從化學(xué)史看定量實(shí)驗(yàn)研究法的學(xué)科價(jià)值

薛麗娟

摘要：由拉瓦錫定量研究化學(xué)反應(yīng)的這段史實(shí)，結(jié)合初中化學(xué)教學(xué)，得出從假說到實(shí)驗(yàn)、從定性到定量、從部分到整體、從分解到化合等相關(guān)學(xué)科思想和方法的重要性。

關(guān)鍵詞：化學(xué)史；定量研究；質(zhì)量守恒定律；拉瓦錫

文章編號(hào)：1008—0546（2017）11—0024—02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.008

上教版九年級(jí)化學(xué)第四章第2節(jié)“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”的活動(dòng)與探究中引入波義耳和拉瓦錫對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行定量研究的史實(shí)，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生通過設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)得出質(zhì)量守恒定律。如果說化學(xué)教材嘗試還原化學(xué)史實(shí)的話，質(zhì)量守恒這節(jié)內(nèi)容其存在的目的除了知識(shí)本身的價(jià)值之外，必然也是希望學(xué)生可以逐步從定量的角度研究化學(xué)，并且知道如何進(jìn)行定量的研究?；仡欃|(zhì)量守恒定律被發(fā)現(xiàn)的這段史實(shí)，對(duì)幫助老師深入理解教材的設(shè)計(jì)理念和培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)學(xué)科精神和方法具有較深遠(yuǎn)的意義。

一、從假說到實(shí)驗(yàn)：真理需建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上

17世紀(jì)，是科學(xué)世界空前繁榮的世紀(jì)，在這之前科學(xué)研究方法只有假說，而這一時(shí)期科學(xué)研究的方法開始改變，實(shí)驗(yàn)開始受到科學(xué)家們的重視。波義耳被稱為化學(xué)之父，是因?yàn)樗紫日J(rèn)識(shí)到化學(xué)必須是為真理而追求真理的化學(xué)。為了達(dá)到這個(gè)目的必須拋棄自古以來的空想的方法并立足于嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上。在這種思想的指導(dǎo)下，波義耳對(duì)各種假說進(jìn)行了研究并且留下了很多功績。在學(xué)習(xí)第4章之前，學(xué)生其實(shí)也接觸了很多“假說”，比如化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變；化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)是分子分解成原子，原子重新結(jié)合成新的分子等。對(duì)于這些老師“授予”的知識(shí)，嚴(yán)格來講在學(xué)生那里只是“假設(shè)”或“猜想”，任何猜想都需要實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證，這是學(xué)生首先必須樹立的科學(xué)素養(yǎng)。

二、從定性到定量：揭示化學(xué)變化的本質(zhì)特點(diǎn)

對(duì)燃燒現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和探索，是推動(dòng)化學(xué)發(fā)展的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)?！叭妓卣f”是其中影響最深的一個(gè)學(xué)說，持有這種觀點(diǎn)的人認(rèn)為物質(zhì)具有可燃性，是因?yàn)檫@些物質(zhì)中含有燃素，燃燒的過程就是燃素釋放的過程，燃素釋放得越多燃燒現(xiàn)象就越劇烈。失去燃素的物質(zhì)如果和富含燃素的物質(zhì)相互作用（即金屬的冶煉），則可以重新變得可燃。有限的空間內(nèi)可燃物之所以不能繼續(xù)燃燒，是因?yàn)樵摽臻g內(nèi)的燃素已經(jīng)達(dá)到飽和，可燃物中的燃素?zé)o法釋放。這是從定性的角度解釋燃燒這一變化，似乎很有說服力，但若從定量的角度深思，則燃素說就無法解釋一些現(xiàn)象了，比如說：金屬燃燒釋放了燃素但為何它的質(zhì)量卻變重了。當(dāng)然對(duì)此燃素說信奉者有自己的詭辯，但卻很難自圓其說了。

那個(gè)時(shí)期很少有人從定量的角度思考化學(xué)變化，就更別說如何從定量的角度去研究了。拉瓦錫被稱為定量化學(xué)之父，就是因?yàn)樵谀莻€(gè)時(shí)期他用定量研究的手段擊敗了統(tǒng)治百年多的燃素說，并且得出了質(zhì)量守恒定律。上教版九年級(jí)化學(xué)也是首先通過認(rèn)識(shí)各種化學(xué)現(xiàn)象幫助學(xué)生開啟化學(xué)之門的，這些現(xiàn)象主要是一些不需要借助相關(guān)儀器“觀察”到的現(xiàn)象，如：發(fā)光、發(fā)熱、有刺激性氣味、有沉淀生成等。在學(xué)習(xí)第4章之前，學(xué)生還沒有真正意義上面臨這種從定性到定量的學(xué)習(xí)“沖突”或“矛盾”，若借助“燃素說”這段化學(xué)史引入、啟發(fā)也許可以很好地解決“為什么學(xué)”的問題。

三、從“部分”到“整體”：系統(tǒng)的定量既要明確的實(shí)驗(yàn)對(duì)象也要排除任何可能干擾

拉瓦錫是如何揭開燃燒的本質(zhì)的呢？首先，他將天平作為不可缺少的武器，并充分發(fā)揮了它的效能。其次對(duì)待實(shí)驗(yàn)他細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)，排除任何可能的影響因素。金屬燃燒后質(zhì)量增加，那么其他物質(zhì)燃燒是否也同樣如此呢？通過實(shí)驗(yàn)他給出了肯定的答案。非金屬物質(zhì)的燃燒其產(chǎn)物一般為氣體或粉末（如碳燃燒和磷燃燒），所以實(shí)驗(yàn)時(shí)必須密閉才能得出物質(zhì)燃燒之后產(chǎn)物的質(zhì)量增加這一普遍現(xiàn)象。由于是在密閉環(huán)境中進(jìn)行的該實(shí)驗(yàn)，所以其增加部分必然來自空氣。

很多初中化學(xué)老師在講解質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)指出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)如果有氣體參加或生成，裝置必須密閉，言外之意是若沒有氣體參與或生成則不需要密閉。其實(shí)在密閉容器中研究是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必須有的思想，這與化學(xué)變化是否有氣體參加或氣體生成，并無直接關(guān)系。

四、從分解到化合：研究物質(zhì)組成的常用思路

拉瓦錫在揭示燃燒變化同時(shí)發(fā)現(xiàn)氧氣的存在。其實(shí)拉瓦錫還要感謝普里斯特列給他帶來的啟發(fā)，相傳當(dāng)時(shí)普里斯特列對(duì)氧氣的制取、性質(zhì)已經(jīng)做了很多實(shí)驗(yàn)。但他認(rèn)為他所發(fā)現(xiàn)的這種氣體是不含燃素的氣體。

拉瓦錫重復(fù)了普里斯特列的實(shí)驗(yàn)，在密閉的曲頸甑中加熱汞，觀察到銀白色的汞變成紅色，曲頸甑中的空氣減少了1/5，將紅色粉末放入另一曲頸甑中加熱，紅色粉末變成了原來的水銀，并且產(chǎn)生了普里斯特列所說的那種氣體，體積與原來空氣中失去的那一部分氣體完全相同，質(zhì)量則為水銀到紅色粉末所增加的質(zhì)量，這種氣體與剩余的4/5氣體混合，又變成普通的空氣。

初中化學(xué)在研究物質(zhì)組成時(shí)，最常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法就是化合或分解。如上教版九年級(jí)化學(xué)第4章之前，用分解法認(rèn)識(shí)銅綠的組成，并推斷出銅生銹的條件；分別用分解和化合的方法認(rèn)識(shí)了水的組成等。在初中所學(xué)的四大基本反應(yīng)類型中，化合反應(yīng)和分解反應(yīng)相對(duì)簡單易懂，但其在認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成上的作用和意義是老師和學(xué)生常常忽略的要點(diǎn)。

五、總結(jié)

在目前的一線教學(xué)中，由于網(wǎng)上資源的龐大和易獲取，使得老師們無意之中拋棄了最基本的教學(xué)資源——教材，也就失去了對(duì)教材深入思考的機(jī)會(huì)。另一方面，初中化學(xué)教材作為化學(xué)學(xué)習(xí)的啟蒙書籍，其設(shè)計(jì)思路貫穿了很多化學(xué)史的痕跡，而化學(xué)史的發(fā)展是推動(dòng)化學(xué)發(fā)展的最有說服力的邏輯線。endprint