元素。他注意到这些元素的化学性质在重复，这个化学性质变化的周期是七个元素或是七的倍数。因此，他提出了“八音律”。当时的人们已认为他放弃了他的元素分类，甚至这种分类没有能力去预见新元素。事实上，用“八音律”所分组之一受到异议是由于没有能将新元素置入的位置。而这些元素的许多已被发现。与后来化学周期性发现者Mendeleeve相比，Newlands的“八音律”没有被受到重视。其原因是Newlands开始的分类使得几个预言没有被证实。另外，在他后来的“八音律”中存在着严重不足。而且没有能力预见到Mendeleeve首张周期表。需要指出的是：不管Newlands还是Mendeleeve他们的元素分类不同程度上都存在着不足。而Newlands的成果之所以没有被认可，与他对化学周期性的预言不是一个连续体系有关。这一结果恐怕与思维方法的局限性有一定的联系。以上的故事只想用科学发展过程中的例子，说明利用科学家所犯的错误轶事教授科学方法的可能性及积极意义。这样的教学目的只有一个，那就是用历史材料于教学之中应避免仅仅陷入一种对这些历史人物的崇拜之中。其实在某种程度上，我们感到遗憾的同时，更应该感谢那些伟大的科学家错误的足迹，由于它使另一些科学家避免再步后尘。并且表明：没有自动的和机械的科学方法。
作者：尹艺青 单位：广东惠州大学理学系
化学历史及教训教授科学方法 来源：网络整理
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