原子—分子论发展史教育中值得注意的问题*

袁振东+杜卫民+王晓瑾

摘要：在收集有关原子-分子论发展史资料基础上，针对初中化学关于原子-分子论发展史教育中的薄弱环节，建议中学教师在教学中能分析对比相关史料，客观、准确地描述从原子论到分子学说的发展过程，了解原子和分子如何从假说到客观实在，知道原子和分子中文译名的由来，从而提高学生的科学素养和人文素养。

关键词：原子-分子论发展史；化学史教育

文章编号：1005–6629（2014）2–0075–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

关于原子-分子论发展史的教育，笔者近来利用为初中化学教师培训班讲学的机会对参训的初中化学教师进行了群体访谈，如2012年10月陕西师范大学承办的“国培计划”——陕西省农村中小学教师培训（2012）置换研修培训（初中化学）班、2011年11月河南师范大学承办的“国培计划”——农村教师短期培训（初中化学）班、2012年10月河南师范大学承办的“国培计划”——河南省农村中小学教师培训（2012）置换研修培训（初中化学）班、2011年11月安阳师范学院承办的安阳市初中化学骨干教师培训班等。结果发现，初中化学教师大都通过阅读与教科书配套的教师教学用书或其他化学史著作了解原子、分子概念的发展史，但对于原子和分子从假说变为客观实在的历史过程尚不清楚。究其原因，老师们阅读的相关史料中要么不涉及此方面内容，要么极为简略地概述。为此，在原子-分子论发展史的教育中，以下三方面的问题值得注意。

1 客观、准确地描述从原子论到分子学说的发展过程

关于原子概念，不少相关著作中常常将其追溯到古代，并介绍了不同古代文明中的类似说法。

客观而言，不同古代文明中与现代原子、分子概念相似的观点都是人类文明史中的重要内容。但从化学思想史的角度看，现代原子的概念源于古希腊的哲学思想，正如科学社会学家约瑟夫·本-戴维（Joseph BenDavid）所述，科学活动和科学家的社会角色是经过几个世纪的发展才出现在西欧少数几个国家之中的；到了19世纪以后，这种科学活动及科学家角色才逐渐传播到世界的其他地方。科学活动及科学家角色在世界其他地方的出现，并不是由这些地区的传统知识和知识分子演变而来，而只是接受西方文明的结果[1]。

值得广大初中化学教师注意的是，个别相关著作中提供的相关史料不够准确。例如，《义务教育教科书教师用书化学》（九年级上册）（人民教育出版社，2012年）中关于分子概念发展的叙述出现了严重的错误，书中提到：“法国化学家盖·吕萨克（J. L. Gay-Lussac，1778～1850）通过气体反应体积定律提出了分子假说作为对原子学说的补充。之后意大利的阿伏伽德罗于1811年发表了一篇论文，引入了分子的概念，并指出分子跟原子的区别和联系。”遗憾的是，书中没有指明文献来源。但目前学界较为一致的看法是，阿伏伽德罗提出分子假说，而不是盖·吕萨克。

初中化学教师所用的化学史资料主要来源于与教科书配套的教师用书、教辅材料及网络文章等，但这些史料相对粗略且大都没有文献出处。初中化学教师对于这些史料的使用大都如同使用化学教科书一样不加甄别。结果，一些不详或不实的史料造成化学史教育中的错误，从而影响了对学生科学素养的培养。因此，在原子-分子论发展史教育中，建议初中化学教师阅读一些化学史专著和相关的化学史研究论文，对相关内容进行一定的分析对比（也可咨询专家），形成自己的教学思想和观点，以保证在教学中客观、准确地描述从原子论到分子学说的发展过程。

2 了解原子和分子如何从假说变为客观实在

事实上，直至20世纪初，原子和分子的真实性才得到证实。而已有的中文化学史书籍大都限于对20世纪以前的化学发展的研究。少数研究20世纪化学发展的著作，如郭保章编著的《20世纪化学史》（江西教育出版社，1988）等，也缺乏相关的专门论述。

从教育价值的角度看，这段史实对培养学生的科学素养有着重要的作用，不仅能让学生了解化学思想的发展过程，而且能了解从提出假说到验证假说的曲折研究过程，从中感悟科学探究的真谛。因此，建议初中化学教师了解这段历史。

虽然原子-分子论能很好地解释许多化学、物理现象，但由于观察条件的限制，当时的许多科学家仍然怀疑原子和分子的真实性。例如，发现苯分子环状结构的化学家凯库勒（F. A. Kekulé，1892～1896）声称：“原子是否存在的问题，从化学观点来说是没有意义的，……从哲学观点来说，我不相信原子的实际存在。”关于原子和分子的真实性的争论曾一直是科学界的一个重要问题。这一问题的解决始于20世纪初爱因斯坦（A. Einstein，1879～1955）等人对布朗运动的研究[2]。

1827年，英国植物学家布朗（R. Brown，1773～1858）发现了“布朗运动”（Brownian Movement）。布朗观察的目的是为了研究植物的受精过程，他选取克拉花属植物雄蕊花粉中的微粒，用显微镜观察它们在水中的行为。值得注意的是，目前的大多数教科书和文章中都说是布朗观察了花粉，这其实是个错误，因为花粉粒子大小约100μm，而能显示布朗运动的微粒要比这一尺寸小两个数量级才行。根据布朗的文献，他观察的是花粉中的微粒，大概是细胞质粒之类。布朗观察到微粒在不停地迅速地移动，总是处于无规则的骚动，而没有趋于静止的迹象。他明智地推断这种运动必定是一种物理现象，而不是生物现象。他强调这一现象的原因尚不明了，但否定了是由于液体蒸发或者由于微粒之间相互吸引和排斥所致。这样，他虽然没有找到解释，但认识到这是一种新的特殊的运动。这种现象究竟意味着什么？有些科学家认为是一种生物现象，也有人认为是雄性生命的特性，也有科学家认为是因加热不均匀，而在液体中形成对流。直到19世纪70年代，才有科学家利用液体分子的热运动给予解释。

爱因斯坦相信世界是物质的，相信原子和分子是存在的。从联邦工业大学毕业以后，他就开始寻找能证明原子和分子存在的有力证据。一方面，他在显微镜下仔细地观察布朗运动；另一方面，他发明了将统计学和力学结合起来的新的统计力学的方法，并利用该方法深入研究悬浮粒子在流体中的运动。他分析了原子和分子的运动及其与热之间的关系，计算出布朗运动的规律，得到了关于布朗运动的精确的数学理论。1905年4月和5月，他把这一研究成果写成两篇论文：“分子大小的新测定法”和“热的分子运动论所要求的静液中悬浮粒子的运动”。其中，前一篇论文是他向苏黎世大学申请博士学位的论文，当年以单行本在伯尔尼（Berne）出版，后一篇论文则在当年莱比锡（Leipzip）的《物理学杂志》上发表。在这两篇论文中，爱因斯坦从理论上科学地阐明了布朗运动产生的原因，并从悬浮粒子位移的平均值推算出单位体积中流体的分子数目，提出了一种通过观察布朗运动测定分子实际大小的新方法。就在差不多同时，奥地利科学家斯莫路霍夫斯基（M. Von Smoluchowski）也做出了同样的成果。他们的理论圆满地回答了布朗运动的本质问题，证明了微粒的运动是由于液体粒子从四面八方对它们的撞击引起的。爱因斯坦在第二篇论文的最后，向实验物理学家呼吁，希望他们能用实验证实他的这一理论。3年后这一任务就由法国物理学家佩兰（J. B. Perin，1870～1942）和瑞典化学家斯维德伯格（T. Svedberg，1884～1971）分别完成了。为此，他们二人于1926年分别获得了诺贝尔物理学奖和化学奖。这里还应该提到1902年齐格蒙第（Richard Zsigmondy，1865～1929）发明的超显微镜，这是实验科学上的重大进展。利用它可直接看到和测定胶体粒子的布朗运动，从而证实了胶体粒子的真实性。为此，齐格蒙第获得1925年诺贝尔化学奖。佩兰和斯维德伯格测定布朗运动就是用超显微镜进行的。

爱因斯坦等人的研究成果终于证明了分子和原子的客观存在。从此以后，科学上关于原子和分子真实性的争论即告终结。法国著名数学家、物理学家庞加莱（J. Henri Poincaré，1854～1912）在1913年总结说：“佩兰对原子数目的光辉测定完成了原子论的胜利，化学家的原子论现在是一个真实存在。”

3 知道原子和分子中文译名的由来

当把引自西方的化学语言译为中文时，往往很难找到对应的词汇。于是，就必须创造或引进一些规范而统一的译名，使之在传播中容易被接受。清末民初，随着原子论和分子学说在中国逐渐传播，其中文译名也发生了一些变化。该变化过程不仅反映了化学思想在中国的传播过程，也反映了与当时中国社会状况相关的人文内涵。从教学的实际需要看，初中化学教师若能知道这两个中文名称的由来，对挖掘与此相关的人文内涵很有帮助。

原子和分子的中文译名是随着原子论和分子学说在清末民初的传播逐渐形成并普及的，大致分为两个时期：19世纪和20世纪初期。

在19世纪，科学在中国的传播和教育是伴随着西方传教士在中国传教活动而展开的，其中，传教士扮演了主要角色。在中国学者的帮助下，传教士翻译了一些化学著作并逐渐传播了原子论和分子学说。在这一时期，中文化学著作中大都把“Atom”和“Molecule”译为“某点”。例如，1886年美国人丁韪良编译了《化学入门》，该书是第一本介绍原子学说的中文化学著作。书中问：“物之微点分有二类，何也？”其回答是：“分原质与杂质，如养气与轻气，其各点皆为原质，不能再分，合为水则成杂质。[3]”所谓“微点”即指原子，很明显，书中所介绍的理论是道尔顿的原子论。1899年，美国人福开森（J·C·Ferguson，1866～1945）翻译出版的《化学新编》一书的“总引”中有一段论述“质点（molecule）”的文字：“凡物皆极微之点所成，此极微点虽不化合而时动。在一质内，其微点皆同，亦与质同形，此微点，化学家名为质点。质点即一质内极微之点，至不能再分。此质点独立，即不能分，如与他可化合之质即能分。其所能分者，乃质点内极小之点，名为小质点（atom）。[4]”这里所谓的“质点”是指分子，而“小质点”就是原子。这一段论述不仅说明了原子和分子概念，而且也阐述了原子和分子的关系。

甲午战争之后，中国开始从日本引进西方科学。至20世纪初，已有大量日文化学书籍被留日学生译介过来。受日文的影响，其中大都把“atom”和“molecule”译为“原子”和“分子”。1903年，虞和钦（1879～1944）在《科学世界》杂志上发表了“论原子量”一文。文中介绍“原子说”如下：“凡原质极小分子（已达不能再分之界）即自原子而成，而此原子有一定之重量。凡诸化合物皆自此原子结合成立者也。自达尔顿（今译道尔顿）得此原子思想后，近世学术界多利用之[5]。”这是已查阅文献中最早使用“原子”和“分子”作为“Atom”和“Molecule”译名的文献。这显然是采用了日语译名。

1900年，曾经留日的杜亚泉（1873-1933）在其个人编辑出版的《亚泉杂志》上发表了“质点论”[6]一文，文中谈到：“物质由极细之质点连接而成，谓之微点。同一物质必同一样之微点构成。其诸微点之形性重量皆同。故虽一微点，仍不失其本质之性。……微点者尚为二原点或数原点合成。则原点之微更甚于微点矣。”这里的“微点”是指能保持原物质化学性质的分子，比“微点”更微的“原点”就是原子。杜亚泉在这里采用了传统的“点”来翻译日文中的“原子”和“分子”。但很快他就直接使用“原子”和“分子”作为译名了。例如，1905年上海商务印书馆出版了杜亚泉译订的《化学新教科书》，该书是根据日本人吉田彦六郎所著的《化学新教科书》翻译成的，书中谈到：“近世学者所公认，无论何种物质均为分子所成。……分子者实为比分子更小者之所成。此更小者谓之原子。[7] ”1907年，由严复主持、学部审定科编纂的《化学语汇》（商务印书馆代印出版发行）中，把“Atom”和“Molecule”的译名定为“原子”和“分子”。学部的审定使这两个译名首次得到统一。

至1923年，由任鸿隽（1886～1961）起草、全国教育会联合会新学制课程标准起草委员会公布的“新学制课程纲要高级中学第二组必修的化学课程纲要”中的“内容部分”规定学生学习“化学上之重要概念，如原子、分子、原子量、分子式、原子价等”。这说明在国家公布的教学指导性文件中已经确定了以“原子”和“分子”作为“Atom”和“Molecule”的译名。

4 结语

从化学思想史、文明史及科学社会学的角度看，在原子-分子论发展史教育中，初中化学教师若能分析对比相关史料，形成教学思想，就能客观、准确地描述从原子论到分子学说的演进过程。从科学方法论角度看，初中化学教师需了解原子和分子从假说到客观实在的发展过程，从中挖掘有利于科学方法论教育的课程资源，提高学生的科学素养。从文化传播史的角度看，初中化学教师需知道原子和分子中文译名的由来，以便在教学中进行相关的人文教育，增强学生的人文素养。

参考文献：

[1] Joseph Ben-David， The Scientists Rolein Society： A Comparative Study， Englewood Cliffs， NewJersey. Prentice-Hall. 1971：21.

[2]袁振东，朱敬.在科学的入口处30位化学家的贡献[M].武汉：湖北少年儿童出版社，2008：7～11.

[3][美]丁韪良.格物入门卷六化学[M].上海：上海美华书馆，1899：8.

[4][美]福开森译.化学新编[M].上海：上海美华书馆，1899：4.

[5]虞和钦.论原子量[J].科学世界，1903，（2）：27～34.

[6]杜亚泉.质点论[J].亚泉杂志，1900，（1）：6～9.

[7][日]吉田彦六郎著，杜亚泉译订.化学新教科书[M].上海：商务印书馆，1905，1907：55～56.