現(xiàn)行化學(xué)教材“質(zhì)量守恒定律”表述邏輯之探討

譚景瑤

摘要： 從數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)、計(jì)量學(xué)、物理學(xué)和語言習(xí)慣五個(gè)角度對(duì)現(xiàn)行化學(xué)教材“質(zhì)量守恒定律”的表述進(jìn)行分析，對(duì)支持該表述的三種主流觀點(diǎn)進(jìn)行剖析，最終對(duì)該表述修改為“大量實(shí)驗(yàn)證明，化學(xué)反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。這個(gè)規(guī)律就叫做質(zhì)量守恒定律”。

關(guān)鍵詞： 質(zhì)量守恒定律; 表述邏輯; 化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)： 1005-6629（2022）05-0095-03

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

現(xiàn)行人教版化學(xué)教材中的質(zhì)量守恒定律被表述為：“大量實(shí)驗(yàn)證明，參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和”;滬教版、魯教版、科粵版以及仁愛版教材也采用了基本相同的表述，即通常說的“反應(yīng)物的質(zhì)量總和等于產(chǎn)物的質(zhì)量總和”?，F(xiàn)將相關(guān)表述列于表1。

眾所周知，質(zhì)量守恒定律是一條基本的科學(xué)定律，如何在教材中科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乇硎鲈摱?，無疑是一項(xiàng)重要的工作。筆者從以下六個(gè)方面來論證現(xiàn)行化學(xué)教材“質(zhì)量守恒定律”的表述不夠嚴(yán)謹(jǐn)，有悖邏輯。

1 數(shù)學(xué)的角度

化歸思想是數(shù)學(xué)研究活動(dòng)中的一種基本思想，它是指將未知的、陌生的、復(fù)雜的問題通過某種變換轉(zhuǎn)化為已知的、熟悉的、簡(jiǎn)單的問題，從而使問題得到順利解決。進(jìn)行數(shù)學(xué)研究時(shí)，等號(hào)前面是待求解的未知量，等號(hào)后面則是確定的已知量，這種約定俗成的表達(dá)次序符合化歸思想的運(yùn)用規(guī)律。如果不作出這樣的約定，很容易造成理解上的混亂?，F(xiàn)舉例如下：

題目A： 已知∠α，求作∠β，使得∠β=∠α。

題目B： 已知∠α，求作∠β，使得∠α=∠β。

很明顯，題目A是一道比較簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問題;但面對(duì)題目B，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)工作者都會(huì)覺得很疑惑。究其原因，是因?yàn)榈忍?hào)前后的未知量和已知量的次序顛倒了，不符合化歸思想的運(yùn)用規(guī)律。從數(shù)學(xué)的角度來看，反應(yīng)物的質(zhì)量總和是已知量，應(yīng)當(dāng)置于等號(hào)后面，產(chǎn)物的質(zhì)量總和是未知量，應(yīng)當(dāng)置于等號(hào)前面，不能顛倒次序。

2 邏輯學(xué)的角度

因果關(guān)系是現(xiàn)實(shí)世界中最重要、最基本的一種邏輯關(guān)系。在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物與反應(yīng)物的質(zhì)量總和是因，產(chǎn)物與產(chǎn)物的質(zhì)量總和是果;反應(yīng)物與反應(yīng)物的質(zhì)量總和在化學(xué)反應(yīng)前就是確定的，產(chǎn)物與產(chǎn)物的質(zhì)量總和產(chǎn)生在化學(xué)反應(yīng)后，是未知的。在邏輯學(xué)中，人們常用未知的“果”去和確定的“因”相比較，不用確定的“因”去和未知的“果”相比較，這與數(shù)學(xué)的化歸思想是一致的。因此，“反應(yīng)物的質(zhì)量總和等于產(chǎn)物的質(zhì)量總和”的表述是不符合邏輯的。

3 計(jì)量學(xué)的角度

科學(xué)計(jì)量的程序是： 在測(cè)量前，必須先確定好參考物（標(biāo)準(zhǔn)），然后運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)被測(cè)物進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的結(jié)果其實(shí)就是將被測(cè)物和參考物相比較后得出的結(jié)論。測(cè)量結(jié)果的正確表述可能是“被測(cè)物大于、等于或者小于參考物”，而“參考物大于、等于或者小于被測(cè)物”則是錯(cuò)誤的表述。譬如使用天平測(cè)量某物體的質(zhì)量時(shí)，我們是將被測(cè)物體放置于天平的左側(cè)托盤內(nèi)，然后不斷加減砝碼到天平右邊的托盤內(nèi)以及移動(dòng)天平的游碼，直至天平完全平衡。假設(shè)此時(shí)右邊的砝碼加上游碼剛好是1千克，正確表述該測(cè)量結(jié)果應(yīng)該是“該物體的質(zhì)量等于1千克”，而“1千克等于該物體的質(zhì)量”則是錯(cuò)誤的表述?；瘜W(xué)變化中，反應(yīng)物的質(zhì)量總和是參考物，而產(chǎn)物的質(zhì)量總和則是被測(cè)物，質(zhì)量守恒是指化學(xué)反應(yīng)后被測(cè)物的質(zhì)量沒有發(fā)生變化依然等于參考物的質(zhì)量，所以正確的表述應(yīng)當(dāng)是“產(chǎn)物的質(zhì)量總和等于反應(yīng)物的質(zhì)量總和”。

4 物理學(xué)的角度

物理學(xué)因其發(fā)展歷史進(jìn)程中和數(shù)學(xué)走得最近，所以數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性已經(jīng)深深滲入到它的每一個(gè)角落。相對(duì)來說，物理學(xué)比化學(xué)等其他自然科學(xué)要更嚴(yán)謹(jǐn)一些，所以它應(yīng)該能夠提供一些樣板給我們作為參考，以光的反射定律為例：“實(shí)驗(yàn)證明，光發(fā)生反射時(shí)，反射光線、入射光線與法線在同一平面內(nèi);反射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè);反射角等于入射角”。顯然，入射角是確定的因，反射角是未知的果，故該定律中“反射角等于入射角”的表述完全符合邏輯學(xué)的因果邏輯和數(shù)學(xué)的化歸思想。據(jù)筆者所知，尚未發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)肅的科學(xué)文獻(xiàn)將光的反射定律表述成“實(shí)驗(yàn)證明，……入射角等于反射角”。因此，“反應(yīng)物的質(zhì)量總和等于產(chǎn)物的質(zhì)量總和”的表述邏輯與光的反射定律的表述邏輯不相容。

5 語言習(xí)慣的角度

假如某棵桃樹春天開了100朵花，夏天結(jié)了100個(gè)桃，人們會(huì)說“這棵桃樹夏天結(jié)果的數(shù)量等于它春天開花的數(shù)量”，而不會(huì)說“這棵桃樹春天開花的數(shù)量等于它夏天結(jié)果的數(shù)量”。又譬如，我們描述一對(duì)父子的相貌特別相像時(shí)，習(xí)慣的說法是“這兒子長(zhǎng)得真像他父親”，而如果有誰說“這父親長(zhǎng)得真像他兒子”，肯定會(huì)淪為笑柄。由此可見，現(xiàn)行化學(xué)教材關(guān)于質(zhì)量守恒定律的表述也不符合日常的語言習(xí)慣。

6 與其他觀點(diǎn)的探討

針對(duì)現(xiàn)行化學(xué)教材“質(zhì)量守恒定律”的表述，有幾種支持的主流觀點(diǎn)，筆者在此將與這些觀點(diǎn)的探討闡述如下。

觀點(diǎn)A： 現(xiàn)行化學(xué)教材“質(zhì)量守恒定律”的表述符合權(quán)威詞典的解釋。

《中國大百科全書（第二版）》是這樣表述質(zhì)量守恒定律的：“在任何與周圍隔絕的體系中，不論發(fā)生何種變化或過程，其總質(zhì)量始終保持不變?；蛘哒f，化學(xué)變化只能改變物質(zhì)的組成，但不能創(chuàng)造物質(zhì)，也不能消滅物質(zhì)，又稱物質(zhì)不滅定律。”[1]據(jù)此有觀點(diǎn)認(rèn)為現(xiàn)行化學(xué)教材“質(zhì)量守恒定律”的表述符合權(quán)威詞典的解釋。依照《現(xiàn)代漢語詞典（第6版）》的解釋，“變”的基本釋義是： 和原來不同。顯然，“不變”的基本釋義應(yīng)當(dāng)是： 和原來相同。因此，筆者認(rèn)為《中國大百科全書（第二版）》的表述“……其總質(zhì)量始終保持不變……”應(yīng)當(dāng)是指化學(xué)反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，而非“參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和”。所以現(xiàn)行化學(xué)教材“質(zhì)量守恒定律”的表述實(shí)際上違背了《中國大百科全書（第二版）》的權(quán)威解釋。

《化學(xué)辭典（第二版）》是這樣表述質(zhì)量守恒定律的：“即物質(zhì)不滅律。在化學(xué)反應(yīng)中，物質(zhì)的組成、性質(zhì)可以變化，但質(zhì)量不改變;即反應(yīng)物的總質(zhì)量等于產(chǎn)物的總質(zhì)量……”[2]，認(rèn)為現(xiàn)行化學(xué)教材關(guān)于質(zhì)量守恒定律的表述符合權(quán)威詞典的觀點(diǎn)很可能來源于此。筆者查閱了另外三部權(quán)威化學(xué)詞典工具書，詳細(xì)情況列表如下（見表2）。

顯然，表2中三部權(quán)威工具書關(guān)于質(zhì)量守恒定律的表述邏輯和內(nèi)涵是完全相同的，都表述為“產(chǎn)物的質(zhì)量總和等于反應(yīng)物的質(zhì)量總和”，均與現(xiàn)行化學(xué)教材關(guān)于質(zhì)量守恒定律的表述邏輯和內(nèi)涵不一致。所以，現(xiàn)行化學(xué)教材關(guān)于質(zhì)量守恒定律的表述符合權(quán)威詞典的解釋的觀點(diǎn)是非常片面的。

再者，權(quán)威也不一定完全正確。歷史上類似這樣的例子有不少，最有名的例子莫過于托勒密的日心說和亞里士多德關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)。唯有經(jīng)得起科學(xué)和事實(shí)檢驗(yàn)或者符合邏輯的觀點(diǎn)才是正確的。

觀點(diǎn)B： 現(xiàn)行化學(xué)教材“質(zhì)量守恒定律”的表述來自歷史傳承。

1947年的《開明化學(xué)新教本》關(guān)于質(zhì)量守恒定律的表述“一切的化學(xué)變化，變化之前的質(zhì)量總和，必與變化后所生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和相等”[6];新中國成立后1953年蘇聯(lián)編譯本教材關(guān)于質(zhì)量守恒定律的表述“參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的總重量，必等于反應(yīng)后生成的物質(zhì)的總重量”[7]。上述淵源形成了現(xiàn)行化學(xué)教材“質(zhì)量守恒定律”的表述來自歷史傳承的觀點(diǎn)。筆者認(rèn)為： 排除當(dāng)時(shí)質(zhì)量和重量的概念混淆不清的問題，上述《開明化學(xué)新教本》與新中國成立后的蘇聯(lián)編譯本教材的表述都存在和現(xiàn)行化學(xué)教材同樣的問題，這種表述違背了因果邏輯，是有瑕疵的;歷史傳承不應(yīng)當(dāng)傳承有瑕疵的知識(shí)。

觀點(diǎn)C： 質(zhì)量守恒定律不過是用數(shù)量關(guān)系表達(dá)物質(zhì)不滅的觀點(diǎn)，不需要過分較真反應(yīng)物質(zhì)量總和與產(chǎn)物質(zhì)量總和在表述時(shí)前后的次序。

筆者認(rèn)為： 如果等號(hào)前后的兩個(gè)事物沒有前因后果聯(lián)系，僅存在數(shù)量關(guān)系或互為因果關(guān)系，表述時(shí)確實(shí)無需區(qū)分前后次序;但是如果等號(hào)前后兩個(gè)事物存在前因后果關(guān)系，表述二者數(shù)量關(guān)系時(shí)必須明確前后次序。從某種程度來說，我們可以把反應(yīng)物當(dāng)做父親，產(chǎn)物當(dāng)做孩子，反應(yīng)物的質(zhì)量總和看做父親的相貌，產(chǎn)物的質(zhì)量總和看做孩子的相貌，“反應(yīng)物的質(zhì)量總和等于產(chǎn)物的質(zhì)量總和”的表述，相當(dāng)于說父親的相貌像孩子的相貌，完全不符合邏輯和日常的語言習(xí)慣，必須更正過來。符合邏輯的表述，可以使得一條科學(xué)定律更嚴(yán)謹(jǐn)、更完美。

綜上六點(diǎn)所述，筆者建議： 從科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，現(xiàn)行化學(xué)教材應(yīng)將質(zhì)量守恒定律的表述修改為“大量實(shí)驗(yàn)證明，化學(xué)反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。這個(gè)規(guī)律就叫做質(zhì)量守恒定律”。這樣的表述邏輯與其他基礎(chǔ)科學(xué)理論的表述邏輯完全相容，準(zhǔn)確地表述了質(zhì)量守恒定律的本質(zhì)，體現(xiàn)了科學(xué)定律的嚴(yán)謹(jǐn)性。

教材可以看作是每一個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)的出發(fā)原點(diǎn)，是我們絕大多數(shù)人衡量其他知識(shí)的標(biāo)桿。要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋硎霰磉_(dá)能力，教材的示范作用就顯得極其重要，這就要求教材的每一個(gè)細(xì)節(jié)都應(yīng)該做到盡善盡美。因此對(duì)于教材上的內(nèi)容，哪怕是細(xì)微的完善，也是有百利而無一害的。

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[7][蘇聯(lián)]列夫欽科. 人民教育出版社編譯. 高級(jí)中學(xué)課本·化學(xué)（第一冊(cè)）[M]. 北京： 人民教育出版社， 1953： 18.