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，研究思想機械論自然觀化，造福社會以達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]。“主動的實驗方法體現(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)進行機械論的描述……用與一架機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

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)進行探析，從而大大深化了人們的化學(xué)思想認識，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)研究有機化合物分子結(jié)構(gòu)，即研究構(gòu)成分子的原子或原子團的排列與結(jié)合規(guī)律（同分異構(gòu)學(xué)說、基團學(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]，有機合成得以可能，有機化學(xué)大廈得以建立。從而進一步揭示出宏觀現(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)系廣泛存在于有機化學(xué)與無機化學(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，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”[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)展至以拓撲學(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： 負面價值遠多于其正面價值）。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（促進了化學(xué)的定量化與理論化發(fā)展進程）與原子—分子學(xué)說（促進了化學(xué)微觀化、理論化發(fā)展進程）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（促進了化學(xué)的定量化與理論化發(fā)展進程）與原子—分子學(xué)說（促進了化學(xué)微觀化、理論化發(fā)展進程）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識，從而為更好地實施課程提供掃清認知迷霧。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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[24][25][德]埃德蒙德·胡塞爾著. 張慶熊譯. 歐洲科學(xué)危機和超驗現(xiàn)象學(xué)[M]. 上海： 上海譯文出版社， 2005： 6～7， 6～12.

[26]吳國盛著. 科學(xué)的歷程[M]. 長沙： 湖南科學(xué)技術(shù)出版社， 1997： 18.