溫故而知新

宋心琦

近來，“不確定性”一詞不僅在報刊、書籍上頻頻出現(xiàn)，物理和化學(xué)老師在介紹某些科學(xué)成就或結(jié)論時也經(jīng)常用到這個詞，并且一再強調(diào)是否認識到科學(xué)結(jié)論必然存在不確定性是科學(xué)素質(zhì)的重要內(nèi)涵。小沛和她的同學(xué)們基本同意這個看法，但是對于存在不確定性的原因一直沒有清晰的認識。因為大家在學(xué)習(xí)過程中，從來都是把教材里介紹的概念、原理、定律和實驗現(xiàn)象當(dāng)成絕對正確的知識，如物理學(xué)中的牛頓三定律、化學(xué)中的電離理論及生物學(xué)中的物競天擇原則等，這些難道不都是放之四海皆準(zhǔn)的科學(xué)知識嗎？那么不確定性來自何處呢？是否和實驗者本身的某些疏忽或錯誤有關(guān)？同學(xué)們百思不得其解，于是在一次師生交流活動中提出了這個問題。老師面帶微笑地聽著同學(xué)們的發(fā)言和辯論。同學(xué)們能夠提出這個問題恰恰說明他們已經(jīng)學(xué)會了思考而不是簡單地接受，對科學(xué)成就或結(jié)論必然存在不確定性的質(zhì)疑本身，就是對這個結(jié)論是否同樣存在不確定性的一種思考，這說明同學(xué)們的科學(xué)素質(zhì)有了明顯的提高。

討論聲漸漸低了下來，同學(xué)們渴望獲得正確答案的目光轉(zhuǎn)向了一直沒有發(fā)言的老師，期待老師針對他們的疑惑提出一個能夠說服大多數(shù)人的意見。老師點點頭，說：“我先提一個問題，還記得我曾經(jīng)專門介紹過科學(xué)結(jié)論為什么都存在不確定性的問題嗎？”大多數(shù)人還記得這個問題，有的同學(xué)還翻出當(dāng)時的課堂筆記。同學(xué)們在老師的提醒下，回憶起老師當(dāng)時介紹的皮門托爾教授的實驗和他對科學(xué)素質(zhì)的評價依據(jù)，同學(xué)們通過回憶和交流，有了進一步的體會。老師高興地肯定了同學(xué)們的進步，然后轉(zhuǎn)過身來，在黑板上寫下五個大字——溫故而知新，老師說：“對于科學(xué)知識和學(xué)習(xí)體會應(yīng)當(dāng)不斷地思考和體驗。而不是僅僅保留為記憶，古人說的溫故而知新就是這個意思。把已有的認識和體會當(dāng)作進一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，就會從中獲得新的體會。你們從今天的討論中獲得的新知雖然重要，但是對溫故而知新這一古諺語的領(lǐng)會卻更為重要?。　睆睦蠋煹恼佌伣虒?dǎo)中，小沛和她的同學(xué)們深深地感受到老師對自己的愛護和鼓勵。陷入了沉思之中，寂靜的課堂里能夠清楚地聽到同學(xué)們在筆記本上書寫時發(fā)出的嚓嚓聲。小沛記下了“溫故而知新”五個大字。準(zhǔn)備作為當(dāng)天日記的主題。

小沛想到的第一個問題是關(guān)于元素的問題。通過幾個世紀的不懈探究，科學(xué)家已經(jīng)把遠古時期的元素概念，從一個哲學(xué)概念發(fā)展成為經(jīng)過實驗反復(fù)驗證的有確定質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的科學(xué)概念。由于人們普遍認為這個轉(zhuǎn)變是以道爾頓原子學(xué)說為基礎(chǔ)的，所以化學(xué)史家認為道爾頓是近代化學(xué)的奠基者。小沛意識到，要想正確地理解這個評價，首先需要對道爾頓的原子學(xué)說進行再一次的學(xué)習(xí)和思考，于是她翻開了教科書和筆記，找到了相應(yīng)的內(nèi)容。筆記本上關(guān)于道爾頓原子學(xué)說的要點共3條，即：①化學(xué)元素均由不可再分的微粒構(gòu)成，該微粒稱為原子。原子在一切化學(xué)變化中均保持其不可再分性。②同一元素的所有原子質(zhì)量和性質(zhì)都相同；不同元素的原子質(zhì)量和性質(zhì)都不同。③不同的元素化合時，它們的原子按簡單整數(shù)比結(jié)合成化合物。重新閱讀后，小沛進一步明確了元素和原子兩個概念之間的區(qū)別和聯(lián)系，并且認識到它們是學(xué)習(xí)和理解原子學(xué)說的核心要點。其次。小沛認識到以原子質(zhì)量來定義和區(qū)分化學(xué)元素是道爾頓最重要的貢獻。從道爾頓提出原子學(xué)說距今已超過兩個世紀，其間雖然陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了同位素、放射性元素等與道爾頓原子學(xué)說相悖的事實，包括科學(xué)界完成了對原子精細結(jié)構(gòu)的認識之后，人們對化學(xué)元素的認識已經(jīng)遠遠超過道爾頓時代。但是化學(xué)元素原子間以原子質(zhì)量相區(qū)別的概念仍然保留著它的正確性，科學(xué)界對相對原子質(zhì)量測定方法和數(shù)據(jù)精確性的不懈追求是最有力的證明。

小沛在反復(fù)思考以上總結(jié)時，進一步發(fā)現(xiàn)教材中介紹的被稱為化學(xué)語言的化學(xué)式、化合價、化學(xué)反應(yīng)方程式，以及后來廣泛應(yīng)用的化學(xué)結(jié)構(gòu)式等曾經(jīng)使得初學(xué)者感到困惑的概念和知識，其實都是以道爾頓原子學(xué)說為基礎(chǔ)的，亦即化學(xué)元素在物質(zhì)穩(wěn)定存在和發(fā)生變化時是保持不變的。在這個前提下，化學(xué)體系遵循質(zhì)量守恒定律就是不言而喻的了。

基于這樣的理解。小沛突然發(fā)現(xiàn)，用化學(xué)符號組成的化學(xué)式、化學(xué)反應(yīng)方程式和化學(xué)結(jié)構(gòu)式不僅能夠呈現(xiàn)出化學(xué)物質(zhì)的組成和推斷其可能發(fā)生的變化，而且能夠產(chǎn)生引人入勝的美感，這是科學(xué)特有的簡潔之美！與此同時，小沛對于溫故而知新的古訓(xùn)也有了進一步的領(lǐng)會。同學(xué)們，你們也曾有過這樣的經(jīng)歷和領(lǐng)會嗎？

責(zé)任編輯 侯秀姣 彭德利