从化学史看定量实验研究法的学科价值

薛丽娟

摘要：由拉瓦锡定量研究化学反应的这段史实，结合初中化学教学，得出从假说到实验、从定性到定量、从部分到整体、从分解到化合等相关学科思想和方法的重要性。

关键词：化学史；定量研究；质量守恒定律；拉瓦锡

文章编号：1008—0546（2017）11—0024—02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.008

上教版九年级化学第四章第2节“化学反应中的质量关系”的活動与探究中引入波义耳和拉瓦锡对化学反应进行定量研究的史实，进而启发学生通过设计定量实验得出质量守恒定律。如果说化学教材尝试还原化学史实的话，质量守恒这节内容其存在的目的除了知识本身的价值之外，必然也是希望学生可以逐步从定量的角度研究化学，并且知道如何进行定量的研究。回顾质量守恒定律被发现的这段史实，对帮助老师深入理解教材的设计理念和培养学生相关学科精神和方法具有较深远的意义。

一、从假说到实验：真理需建立在实验基础之上

17世纪，是科学世界空前繁荣的世纪，在这之前科学研究方法只有假说，而这一时期科学研究的方法开始改变，实验开始受到科学家们的重视。波义耳被称为化学之父，是因为他首先认识到化学必须是为真理而追求真理的化学。为了达到这个目的必须抛弃自古以来的空想的方法并立足于严密的实验基础之上。在这种思想的指导下，波义耳对各种假说进行了研究并且留下了很多功绩。在学习第4章之前，学生其实也接触了很多“假说”，比如化学反应前后元素种类不变；化学变化的实质是分子分解成原子，原子重新结合成新的分子等。对于这些老师“授予”的知识，严格来讲在学生那里只是“假设”或“猜想”，任何猜想都需要实验去验证，这是学生首先必须树立的科学素养。

二、从定性到定量：揭示化学变化的本质特点

对燃烧现象的认识和探索，是推动化学发展的一个非常重要的环节。“燃素说”是其中影响最深的一个学说，持有这种观点的人认为物质具有可燃性，是因为这些物质中含有燃素，燃烧的过程就是燃素释放的过程，燃素释放得越多燃烧现象就越剧烈。失去燃素的物质如果和富含燃素的物质相互作用（即金属的冶炼），则可以重新变得可燃。有限的空间内可燃物之所以不能继续燃烧，是因为该空间内的燃素已经达到饱和，可燃物中的燃素无法释放。这是从定性的角度解释燃烧这一变化，似乎很有说服力，但若从定量的角度深思，则燃素说就无法解释一些现象了，比如说：金属燃烧释放了燃素但为何它的质量却变重了。当然对此燃素说信奉者有自己的诡辩，但却很难自圆其说了。

那个时期很少有人从定量的角度思考化学变化，就更别说如何从定量的角度去研究了。拉瓦锡被称为定量化学之父，就是因为在那个时期他用定量研究的手段击败了统治百年多的燃素说，并且得出了质量守恒定律。上教版九年级化学也是首先通过认识各种化学现象帮助学生开启化学之门的，这些现象主要是一些不需要借助相关仪器“观察”到的现象，如：发光、发热、有刺激性气味、有沉淀生成等。在学习第4章之前，学生还没有真正意义上面临这种从定性到定量的学习“冲突”或“矛盾”，若借助“燃素说”这段化学史引入、启发也许可以很好地解决“为什么学”的问题。

三、从“部分”到“整体”：系统的定量既要明确的实验对象也要排除任何可能干扰

拉瓦锡是如何揭开燃烧的本质的呢？首先，他将天平作为不可缺少的武器，并充分发挥了它的效能。其次对待实验他细致严谨，排除任何可能的影响因素。金属燃烧后质量增加，那么其他物质燃烧是否也同样如此呢？通过实验他给出了肯定的答案。非金属物质的燃烧其产物一般为气体或粉末（如碳燃烧和磷燃烧），所以实验时必须密闭才能得出物质燃烧之后产物的质量增加这一普遍现象。由于是在密闭环境中进行的该实验，所以其增加部分必然来自空气。

很多初中化学老师在讲解质量守恒定律的实验设计时，都会指出设计实验时如果有气体参加或生成，装置必须密闭，言外之意是若没有气体参与或生成则不需要密闭。其实在密闭容器中研究是实验设计必须有的思想，这与化学变化是否有气体参加或气体生成，并无直接关系。

四、从分解到化合：研究物质组成的常用思路

拉瓦锡在揭示燃烧变化同时发现氧气的存在。其实拉瓦锡还要感谢普里斯特列给他带来的启发，相传当时普里斯特列对氧气的制取、性质已经做了很多实验。但他认为他所发现的这种气体是不含燃素的气体。

拉瓦锡重复了普里斯特列的实验，在密闭的曲颈甑中加热汞，观察到银白色的汞变成红色，曲颈甑中的空气减少了1/5，将红色粉末放入另一曲颈甑中加热，红色粉末变成了原来的水银，并且产生了普里斯特列所说的那种气体，体积与原来空气中失去的那一部分气体完全相同，质量则为水银到红色粉末所增加的质量，这种气体与剩余的4/5气体混合，又变成普通的空气。

初中化学在研究物质组成时，最常用的实验设计方法就是化合或分解。如上教版九年级化学第4章之前，用分解法认识铜绿的组成，并推断出铜生锈的条件；分别用分解和化合的方法认识了水的组成等。在初中所学的四大基本反应类型中，化合反应和分解反应相对简单易懂，但其在认识物质组成上的作用和意义是老师和学生常常忽略的要点。

五、总结

在目前的一线教学中，由于网上资源的庞大和易获取，使得老师们无意之中抛弃了最基本的教学资源——教材，也就失去了对教材深入思考的机会。另一方面，初中化学教材作为化学学习的启蒙书籍，其设计思路贯穿了很多化学史的痕迹，而化学史的发展是推动化学发展的最有说服力的逻辑线。endprint