宗國慶

摘要： 通過近代以來化學(xué)發(fā)展歷程的考察，探尋影響其發(fā)展的四類關(guān)鍵性知識： 化學(xué)研究范式型知識、化學(xué)研究對象型知識、化學(xué)研究方法型知識與化學(xué)研究精神型知識。此四類知識奠定了化學(xué)教育的學(xué)科知識與經(jīng)驗基礎(chǔ)，是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵性與基礎(chǔ)性來源，并限定了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容范圍與作用載體，與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有一種對應(yīng)關(guān)系。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng); 學(xué)科溯源; 化學(xué)史; 學(xué)科知識

文章編號： 1005-6629（2020）11-0003-05

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

2018年新修訂高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布，標(biāo)志著我國化學(xué)教育已進(jìn)入學(xué)科核心素養(yǎng)時代[1]。課程標(biāo)準(zhǔn)的理解是其實施前提。通過近代以來化學(xué)發(fā)展歷程的考察，探尋出影響其發(fā)展的關(guān)鍵性知識。從而闡明化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的學(xué)科來源，為推進(jìn)新修訂化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的理解與實施提供裨益。主要分為三大部分，化學(xué)史的考察、從考察結(jié)果中提取的四類化學(xué)學(xué)科知識及其與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的對應(yīng)關(guān)系。

1? 化學(xué)史的考察

1.1? 16世紀(jì)： 近代化學(xué)誕生前夜——煉金術(shù)的實用化轉(zhuǎn)向

化學(xué)伴隨人類生產(chǎn)生活實踐的需要產(chǎn)生與發(fā)展，它與人類文明進(jìn)程同步。直至17世紀(jì)化學(xué)才贏得一門獨立科學(xué)的地位[2]。而這種獨立地位的贏得是脫胎于煉金術(shù)的必然結(jié)果。古希臘煉金術(shù)士們一直致力于尋求長生不老與點石成金的物質(zhì)——“哲人之石”，他們那充滿神秘與隱喻色彩的術(shù)語、符號與理論闡述方式使得煉金術(shù)體系混亂與模糊不堪，以至于騙子橫行，使其聲名狼藉。歷經(jīng)千年的失敗后，煉金術(shù)士們不再尋求貴賤金屬轉(zhuǎn)變的煉金方法，而只關(guān)心如何達(dá)成某種現(xiàn)實目的（如尋找某種醫(yī)術(shù)與醫(yī)藥、尋找某種采礦的方法、器械和試劑等）[3]。這種思潮對古老的煉金術(shù)沖擊巨大，使之發(fā)生了實用化范式轉(zhuǎn)向?！盁捊鹦g(shù)一詞具有比過去廣泛得多的含義，它可以表示加工天然原料使之適用新要求的任何過程，其首要目的在于制取藥物?！贬t(yī)藥化學(xué)始祖——帕拉塞爾蘇斯（P.A. Paracelsus， 1493～1541）就持這種觀點[4]。更為重要的是這種實用化范式轉(zhuǎn)向廣泛滲透于煉金術(shù)的研究內(nèi)容（醫(yī)藥化學(xué)與冶金化學(xué)）、研究方法（實地調(diào)查與實驗）與研究精神（宗教性的創(chuàng)新精神）中。但這種緊密聯(lián)系醫(yī)藥、冶金且過于注重實驗方法而忽略化學(xué)理論研究的研究范式，隨著時間的推移，越發(fā)遭人詬病，當(dāng)時的自然哲學(xué)家常常輕蔑地稱化學(xué)家是“被濃煙熏得漆黑的經(jīng)驗主義者”。由于缺乏合理的理論體系，大量零散的化學(xué)知識無法被人把握，導(dǎo)致化學(xué)尚未確立為一門獨立的學(xué)科。至17世紀(jì)中葉后，煉金術(shù)的實用化范式逐漸為清教主義的宏觀化與日常經(jīng)驗化——即科學(xué)研究中，通過研究對象的宏觀化與日常經(jīng)驗化范式、研究方法（主要為實驗方法）愈加顯要化，研究思想機(jī)械論自然觀化，造福社會以達(dá)至頌揚與彰顯上帝榮耀。如此，化學(xué)面貌方得以改觀，逐漸確立為一門科學(xué)。

研究對象的宏觀化與日常經(jīng)驗化范式表現(xiàn)為愈加關(guān)注現(xiàn)實生活，廣泛研究當(dāng)時英國社會在煤礦、交通運輸與軍事、紡織等方面的諸多問題。研究方法的宏觀化與日常經(jīng)驗化范式表現(xiàn)為實驗方法的愈加顯要化。實驗方法是清教徒注重實際、積極活躍、有條有理的傾向在化學(xué)方法上的表現(xiàn)。清教精神本身就是實驗方法的來源之一。它將思辨視為游手好閑，把體能消耗、對物質(zhì)客體的處置視為勤勞與刻苦[5]?！爸鲃拥膶嶒灧椒w現(xiàn)著一切經(jīng)過揀選的德行而擯棄一切有害的惡習(xí)。它代表著對那種傳統(tǒng)上跟天主教聯(lián)系在一起的亞里士多德主義的一種反叛;它用主動的操作取代被動的默思……”[6]。

而將自然界視為上帝偉大作品的機(jī)械論自然觀則是清教主義的宏觀化與日常經(jīng)驗化自然觀的典型代表。波義耳是持該自然觀的代表性人物?！坝脵C(jī)械論觀點解釋自然界，用這種方法研究化學(xué)，對各種化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行機(jī)械論的描述……用與一架機(jī)器對比的方式來說明各種物質(zhì)的作用，尤其是要把世界看作是‘一座巨大的時鐘”[7]。

清教主義的宏觀化與日常經(jīng)驗化范式于諸研究面向的滲透與展開顯示出宗教與科學(xué)的一種交互關(guān)系。這種交互促進(jìn)了科學(xué)的有效普及，也促使科學(xué)作為一項事業(yè)與職業(yè)廣為社會大眾接受與認(rèn)可： 正是由于研究內(nèi)容與研究方法貼近日常經(jīng)驗，雖稍顯粗糙、淺薄，然卻可為專業(yè)訓(xùn)練人員掌握，亦可為未受專業(yè)訓(xùn)練的人員理解。當(dāng)其再與新教倫理相互結(jié)合時，科學(xué)作為一項社會尊敬的事業(yè)就被廣泛接受與認(rèn)可了[8]！

1.2? 17世紀(jì)下半葉—18世紀(jì)下半葉： 燃素說的危機(jī)

這種清教主義的宏觀化與日常經(jīng)驗化的顯著表現(xiàn)即對燃燒現(xiàn)象的關(guān)注。至17世紀(jì)中葉后，金屬的冶煉、煅燒及其他高溫反應(yīng)都迫切需要對燃燒現(xiàn)象從理論上給出解釋，所以，建立燃燒理論已成為整個化學(xué)發(fā)展的中心課題。

波義耳和同時代人積累了關(guān)于燃燒過程的浩瀚實驗資料，完成了對燃燒現(xiàn)象研究的前半部分工作，而其后半部分工作——對燃燒現(xiàn)象的解釋則由系統(tǒng)性與連貫性的燃素學(xué)說完成。與此同時，在氣體研究領(lǐng)域以布萊克（Joseph Black， 1728～1799）為首的諸多化學(xué)家（如貝克托萊、拉瓦錫等）發(fā)現(xiàn)的很多實驗現(xiàn)象均無法以燃素說加以合理、清晰的解釋，如金屬灰重于未經(jīng)焙燒的金屬[9]，這便暴露出燃素說的定量維度缺失[10]。拉瓦錫對燃素說這種含糊解釋給予了最為猛烈的抨擊。他以高超的實驗技巧、精密的定量分析以及系統(tǒng)的理論抽象構(gòu)建出替代燃素說的新理論——氧化學(xué)說與質(zhì)量守恒定律，使近代化學(xué)踏上了定量化革命道路。其中之一即對化學(xué)命名系統(tǒng)的革新。他認(rèn)識到，語言是推理所必須的工具，混亂、矛盾、怪異的化學(xué)術(shù)語會導(dǎo)致虛妄的觀念。所以，與定量方法相匹配的是，必須明確化學(xué)元素概念，必須提出系統(tǒng)一致而又清晰合理的化學(xué)物質(zhì)命名方法。于是，拉瓦錫和他的同時代人做出了良好表率，為現(xiàn)代化學(xué)命名機(jī)制發(fā)展提供了堅實基礎(chǔ)[11]。

1.3? 18世紀(jì)下半葉—19世紀(jì)末： 原子—分子學(xué)說

自拉瓦錫以來，人們逐漸認(rèn)識到定量方法的重要意義，竭力在化學(xué)中引入數(shù)學(xué)方法，得到了大量化學(xué)計量定律（如當(dāng)量定律）。如何從化學(xué)原理上解釋化學(xué)變化中物質(zhì)重量之間的規(guī)律性關(guān)系，就成為19世紀(jì)化學(xué)科學(xué)的中心課題。這便是道爾頓原子學(xué)說提出的歷史背景。

對于原子質(zhì)量的強(qiáng)調(diào)，是道爾頓原子學(xué)說超越古希臘原子學(xué)說的最為顯著之處。道爾頓發(fā)揚了自拉瓦錫以來優(yōu)良的化學(xué)定量研究傳統(tǒng)，系統(tǒng)測定了當(dāng)時已知的20種普通元素的原子量。并使其與實驗事實密切相聯(lián)，提出元素及其構(gòu)成的化合物符號表示系統(tǒng)[12]，他對化學(xué)變化過程中元素化合的規(guī)律給予了簡單而明確的說明[13]，為以后化學(xué)家定量探索化學(xué)變化規(guī)律提供了依據(jù)。

該學(xué)說首次將化學(xué)研究的基本問題——物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)與變化統(tǒng)一起來[14]。并逐漸從研究物質(zhì)組成過渡到研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而研究化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，直到如今深入原子內(nèi)部，以電子運動規(guī)律為基礎(chǔ)，研究分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理[15]。尤為重要的是，它闡明了化學(xué)變化的統(tǒng)一理論基礎(chǔ)，向人們表明了宏觀世界與微觀世界的緊密關(guān)聯(lián)，且這種關(guān)聯(lián)能夠從微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探析，從而大大深化了人們的化學(xué)思想認(rèn)識，為19世紀(jì)的化學(xué)思想發(fā)展提供了堅實基點[16]。

阿伏伽德羅分子學(xué)說是為擴(kuò)展道爾頓原子論的實驗解釋效力而提出（如氣體反應(yīng)體積定律的解釋），經(jīng)過19世紀(jì)后半葉的發(fā)展，原子—分子論已經(jīng)作為一個整體理論，進(jìn)一步鞏固和拓展了化學(xué)家的物質(zhì)觀基礎(chǔ)及其應(yīng)用效果[17]。這種拓展了的物質(zhì)觀基礎(chǔ)在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域得到極大體現(xiàn)?；瘜W(xué)家們知道了化合物中即使組分相同，若原子排列（即微觀結(jié)構(gòu)）不同，其性質(zhì)亦迥異。通過系統(tǒng)研究有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)，即研究構(gòu)成分子的原子或原子團(tuán)的排列與結(jié)合規(guī)律（同分異構(gòu)學(xué)說、基團(tuán)學(xué)說、原子鏈學(xué)說、同系列學(xué)說、類型學(xué)說、立體結(jié)構(gòu)學(xué)說等）[18]，有機(jī)合成得以可能，有機(jī)化學(xué)大廈得以建立。從而進(jìn)一步揭示出宏觀現(xiàn)象和性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)的普遍聯(lián)系，這種普遍聯(lián)系廣泛存在于有機(jī)化學(xué)與無機(jī)化學(xué)兩個領(lǐng)域。

化學(xué)發(fā)展走向?qū)ξ⒂^結(jié)構(gòu)的探析，促使模型法、類比和想象思維的應(yīng)運而生。通過與類比思維和想象思維的緊密聯(lián)系，相應(yīng)模型得以建立，從而將較為微觀、復(fù)雜、抽象、模糊的關(guān)系宏觀化、簡潔化、具體化與明晰化。盧瑟福在建立他的原子結(jié)構(gòu)模型時，將原子結(jié)構(gòu)與太陽系結(jié)構(gòu)類比，通過知識的深入分析，在發(fā)揮豐富想象與聯(lián)想基礎(chǔ)上，得出他的原子結(jié)構(gòu)模型。這種方法包含非理性與非線性思維成分，正是這種非理性，使化學(xué)科學(xué)具有了無限創(chuàng)造性?！安还芪覀?nèi)粘Ｉ钍澜缱唛_多么遠(yuǎn)，抽象也不能通過它本身起作用，必須伴之以直覺或想象”[19]。

1.4? 19世紀(jì)末以來： 現(xiàn)代化學(xué)的建立

19世紀(jì)末，放射性、X射線、電子的發(fā)現(xiàn)，使得近代化學(xué)家（如道爾頓、門捷列夫等）信奉的“原子不可分”的信仰被打破，一個個原子結(jié)構(gòu)模型（如湯姆遜模型、盧瑟福模型、玻爾模型、量子力學(xué)模型等）的建立，使人們對由原子及分子構(gòu)成的聚集體參與的化學(xué)反應(yīng)有了更為本質(zhì)的認(rèn)識，建立了如價鍵理論、分子軌道理論等理論模型，開拓了納米化學(xué)、超分子化學(xué)等諸多新研究領(lǐng)域。理論在化學(xué)發(fā)展中所發(fā)揮的作用愈加顯著，逐漸中和了自近代以來化學(xué)的“經(jīng)驗主義”色彩，改變了化學(xué)科學(xué)的性質(zhì)，使其“在非經(jīng)驗化的大道上大踏步前進(jìn)”[20]。而這明顯的表現(xiàn)即化學(xué)與數(shù)學(xué)關(guān)系更加密切了。從以初等數(shù)學(xué)為主要數(shù)學(xué)方法的近代化學(xué)發(fā)展至以拓?fù)鋵W(xué)、圖論、群論等高等數(shù)學(xué)為主要數(shù)學(xué)方法的現(xiàn)代化學(xué)[21]?！盎瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)”的觀念，即便不算過時，也應(yīng)該加以適當(dāng)修正——“化學(xué)是一門實驗與理論互相推動、并駕齊驅(qū)的科學(xué)”[22]。亦是從這時期始，各種技術(shù)（如激光技術(shù)、微波技術(shù)、分子束、電子計算機(jī)等）的不斷興起與發(fā)展，使得傳統(tǒng)實驗技術(shù)在移植上述技術(shù)的基礎(chǔ)上，面貌煥然一新[23]。由重實驗描述轉(zhuǎn)至重實驗推理。開始更加關(guān)注實驗問題、假設(shè)與化學(xué)理論間的因果解釋，注重收集相關(guān)證據(jù)（包括實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果與其他化學(xué)理論）論證（包括證實或證偽）相關(guān)理論。這種基于證據(jù)的推理很明顯是一種重要的研究方法與思維方法，與模型法、類比法、想象法、（現(xiàn)代）數(shù)學(xué)法一樣，都是自19世紀(jì)末化學(xué)微觀化、理論化轉(zhuǎn)向后所廣泛應(yīng)用的方法。

現(xiàn)代化學(xué)所蘊含的科學(xué)精神已與16、17世紀(jì)濃烈的新教主義完全不同。隨著科學(xué)的發(fā)展，“科學(xué)觀念被實證地簡化為純粹事實的科學(xué)”，“現(xiàn)代人讓自己的整個世界觀受實證科學(xué)支配，并迷惑于實證科學(xué)所造成的‘繁榮……現(xiàn)代人漫不經(jīng)心地抹去了那些對于真正的人來說至關(guān)重要的問題。只見事實的科學(xué)造成了只見事實的人”[24]。公眾的價值判斷必然出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，兩次世界戰(zhàn)爭中科學(xué)所帶來的災(zāi)難即為例證?？茖W(xué)不僅喪失了生活意義更喪失了哲學(xué)意義，即喪失了對人類生存意義和命運的純粹理性思考[25]。應(yīng)該擴(kuò)展科學(xué)的哲學(xué)向度，即科學(xué)不應(yīng)僅專注于自然現(xiàn)象與規(guī)律的探求，亦應(yīng)培養(yǎng)與弘揚所蘊含的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度與科學(xué)責(zé)任，從而使得人類能理性地生存、生長與生活。這既是科學(xué)的本真內(nèi)涵——科學(xué)是一種獲得力量的活動，即知情意行的系統(tǒng)活動（包括科學(xué)知識、科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度與科學(xué)責(zé)任）。亦是科學(xué)的時代使命需要——通過知識的探索以弘揚科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度與科學(xué)責(zé)任，從而改變當(dāng)前科學(xué)的公眾刻板印象（如科學(xué)家的刻板印象： 科學(xué)家都是某一方面的天才但卻是日常生活的低能兒[26];科學(xué)活動的刻板印象： 科學(xué)發(fā)現(xiàn)是完全純粹的理性過程等;科學(xué)價值的刻板印象： 負(fù)面價值遠(yuǎn)多于其正面價值）。這種對科學(xué)內(nèi)涵的本真理解及時代使命的踐行是響徹在那璀璨的化學(xué)星河（波義耳、拉瓦錫、道爾頓、鮑林、福井謙一……）中的永恒旋律……

2? 化學(xué)史考察結(jié)果與四類化學(xué)學(xué)科知識

2.1? 考察結(jié)果

透過這些生動的歷史畫面，可以發(fā)現(xiàn)某一時代的化學(xué)研究對象、研究方法與研究精神皆與該時代的化學(xué)研究范式相匹配： 近代化學(xué)批判繼承了16世紀(jì)煉金術(shù)的實用化范式，具有一種清教主義的宏觀化與經(jīng)驗化范式，廣泛滲透在它的研究內(nèi)容、研究方法與研究精神中;在燃素說（促進(jìn)了化學(xué)的定量化與理論化發(fā)展進(jìn)程）與原子—分子學(xué)說（促進(jìn)了化學(xué)微觀化、理論化發(fā)展進(jìn)程）的過渡下，走向了現(xiàn)代化學(xué)?，F(xiàn)代化學(xué)以微觀化、理論化為其范式，匹配相應(yīng)的研究內(nèi)容、方法與精神（如表1所示）。

近代化學(xué)現(xiàn)代化學(xué)

研究范式清教主義的宏觀化與日常經(jīng)驗化微觀化、理論化

研究對象宏觀與經(jīng)驗性物質(zhì)組成與變化，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索深入到原子內(nèi)部更加注重從微觀上研究三者的統(tǒng)一性。從研究物質(zhì)的組成過渡到研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而研究化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律性，直到如今深入到原子內(nèi)部，以其內(nèi)部電子運動規(guī)律為基礎(chǔ)，研究分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。組成、結(jié)構(gòu)與變化仍然是化學(xué)研究的基本問題

研究方法重描述的實驗法模型法、類比、想象、數(shù)學(xué)法、證據(jù)推理應(yīng)運而生且廣泛運用。

實驗法由重描述轉(zhuǎn)至重推理。開始更加關(guān)注實驗問題、假設(shè)與化學(xué)理論間的因果解釋，收集相關(guān)證據(jù)（包括實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果與其他化學(xué)理論）論證（包括證實或證偽）相關(guān)理論

研究精神頌揚與榮耀上帝的清教主義宗教精神科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度與科學(xué)責(zé)任的弘揚

注： 在燃素說（促進(jìn)了化學(xué)的定量化與理論化發(fā)展進(jìn)程）與原子—分子學(xué)說（促進(jìn)了化學(xué)微觀化、理論化發(fā)展進(jìn)程）的過渡下，近代化學(xué)方才走向了現(xiàn)代化學(xué)。

2.2? 四類化學(xué)學(xué)科知識

通過考察近代以來的化學(xué)發(fā)展歷程，我們得到了化學(xué)學(xué)科發(fā)展的四類關(guān)鍵知識： 研究范式型知識、研究對象型知識、研究方法型知識與研究精神型知識。其內(nèi)涵分別列于表2中。四類化學(xué)學(xué)科知識是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的載體來源。

3? 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與化學(xué)學(xué)科知識關(guān)系

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)作為一種課程目標(biāo)范疇，其來源至少應(yīng)包含化學(xué)學(xué)科、歷史、政治、社會與學(xué)生等五個方面。雖然化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是五種目標(biāo)來源共同作用的結(jié)果，不能將化學(xué)學(xué)科要素單純等同于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，但本文通過化學(xué)史的考察而得出的四類化學(xué)學(xué)科知識，卻是其關(guān)鍵性來源，該來源是其余四類來源的基礎(chǔ)與載體，它限定了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容范圍。我們將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與四類化學(xué)學(xué)科知識的對應(yīng)關(guān)系及其對應(yīng)項列于表3，以更好理解化學(xué)學(xué)科要素作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵性來源的意義。

至此，我們通過考察化學(xué)自近代誕生以來，其研究范式、研究對象、研究方法與研究精神所走過的發(fā)展歷程，闡明了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的學(xué)科來源。類似地，亦可對化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的歷史、政治、社會與學(xué)生等來源進(jìn)行追溯。以此，方能對2017年版新修訂高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)形成全面而深刻的理解與認(rèn)識，從而為更好地實施課程提供掃清認(rèn)知迷霧。希冀會有更多的研究者投入到這場化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)溯源研究中來！

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