袁振東+杜衛(wèi)民+王曉瑾

摘要：在收集有關原子-分子論發(fā)展史資料基礎上，針對初中化學關于原子-分子論發(fā)展史教育中的薄弱環(huán)節(jié)，建議中學教師在教學中能分析對比相關史料，客觀、準確地描述從原子論到分子學說的發(fā)展過程，了解原子和分子如何從假說到客觀實在，知道原子和分子中文譯名的由來，從而提高學生的科學素養(yǎng)和人文素養(yǎng)。

關鍵詞：原子-分子論發(fā)展史；化學史教育

文章編號：1005–6629（2014）2–0075–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

關于原子-分子論發(fā)展史的教育，筆者近來利用為初中化學教師培訓班講學的機會對參訓的初中化學教師進行了群體訪談，如2012年10月陜西師范大學承辦的“國培計劃”——陜西省農村中小學教師培訓（2012）置換研修培訓（初中化學）班、2011年11月河南師范大學承辦的“國培計劃”——農村教師短期培訓（初中化學）班、2012年10月河南師范大學承辦的“國培計劃”——河南省農村中小學教師培訓（2012）置換研修培訓（初中化學）班、2011年11月安陽師范學院承辦的安陽市初中化學骨干教師培訓班等。結果發(fā)現(xiàn)，初中化學教師大都通過閱讀與教科書配套的教師教學用書或其他化學史著作了解原子、分子概念的發(fā)展史，但對于原子和分子從假說變?yōu)榭陀^實在的歷史過程尚不清楚。究其原因，老師們閱讀的相關史料中要么不涉及此方面內容，要么極為簡略地概述。為此，在原子-分子論發(fā)展史的教育中，以下三方面的問題值得注意。

1 客觀、準確地描述從原子論到分子學說的發(fā)展過程

關于原子概念，不少相關著作中常常將其追溯到古代，并介紹了不同古代文明中的類似說法。

客觀而言，不同古代文明中與現(xiàn)代原子、分子概念相似的觀點都是人類文明史中的重要內容。但從化學思想史的角度看，現(xiàn)代原子的概念源于古希臘的哲學思想，正如科學社會學家約瑟夫·本-戴維（Joseph BenDavid）所述，科學活動和科學家的社會角色是經過幾個世紀的發(fā)展才出現(xiàn)在西歐少數(shù)幾個國家之中的；到了19世紀以后，這種科學活動及科學家角色才逐漸傳播到世界的其他地方?？茖W活動及科學家角色在世界其他地方的出現(xiàn)，并不是由這些地區(qū)的傳統(tǒng)知識和知識分子演變而來，而只是接受西方文明的結果[1]。

值得廣大初中化學教師注意的是，個別相關著作中提供的相關史料不夠準確。例如，《義務教育教科書教師用書化學》（九年級上冊）（人民教育出版社，2012年）中關于分子概念發(fā)展的敘述出現(xiàn)了嚴重的錯誤，書中提到：“法國化學家蓋·呂薩克（J. L. Gay-Lussac，1778～1850）通過氣體反應體積定律提出了分子假說作為對原子學說的補充。之后意大利的阿伏伽德羅于1811年發(fā)表了一篇論文，引入了分子的概念，并指出分子跟原子的區(qū)別和聯(lián)系?！边z憾的是，書中沒有指明文獻來源。但目前學界較為一致的看法是，阿伏伽德羅提出分子假說，而不是蓋·呂薩克。

初中化學教師所用的化學史資料主要來源于與教科書配套的教師用書、教輔材料及網(wǎng)絡文章等，但這些史料相對粗略且大都沒有文獻出處。初中化學教師對于這些史料的使用大都如同使用化學教科書一樣不加甄別。結果，一些不詳或不實的史料造成化學史教育中的錯誤，從而影響了對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，在原子-分子論發(fā)展史教育中，建議初中化學教師閱讀一些化學史專著和相關的化學史研究論文，對相關內容進行一定的分析對比（也可咨詢專家），形成自己的教學思想和觀點，以保證在教學中客觀、準確地描述從原子論到分子學說的發(fā)展過程。

2 了解原子和分子如何從假說變?yōu)榭陀^實在

事實上，直至20世紀初，原子和分子的真實性才得到證實。而已有的中文化學史書籍大都限于對20世紀以前的化學發(fā)展的研究。少數(shù)研究20世紀化學發(fā)展的著作，如郭保章編著的《20世紀化學史》（江西教育出版社，1988）等，也缺乏相關的專門論述。

從教育價值的角度看，這段史實對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)有著重要的作用，不僅能讓學生了解化學思想的發(fā)展過程，而且能了解從提出假說到驗證假說的曲折研究過程，從中感悟科學探究的真諦。因此，建議初中化學教師了解這段歷史。

雖然原子-分子論能很好地解釋許多化學、物理現(xiàn)象，但由于觀察條件的限制，當時的許多科學家仍然懷疑原子和分子的真實性。例如，發(fā)現(xiàn)苯分子環(huán)狀結構的化學家凱庫勒（F. A. Kekulé，1892～1896）聲稱：“原子是否存在的問題，從化學觀點來說是沒有意義的，……從哲學觀點來說，我不相信原子的實際存在。”關于原子和分子的真實性的爭論曾一直是科學界的一個重要問題。這一問題的解決始于20世紀初愛因斯坦（A. Einstein，1879～1955）等人對布朗運動的研究[2]。

1827年，英國植物學家布朗（R. Brown，1773～1858）發(fā)現(xiàn)了“布朗運動”（Brownian Movement）。布朗觀察的目的是為了研究植物的受精過程，他選取克拉花屬植物雄蕊花粉中的微粒，用顯微鏡觀察它們在水中的行為。值得注意的是，目前的大多數(shù)教科書和文章中都說是布朗觀察了花粉，這其實是個錯誤，因為花粉粒子大小約100μm，而能顯示布朗運動的微粒要比這一尺寸小兩個數(shù)量級才行。根據(jù)布朗的文獻，他觀察的是花粉中的微粒，大概是細胞質粒之類。布朗觀察到微粒在不停地迅速地移動，總是處于無規(guī)則的騷動，而沒有趨于靜止的跡象。他明智地推斷這種運動必定是一種物理現(xiàn)象，而不是生物現(xiàn)象。他強調這一現(xiàn)象的原因尚不明了，但否定了是由于液體蒸發(fā)或者由于微粒之間相互吸引和排斥所致。這樣，他雖然沒有找到解釋，但認識到這是一種新的特殊的運動。這種現(xiàn)象究竟意味著什么？有些科學家認為是一種生物現(xiàn)象，也有人認為是雄性生命的特性，也有科學家認為是因加熱不均勻，而在液體中形成對流。直到19世紀70年代，才有科學家利用液體分子的熱運動給予解釋。

愛因斯坦相信世界是物質的，相信原子和分子是存在的。從聯(lián)邦工業(yè)大學畢業(yè)以后，他就開始尋找能證明原子和分子存在的有力證據(jù)。一方面，他在顯微鏡下仔細地觀察布朗運動；另一方面，他發(fā)明了將統(tǒng)計學和力學結合起來的新的統(tǒng)計力學的方法，并利用該方法深入研究懸浮粒子在流體中的運動。他分析了原子和分子的運動及其與熱之間的關系，計算出布朗運動的規(guī)律，得到了關于布朗運動的精確的數(shù)學理論。1905年4月和5月，他把這一研究成果寫成兩篇論文：“分子大小的新測定法”和“熱的分子運動論所要求的靜液中懸浮粒子的運動”。其中，前一篇論文是他向蘇黎世大學申請博士學位的論文，當年以單行本在伯爾尼（Berne）出版，后一篇論文則在當年萊比錫（Leipzip）的《物理學雜志》上發(fā)表。在這兩篇論文中，愛因斯坦從理論上科學地闡明了布朗運動產生的原因，并從懸浮粒子位移的平均值推算出單位體積中流體的分子數(shù)目，提出了一種通過觀察布朗運動測定分子實際大小的新方法。就在差不多同時，奧地利科學家斯莫路霍夫斯基（M. Von Smoluchowski）也做出了同樣的成果。他們的理論圓滿地回答了布朗運動的本質問題，證明了微粒的運動是由于液體粒子從四面八方對它們的撞擊引起的。愛因斯坦在第二篇論文的最后，向實驗物理學家呼吁，希望他們能用實驗證實他的這一理論。3年后這一任務就由法國物理學家佩蘭（J. B. Perin，1870～1942）和瑞典化學家斯維德伯格（T. Svedberg，1884～1971）分別完成了。為此，他們二人于1926年分別獲得了諾貝爾物理學獎和化學獎。這里還應該提到1902年齊格蒙第（Richard Zsigmondy，1865～1929）發(fā)明的超顯微鏡，這是實驗科學上的重大進展。利用它可直接看到和測定膠體粒子的布朗運動，從而證實了膠體粒子的真實性。為此，齊格蒙第獲得1925年諾貝爾化學獎。佩蘭和斯維德伯格測定布朗運動就是用超顯微鏡進行的。

愛因斯坦等人的研究成果終于證明了分子和原子的客觀存在。從此以后，科學上關于原子和分子真實性的爭論即告終結。法國著名數(shù)學家、物理學家龐加萊（J. Henri Poincaré，1854～1912）在1913年總結說：“佩蘭對原子數(shù)目的光輝測定完成了原子論的勝利，化學家的原子論現(xiàn)在是一個真實存在。”

3 知道原子和分子中文譯名的由來

當把引自西方的化學語言譯為中文時，往往很難找到對應的詞匯。于是，就必須創(chuàng)造或引進一些規(guī)范而統(tǒng)一的譯名，使之在傳播中容易被接受。清末民初，隨著原子論和分子學說在中國逐漸傳播，其中文譯名也發(fā)生了一些變化。該變化過程不僅反映了化學思想在中國的傳播過程，也反映了與當時中國社會狀況相關的人文內涵。從教學的實際需要看，初中化學教師若能知道這兩個中文名稱的由來，對挖掘與此相關的人文內涵很有幫助。

原子和分子的中文譯名是隨著原子論和分子學說在清末民初的傳播逐漸形成并普及的，大致分為兩個時期：19世紀和20世紀初期。

在19世紀，科學在中國的傳播和教育是伴隨著西方傳教士在中國傳教活動而展開的，其中，傳教士扮演了主要角色。在中國學者的幫助下，傳教士翻譯了一些化學著作并逐漸傳播了原子論和分子學說。在這一時期，中文化學著作中大都把“Atom”和“Molecule”譯為“某點”。例如，1886年美國人丁韙良編譯了《化學入門》，該書是第一本介紹原子學說的中文化學著作。書中問：“物之微點分有二類，何也？”其回答是：“分原質與雜質，如養(yǎng)氣與輕氣，其各點皆為原質，不能再分，合為水則成雜質。[3]”所謂“微點”即指原子，很明顯，書中所介紹的理論是道爾頓的原子論。1899年，美國人福開森（J·C·Ferguson，1866～1945）翻譯出版的《化學新編》一書的“總引”中有一段論述“質點（molecule）”的文字：“凡物皆極微之點所成，此極微點雖不化合而時動。在一質內，其微點皆同，亦與質同形，此微點，化學家名為質點。質點即一質內極微之點，至不能再分。此質點獨立，即不能分，如與他可化合之質即能分。其所能分者，乃質點內極小之點，名為小質點（atom）。[4]”這里所謂的“質點”是指分子，而“小質點”就是原子。這一段論述不僅說明了原子和分子概念，而且也闡述了原子和分子的關系。

甲午戰(zhàn)爭之后，中國開始從日本引進西方科學。至20世紀初，已有大量日文化學書籍被留日學生譯介過來。受日文的影響，其中大都把“atom”和“molecule”譯為“原子”和“分子”。1903年，虞和欽（1879～1944）在《科學世界》雜志上發(fā)表了“論原子量”一文。文中介紹“原子說”如下：“凡原質極小分子（已達不能再分之界）即自原子而成，而此原子有一定之重量。凡諸化合物皆自此原子結合成立者也。自達爾頓（今譯道爾頓）得此原子思想后，近世學術界多利用之[5]。”這是已查閱文獻中最早使用“原子”和“分子”作為“Atom”和“Molecule”譯名的文獻。這顯然是采用了日語譯名。

1900年，曾經留日的杜亞泉（1873-1933）在其個人編輯出版的《亞泉雜志》上發(fā)表了“質點論”[6]一文，文中談到：“物質由極細之質點連接而成，謂之微點。同一物質必同一樣之微點構成。其諸微點之形性重量皆同。故雖一微點，仍不失其本質之性。……微點者尚為二原點或數(shù)原點合成。則原點之微更甚于微點矣?！边@里的“微點”是指能保持原物質化學性質的分子，比“微點”更微的“原點”就是原子。杜亞泉在這里采用了傳統(tǒng)的“點”來翻譯日文中的“原子”和“分子”。但很快他就直接使用“原子”和“分子”作為譯名了。例如，1905年上海商務印書館出版了杜亞泉譯訂的《化學新教科書》，該書是根據(jù)日本人吉田彥六郎所著的《化學新教科書》翻譯成的，書中談到：“近世學者所公認，無論何種物質均為分子所成?！肿诱邔崬楸确肿痈≌咧?。此更小者謂之原子。[7] ”1907年，由嚴復主持、學部審定科編纂的《化學語匯》（商務印書館代印出版發(fā)行）中，把“Atom”和“Molecule”的譯名定為“原子”和“分子”。學部的審定使這兩個譯名首次得到統(tǒng)一。

至1923年，由任鴻雋（1886～1961）起草、全國教育會聯(lián)合會新學制課程標準起草委員會公布的“新學制課程綱要高級中學第二組必修的化學課程綱要”中的“內容部分”規(guī)定學生學習“化學上之重要概念，如原子、分子、原子量、分子式、原子價等”。這說明在國家公布的教學指導性文件中已經確定了以“原子”和“分子”作為“Atom”和“Molecule”的譯名。

4 結語

從化學思想史、文明史及科學社會學的角度看，在原子-分子論發(fā)展史教育中，初中化學教師若能分析對比相關史料，形成教學思想，就能客觀、準確地描述從原子論到分子學說的演進過程。從科學方法論角度看，初中化學教師需了解原子和分子從假說到客觀實在的發(fā)展過程，從中挖掘有利于科學方法論教育的課程資源，提高學生的科學素養(yǎng)。從文化傳播史的角度看，初中化學教師需知道原子和分子中文譯名的由來，以便在教學中進行相關的人文教育，增強學生的人文素養(yǎng)。

參考文獻：

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

[2]袁振東，朱敬.在科學的入口處30位化學家的貢獻[M].武漢：湖北少年兒童出版社，2008：7～11.

[3][美]丁韙良.格物入門卷六化學[M].上海：上海美華書館，1899：8.

[4][美]福開森譯.化學新編[M].上海：上海美華書館，1899：4.

[5]虞和欽.論原子量[J].科學世界，1903，（2）：27～34.

[6]杜亞泉.質點論[J].亞泉雜志，1900，（1）：6～9.

[7][日]吉田彥六郎著，杜亞泉譯訂.化學新教科書[M].上海：商務印書館，1905，1907：55～56.