關(guān)于質(zhì)量守恒定律的化學(xué)史教學(xué)的思考

質(zhì)量穩(wěn)定法是化學(xué)發(fā)展史上的一項重要發(fā)現(xiàn)。這是作者在定量研究和分析影響到各化合物的質(zhì)量時總結(jié)的一項重要規(guī)則，為19世紀(jì)的化學(xué)理論和實踐發(fā)展開辟了道路。在義務(wù)教育階段,質(zhì)量守恒定律是化學(xué)學(xué)科中的重要基本理論,是學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)必備的理論基礎(chǔ)。因此,不同版本的教科書中都加入了一些關(guān)于質(zhì)量守恒定律的化學(xué)史素材,許多教師在這一主題的教學(xué)中經(jīng)常會適時進行相關(guān)的化學(xué)史教學(xué)。科學(xué)地開展化學(xué)史教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,幫助他們了解化學(xué)發(fā)展的歷史,正確認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)。然而,筆者通過對多節(jié)在質(zhì)量守恒定律這一主題教學(xué)中開展化學(xué)史教學(xué)的課堂進行觀察與分析發(fā)現(xiàn),許多教師在教學(xué)過程中存在著對教科書中的科學(xué)史素材理解簡單化,缺乏對相關(guān)的化學(xué)史教學(xué)資源進行深入理解與開發(fā),甚至憑借個人主觀臆斷與猜想來解釋和說明化學(xué)史實的問題。這樣的教學(xué)非但不能很好地發(fā)揮化學(xué)史應(yīng)有的價值和功能,相反,有時倒會使學(xué)生片面地理解化學(xué)發(fā)展的歷史,形成錯誤的科學(xué)史觀和科學(xué)本質(zhì)觀。產(chǎn)生這些問題的主要原因是教師在教學(xué)過程中缺乏科學(xué)的歷史觀和科學(xué)哲學(xué)觀的指導(dǎo),對相關(guān)的科學(xué)史素材理解和運用不當(dāng)。通過對不同版本教科書和經(jīng)典化學(xué)史著作的研究,筆者對質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)者,質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)時間,質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程,開展質(zhì)量守恒定律化學(xué)史教學(xué)的視角等幾個問題進行了研究與思考,提出自己的一些觀點,期望與廣大教師共同探討。1拉瓦錫是質(zhì)量守恒思想在化學(xué)科學(xué)發(fā)展中的重要地位我們發(fā)現(xiàn),我國提及到質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)過程的化學(xué)教科書都只把拉瓦錫(A.L.Lavoisier)作為唯一的發(fā)現(xiàn)者,對于在拉瓦錫之前就曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)和闡述過質(zhì)量守恒思想的俄國化學(xué)家羅蒙諾索夫(L.W.Lomonossow)卻只字未提。很多教師在教學(xué)過程中亦是如此,在介紹質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)過程時,完全按照記敘文中的時間、地點、人物、事件這4個要素來逐條簡要交代,對質(zhì)量守恒思想產(chǎn)生、發(fā)展的過程,以及前人所作的貢獻(xiàn)都未加以說明。這樣做造成的結(jié)果是,學(xué)生只把“四要素”作為要點來記憶,無法真正了解質(zhì)量守恒思想產(chǎn)生、發(fā)展的歷史脈絡(luò),難以體會質(zhì)量守恒定律對化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重要作用,更不能認(rèn)識到科學(xué)發(fā)展的積累性、暫時性、創(chuàng)造性等本質(zhì)特征。我們曾經(jīng)對153位剛進入大學(xué)一年級化學(xué)專業(yè)的學(xué)生進行過調(diào)查,有超過90%的學(xué)生只知道拉瓦錫是質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)者,對其他方面內(nèi)容基本不了解。在化學(xué)史上,有些重大發(fā)現(xiàn)是由多名化學(xué)家經(jīng)歷一個不斷完善的過程來完成的,有時還存在著同一時期的不同化學(xué)家對同一問題進行研究,并最終都取得類似重要結(jié)論的情況。在質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程中,上述兩種情形同時存在。通過對多本權(quán)威化學(xué)史著作的研究發(fā)現(xiàn),科學(xué)史研究者普遍認(rèn)同羅蒙諾索夫也曾經(jīng)獨立發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量守恒定律?！霸?756年前后,俄國化學(xué)家羅蒙諾索夫在反復(fù)進行金屬煅燒實驗中,發(fā)現(xiàn)金屬煅燒后的增重是由于金屬與玻璃管中空氣結(jié)合的結(jié)果。他雖然沒能徹底地否定燃素,但他卻是第一個較為清楚地表達(dá)了化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒的思想。由于多種原因,羅蒙諾索夫的發(fā)現(xiàn)和他闡述的質(zhì)量守恒思想對當(dāng)時科學(xué)思想的進步并沒有產(chǎn)生明顯的影響?！崩咤a在早期的化學(xué)實驗中就開始運用天平來定量研究化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量變化,通過大量的實驗,他發(fā)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)過程中質(zhì)量守恒這一規(guī)律性,并在1789年出版的著作《化學(xué)綱要》中用清晰的語言把質(zhì)量守恒定律表達(dá)出來。如果說舍勒(C.W.Sheele)和普里斯特利(J.Priestley)都被認(rèn)為是氧氣的發(fā)現(xiàn)者,門捷列夫(Mendelejeff)和邁爾(J.L.Meyer)可以共同分享發(fā)現(xiàn)元素周期律的榮譽,并分別獲得戴維金質(zhì)獎?wù)?我們認(rèn)為,羅蒙諾索夫也應(yīng)該作為質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)者之一而被引入化學(xué)教科書和化學(xué)教學(xué)中來。這樣,學(xué)生才可以對科學(xué)發(fā)現(xiàn)有更全面、客觀的認(rèn)識。2質(zhì)量守恒定律目前,很多化學(xué)教師在介紹質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)過程時存在著2個不同的發(fā)現(xiàn)時間:1774年或1777年。經(jīng)過對教科書的分析和對教師進行訪談發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)發(fā)現(xiàn)時間不同的原因之一是不同版本教科書中對拉瓦錫進行氧化汞分解與合成實驗記錄的時間不一致;另一個主要原因是由于許多教師把拉瓦錫從這個實驗得出的結(jié)果直接等同于或升華為質(zhì)量守恒定律。我們查閱了多部化學(xué)史著作,沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)時間的明確記載。僅憑拉瓦錫獲得的一個實驗結(jié)果就認(rèn)定他發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律的時間是不科學(xué)的。因為,“一個現(xiàn)象的實例不是一條規(guī)律,一批實例的總和也不是規(guī)律,只有這些現(xiàn)象的實例顯示出一種不變關(guān)系的時候,才能說自然界展現(xiàn)出一種規(guī)律性;也只有思維對這條規(guī)律加以正確的反映、把握,并形成一種普遍的命題或陳述時,一條科學(xué)定律才算形成?！庇纱丝梢?一種規(guī)律性是否經(jīng)過思維的科學(xué)加工,并以普遍命題表述出來可以作為科學(xué)定律被確定的標(biāo)準(zhǔn)之一。羅蒙諾索夫和拉瓦錫通過大量的實驗研究分別發(fā)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)過程中質(zhì)量守恒這一規(guī)律性,并分別在1756年和1789年以普遍命題的形式把質(zhì)量守恒定律清晰表述出來。所以,我們可以認(rèn)為質(zhì)量守恒定律被2人獨立發(fā)現(xiàn)的時間是1756年和1789年。不同的是,羅蒙諾索夫的發(fā)現(xiàn)在大約一百年后才引起了學(xué)術(shù)界的贊揚和驚奇,拉瓦錫的研究成果很快就被許多化學(xué)家所了解。直到愛因斯坦提出質(zhì)能方程,質(zhì)量守恒定律由經(jīng)驗定律發(fā)展成為理論定律。3化學(xué)史觀的內(nèi)容追求扁平化,造成了科學(xué)發(fā)現(xiàn)雖然羅蒙諾索夫和拉瓦錫分別發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律都只用了十幾年的時間,但從質(zhì)量守恒思想的產(chǎn)生,到質(zhì)量守恒定律從理論上被證明卻經(jīng)歷了一百多年。這一歷程充分體現(xiàn)了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程性和復(fù)雜性。由于受教學(xué)時間等多種條件的限制,在化學(xué)教學(xué)中插入部分化學(xué)史內(nèi)容的做法通常無法把科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程詳細(xì)地全面展開,要對其進行適當(dāng)?shù)剡x擇與精煉。但這決不意味著可以隨意改編歷史事實,更不能把科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程簡單化、模式化。把拉瓦錫分解與合成氧化汞實驗的結(jié)果等同于質(zhì)量守恒定律,把拉瓦錫進行這個實驗的時間認(rèn)定為質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)時間的做法就是這一傾向最典型的體現(xiàn)。這樣的化學(xué)史教學(xué)往往會造成學(xué)生對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識簡單化、片面化,非常不利于學(xué)生正確科學(xué)本質(zhì)觀的形成。筆者在一次課堂教學(xué)觀摩中就發(fā)現(xiàn)了多名同學(xué)有類似的認(rèn)識。當(dāng)時教師介紹說:“1673年,波義耳(R.Boyle)在敞口的容器中加熱金屬,結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后質(zhì)量增加了。1777年,拉瓦錫在密閉容器中加熱分解氧化汞,卻發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后質(zhì)量沒有改變,于是,他就發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量守恒定律?！睂W(xué)生們在意識到實驗條件對實驗結(jié)果的影響同時,也有一些同學(xué)很自然地提出:“波義耳真笨,這么簡單的問題都發(fā)現(xiàn)不了”、“原來科學(xué)研究這么簡單,我要是生活在那個時代也能成為化學(xué)家”。還有的教師在介紹完這段歷史后提出“為什么波義耳與質(zhì)量守恒定律擦肩而過啊?”。這完全是憑教師的主觀臆斷而對科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程的一種簡單化。要想避免學(xué)生對質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)過程認(rèn)識的簡單化,教師要追溯質(zhì)量守恒思想產(chǎn)生、發(fā)展的歷史脈絡(luò),選擇一些能夠代表不同發(fā)展階段的典型人物和事件,以客觀、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言把人物和事件按照歷史發(fā)展與邏輯統(tǒng)一的原則組織在一起。經(jīng)過研究與分析,我們認(rèn)為質(zhì)量守恒思想從產(chǎn)生到發(fā)展成為理論定律,大致經(jīng)歷以下幾個階段。(1)物質(zhì)要被創(chuàng)造,又不能消滅從使用天平進行定量研究開始,就有很多與化學(xué)相關(guān)的研究是建立在“物質(zhì)在化學(xué)變化過程中,既不能被創(chuàng)造,又不能被消滅”這一樸素的唯物論思想基礎(chǔ)之上。17世紀(jì)的醫(yī)藥化學(xué)家海爾蒙特(J.B.V.Helmont)做過的著名柳樹實驗就是以這一思想為指導(dǎo)的。(2)自覺運用馬克思主義科學(xué)從17世紀(jì)下半葉起,隨著定量實驗的廣泛應(yīng)用,質(zhì)量守恒思想已經(jīng)被許多化學(xué)家自覺運用到他們的科學(xué)實驗中。例如,英國化學(xué)家布萊克(J.Black)在發(fā)現(xiàn)固定空氣(二氧化碳)的過程中,化學(xué)大師舍勒、卡文迪許(H.Cavendish)、普里斯特利在對氣體的定量研究中,都應(yīng)用和體現(xiàn)了質(zhì)量守恒原理。(3)質(zhì)量守恒定律的結(jié)構(gòu)原理羅蒙諾索夫和拉瓦錫2位化學(xué)家通過大量的實驗研究,總結(jié)出化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒的規(guī)律性,并以普遍命題的形式把質(zhì)量守恒定律清晰表述出來。隨著測量儀器精度的提高,質(zhì)量守恒定律的正確性不斷被科學(xué)家所驗證和承認(rèn)。(4)eminte質(zhì)能方程的提出20世紀(jì)初,愛因斯坦(AlbertEinstein)質(zhì)能方程的提出從理論上再次證明了質(zhì)量守恒定律的正確性,質(zhì)量守恒定律在認(rèn)識形式上由經(jīng)驗定律發(fā)展成理論定律。4從定量研究的視角進行化學(xué)史教學(xué)很多教師在進行質(zhì)量守恒定律的教學(xué)時,都只是把它作為一個重要的理論內(nèi)容傳授給學(xué)生,強調(diào)它在化學(xué)方程式書寫和化學(xué)計算中的作用,忽略了它所具有的方法論價值和對學(xué)生定量的化學(xué)觀形成的積極影響。在進行相關(guān)的化學(xué)史教學(xué)時,教師大多只介紹定律的發(fā)現(xiàn)者、發(fā)現(xiàn)時間、發(fā)現(xiàn)的簡單過程和拉瓦錫的貢獻(xiàn)。對于質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)的背景及其在化學(xué)發(fā)展史上的重要地位涉及較少。這樣的化學(xué)史教學(xué)很難讓學(xué)生理解質(zhì)量守恒定律對化學(xué)科學(xué)發(fā)展和化學(xué)學(xué)習(xí)的意義,更無法體會拉瓦錫在定量研究方面的卓越貢獻(xiàn)。嚴(yán)格來說,一門科學(xué)只有當(dāng)它達(dá)到了定量研究階段,才真正稱得上是科學(xué)。在化學(xué)發(fā)展史上,質(zhì)量守恒定律的重要地位在于它是第一個科學(xué)的計量定律,為從質(zhì)量角度研究化學(xué)變化提供了依據(jù),為當(dāng)量定律、定比定律等化學(xué)計量定律的提出奠定了基礎(chǔ),并成為道爾頓原子論的理論支柱。拉瓦錫的偉大之處在于他通過嚴(yán)格的定量實驗,對化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量變化情況進行了研究,并運用理論思維把這種規(guī)律性提升為普遍適用的科學(xué)定律。此后,定量方法成為化學(xué)研究的主要方法,為化學(xué)進一步確立為現(xiàn)代科學(xué)樹立了一個重要的里程碑。質(zhì)和量都是事物本身所固有的規(guī)定性,都有多個方面。區(qū)別事物的質(zhì)是認(rèn)識事物的開始,而由質(zhì)進到量,則是對事物認(rèn)識的深化。學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)也要經(jīng)歷一個由定性認(rèn)識到定量認(rèn)識的深化過程。質(zhì)量守恒定量的學(xué)習(xí)恰好是義務(wù)教育階段學(xué)生開始定量認(rèn)識和研究化學(xué)變化的轉(zhuǎn)折點,因此,從定量研究的視角來進行相關(guān)的化學(xué)史教學(xué),在學(xué)生理解質(zhì)量守恒