化學教育的發展與功能
化學教育作為科學教育的一個分支,是在近代化學形成之後,隨著學校教育的發展和普及,化學課程在學校的設置並由化學教師施教育人而逐步發展起來的;化學教育作為學科教育和社會科學普及教育的一支,一經在社會中形成規模就具備了其對社會的多種功能,這些特定的功能也是依隨著社會的發展而發展的。
化學教育的發展分期
一、近代化學與化學教育
近代化學的形成,化學史界一般認為,應從1661年波義耳(RobertBoyle,1627—1691)的名著《懷疑派化學家》發表算起,經過18世紀的羅蒙諾索夫、普利斯特裏、社勒、拉瓦錫,直到19世紀初道爾頓等人的努力,方才形成係統的科學。這是在醫藥化學的基礎上,經過幾代人的探索、研究的過程和結果。
從波義耳明確給出元素的科學概念到拉瓦錫(AntoineL.Lavoisier,1743—1794)推翻燃素說確立燃燒理論的氧化說;從拉瓦錫到道爾頓(JohnDalton,1766—1844)建立科學的原子論體係;以及阿伏加德羅(AmedeoAvogadro,1776—1856)確立分子學說到1869年門捷列夫(ДмитрийИ.Meнлеев,1834—1907)發現元素周期律,為數眾多的化學家以他們的睿智創新、探求真理的科學精神及嚴謹治學、堅持實踐的治學風範為化學做出了卓越貢獻。
從波義耳到拉瓦錫,這一時期可稱之為“實驗化學”或“定性化學”時期。波義耳在他青年時期就自己建立了實驗室,孜孜不倦地致力於實驗研究。他認為實驗和觀察才是形成科學思維的基礎,並強調實驗是最好的老師,化學必須依靠實驗來確定自己的基本定律。他首先用實驗檢驗了古代哲學家亞裏士多德的“土、水、氣、火”四元素說和醫藥化學家認為萬物都是由鹽、硫、汞以不同的比例構成的“三元素說”。波義耳認為,確定哪些物質是元素,哪些物質不是元素,其唯一的手段是實驗。他在科學界第一次提出了科學的元素概念:“元素乃是具有確定性質的、實在的、可覺察到的實物,是不能用一般的化學方法再分解為簡單的物體的實物。”他運用實驗手段確定了金、銀、汞、硫這些物質是元素,並以元素這一定義將單質與化合物、混合物區分開來。波義耳從理論上解決了當時化學所麵臨的一係列問題。恩格斯明確指出:“波義耳把化學確立為科學。”
波義耳把嚴密的實驗方法引進到化學研究,並在實驗的基礎上進行理性概括。他認為化學主要是從事自然現象的理論解釋,不應當把它看做是一種製造貴金屬或有用藥物的經驗技藝,並明確提出:應該把化學看成一門獨立的科學,化學應為其自身的目的去進行研究,而不僅僅是從屬於醫學或煉金術。化學研究的目的在於認識物體的本性,從而需要進行專門的實驗,搜集所觀察到的事實。波義耳還極力主張研究方法的改革,既重視運用嚴密的實驗方法,又很重視理性思考的作用。例如,對物質成分和純度的測定、物質的相似性和差異性的研究,對大量的顯色反應和沉澱反應進行係統分類等等,把當時的定性分析實驗歸納成一個係統,創立了分析化學以及定性實驗歸納法的基礎。應當說,波義耳為使化學方法從準實驗方法發展到以定性實驗歸納法為代表的經驗方法階段奠定了基礎。
波義耳還是一位善於演講的哲學家和英國皇家學會的棟梁。在自然科學教育尚不被社會所重視的時期,以波義耳為代表的一批科學家正是以他們的科學研究實踐和著述、演講等為科學教育的發端、奠基做出令後人永誌不忘的貢獻。因為,早期化學家的科學研究實踐與教育實踐活動多是融合在一起而展開的。他們的助手和演講的“聽眾”,從一定意義上講,也是他們的學生。英國學者福爾斯(G.Fowels)曾寫道:有關(化學家)演講的文章,總是與化學教育聯結在一起的。對某些最好的實驗的描述,有時會編入教材,有時還會出現在學會會長的教育思想和致詞、演講、論證的報告以及專題論文裏。這些文章很少編輯成書,大多散見在難以找到的期刊中。
17世紀中葉以後,歐洲陸續成立的科學研究機構和團體,對科學及化學教育的發展起到了很大的推動作用。如1666年成立的法國巴黎科學院、1700年普魯士成立的柏林科學院等,在當時都是科學研究的中心,也是各學派大師育人和推動科學教育發展的中心。盡管捷克著名教育家誇美紐斯(JohannA.Comenius,1591—1670)於17世紀已率先提出了對全體兒童進行廣泛的普通教育及實施班級授課製的先進主張,並自編過一本包括天文、物理、化學、動物、植物以及人類學等一些科學知識因素的《物理學概觀》,還親自擔任中學高級班的物理學教學工作。英國唯物主義思想家培根(FrancisBacon,1561—1626)也早就主張學校裏應當講授自然科學。但是,因為受當時學校課程設置曆來重文輕理的限製,波義耳時代的化學教育仍局限於少數人研究學問、交流研究成果及在學會組織的演講會等這樣小規模的範圍之中。
這種狀況,到了拉瓦錫時代,已發生了很大的變化。拉瓦錫就讀於以科學教育著稱全法國的馬劄蘭學校。當時盧埃爾(GuillaumeF.Rouelle,1703—1770)的化學實驗講演、廣博的化學知識和嫻熟的實驗技能使拉瓦錫沉醉其中,這種早期的化學教育引導拉瓦錫最終走向化學研究的探索之路。
1768年,拉瓦錫以他的科學研究論文和卓越才華被選進巴黎皇家科學院。拉瓦錫把天平作為衡量化學反應質量變化的標準,確立了質量守恒定律。由於拉瓦錫在化學定量研究方麵的巨大貢獻,故被人們譽為“定量化學之父”。拉瓦錫奠定了計算化學的基礎,是化學反應方程式計算的啟蒙學者。拉瓦錫最大的貢獻是推翻了禁錮化學界約百年的燃素學說,建立氧化理論,從而引起了化學領域的一場革命。拉瓦錫強調實驗是認識的基礎,重視在實踐基礎上進行理論思維,並運用以量求質的定量研究方法。這些方法論原理對於治學育人都是永葆青春活力的寶貴財富。恩格斯曾指出:“在化學中,燃素說經過百年的實驗工作提供了這樣一些材料,借助於這些材料,拉瓦錫才能在普利斯特列製造出來的氧中發現了虛幻的燃素之真實的對立物,因而拋棄了全部的燃素說。但是燃素說者的實驗結果完全不因此而被排除。相反地,這些實驗結果仍然存在,隻是它們的表述形式被倒過來了,從燃素說的語言翻譯成了現今通用的化學的語言,並且至今它們還一直保持著自己的有效性。”
從拉瓦錫到道爾頓(JohnDalton,1766—1844)這一時期,是定量分析方法迅速發展的時期,被人們稱為“定量化學”的發展時期。而道爾頓則把化學帶入了另一個新的發展時期。
1803年10月21日在曼徹斯特文學哲學學會會議上,道爾頓作了題為“論水和其他液體對氣體的吸收”的報告,宣讀了他製訂的第一張原子量表,首次闡明了他的原子論觀點。1808年,道爾頓的最重要著作《化學哲學新體係》第一冊出版,這冊包括原子理論的主要論點和實驗證明;第二冊於1810年出版,第二冊分述了當時已知元素的化學性質及二元化合物的組成和性質;第三冊補充了一些實驗結果,出版於1827年,重點論述了金屬的氧化物、硫化物、磷化物以及合金等性質的規律性,對原子論的思想作了進一步發揮。
道爾頓的原子論為化學開辟了從搜集材料到整理材料並進而認識物質結構的一個基本層次——原子的科學道路。恩格斯指出:“化學中,特別感謝道爾頓發現了原子量,已達到的各種結果都具有了秩序和相對的可靠性,已經能夠有係統地、差不多是有計劃地向還沒有被征服的領域進攻,可以和計劃周密地圍攻一個堡壘相比。”“化學中的新時代是隨原子論開始的(所以,近代化學之父不是拉瓦錫,而是道爾頓)”。
道爾頓研究問題的典型方法包括:一是通過嚴密的觀察、搜集事實、進行類比,直到得出一般規律;二是隨後用設計好的實驗來檢驗或征詢同行學者的意見,汲取他們的經驗。這種研究方法在道爾頓發現分壓定律和倍比定律的過程中得以運用,取得顯著成效。道爾頓還具有極為活躍的想象力,例如把原子符號化、圖式化。他克服了患色盲症的生理缺陷的障礙,自製儀器,堅持實驗,搜集實驗數據,深邃思考,從而獲得了異乎尋常的洞察力,使他得以抓住由實驗提供的線索,運用科學的理論思維去把握原子的存在和運動,從而引向原子論體係的建立。