化學歷史中的科學方法
閱讀：399發布時間：2012-12-14
化學歷史中的科學方法科學史充滿了故事,這些故事展現了科學發展的軌跡。從故事的細節中我們能夠深感科學方法和思想在這一過程中所起的作用。借助歷史教訓的做法不是新思想,也不僅僅是在化學學科上。但作為化學教學,如果它的目的不僅僅是將重點放在知識的傳授上,那么和知識本身同樣重要的能力也許是我們教學中追求的更高目標。而能力的獲取固然與知識的積累有關（重視知識的積累與更新當然是沒有錯!）但從歷史的角度上分析所學知識產生的過程,沿著所學知識的產生和發展過程能給予我們什么樣的啟示,以及在這一過程中了解有關科學家是怎樣發現問題、解決問題是一件非常有意義的工作。也許就知識而言,它對我們當今科學的發展作用不是很大,但蘊藏在這些知識體系產生及發展中的科學思想、方法、理念及精神都是人類永遠值得珍惜的寶貴財富。在我看來,成功的經驗固然是財富,失敗的教訓何嘗也不是一筆難得的財富。因此,從歷史的教訓中汲取營養恐怕在于我們少步入前人的思想誤區。也許這是人類思維中某種“缺陷”特征使之易于光顧的誤區。更何況這些錯誤是來自人們所崇拜的大科學家,這更應使我們后人引以為戒。
1錯誤的理論:Prestley與燃素說
化學歷史中的科學方法理論的沖突不是災難,而是一種幸運。下面將從科學發展的例子來說明其中的意義,“燃素”理論的化學學科中一個*的錯誤理論,它作為一個典型事例被科學工作者及教育工作者廣泛關注,用以說明科學是如何進步的。錯誤理論是逐漸被人們所認識的,取而代之的新理論的出現也并非自動產生。Prestley（普利斯特列）所堅持的燃素說提供了一個*的例子。在AntoineLavoisier確定了現在被我們認為是正確的事實后,Prestley還一直相信燃素理論。*,他對燃素說一直堅持到他生命的終結。為什么在證據和反燃素說觀點大壓力面前,他仍堅持燃素說?不是因為他在某種程度上比Lavoisier缺乏唯物和開放的頭腦。從Prest-ley在18世紀末給法國化學家的信中所述,你也許會想到些什么。“沒有人愿意去說服自己放棄被認為是的判斷。”只有當來自Prestley臨終時作為燃素說的壓力變小時,反燃素說地位才能確立。Prestley在他的時代被稱為“燃素說博士”。作為“燃素說”,他為自己所堅持的學說辨護,通過對不同證據采取不同傾向性解釋（也許他自己很難意識到這一點）,以獲得不同的結論。例如,汞在空氣中加熱能產生其氧化物,再進一步加熱又變為金屬汞。其實對這一實驗事實的解釋成為反燃素說正確與否的關鍵。看看他對實驗的解釋吧。他認為金屬是一種單質,燃渣是金屬與空氣組成的化合物。現在看來,這樣的結論是符合某些實驗事實的。另一方面,他又強調許多其它燃渣需要有一類試劑（如氫氣、活潑碳、鐵）來產生金屬。他認為這些金屬是燃渣與燃素組成的化合物。同時他在反駁燃素說質疑燃素質量的不確定性時,也認為這樣的質疑是合理的。但他認為光、熱這些不易確定量的因素也是物質。Prestley用燃素說去解釋許多反燃素說作為至關重要的實驗。如水的分析與合成,并報導一些利用反燃素說當時不能解釋的實驗。其實這些實驗只是包含著當時人們還不十分清楚的副反應或雜質而已。氮的原子量是大家知道的,同時,科學上也有一條十分明確的原理說明,一定質量物質中的原子的平均重量是相等的。但已故的瑞利勛爵和已故的冉賽爵士從所做的兩個試驗中發現。如果用兩種不同的方法獲得含氮化合物,并分別測得氮的原子量,兩次結果始終有一點差別。請問如果他們因為科學觀察與化學理論之間發生沖突而感到失望,那么能不能說是理智的行為呢?如果將這一問題簡單化,只是在相互爭論中,爭出你對我錯,很可能就會失去了蘊涵在這種差別中的本質所在。失去揭示這種差異真正秘密的可能性。事實上他們兩人都認為自己找到了某種觀察途徑。根據這條途徑可能發現某種以往沒有觀察出來的精細化學理論。事實與理論之間的這種出入并不是一種災難,反而是一種開拓化學知識領域的機會。大家都知道,這個故事的結果是什么。后來氫被發現了!這種新的化學元素不知不覺地藏在里面和氮混在一起。但故事到此還沒有完。正是這一發現,使人們注意觀察了用不同方法提取的化學物質之間的細致差別。接著就有人用zui精密的方法進行觀察。終于有另一個物理學家弗•威•阿斯頓在英國劍橋的卡文迪許實驗室里誕生。甚至同一元素可能具有兩三種不同的形式,叫作同位素。平均原子量不變的法則在各組同位素中是適用的。但在各同位素之間則略有差別。這一研究使得化學理論的力量大大加強了原先由氫的發現而引起的研究,獲得了青出于藍而勝于藍的意義。這一故事的意義是一目了然的。矛盾可能是失敗的標志,但在實際知識的發展中,矛盾也可能是走向勝利的*步。這不是對不同意見必然作出zui大限度容忍的充分理由。象圣經里的一句話:“容這兩樣一齊長,等著收割。”有些捷徑只能獲得表面的成功,只要你愿意拋棄一半的證據。你可以很容易找到在邏輯上是和諧的。同時,在事實的領域中也適用的理論。每個時代都出現過邏輯清晰的智者,他們能理解人類某些經驗領域的意義,但惟有堅定不移地耐心考慮全部證據,才能避免象流行見解一樣,在兩個之間搖擺,這種忠言雖極平常,但卻很難做到。這也許是人類思維品質中的固有缺陷所致,這種缺陷足以使我們感受到它對科學發展所帶來的影響。
