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摘要：化學史料會揭示出化學家們如何善于抓住機遇，怎樣運用想象力，如何進行縝密的實驗設計，如何進行科學的邏輯思維和推理，會給我們提供眾多極生動、極形象的學習典范。這是我們在化學教育中強調化學史學習的重要理由?？茖W思想方法是科學發現的靈魂?；瘜W研究中的思想方法主要有以下幾種：觀察、想像、調查研究、模擬、分解與組合、實驗、推理等。

科學發現有三個重要因素：科學知識、科學思想方法和科學精神。其中科學思想方法是科學發現的靈魂。

縱觀宛如繁星的化學發現、發明事實可以看出，化學家們所應用的思想方法，既包含一般科學共同適用的研究方法，也包括具有化學學科特色的研究方法，它們都是寶貴的精神財富。如果我們在教學中運用好化學史料，可以培養和鍛煉學生的科學思想方法。

化學家們所采取的思想方法主要有以下幾種：觀察、想像、調查研究、模擬、分解與組合、實驗、推理等。

一、觀察——化學發現的基礎

所謂觀察是人們通過看、聽、嘗、聞、摸等動作，對大千世界多彩多姿的事物和千變萬化的現象進行認識的過程。許多化學研究是在觀察中進行的。

在課堂教學中，我們主要是通過演示實驗和學生實驗來培養學生觀察能力的。化學史料的應用可讓學生進一步深刻體會觀察的重要意義。例如：酸堿指示劑的發現，是波義耳在發明一種鑒定土壤酸堿性的新方法時不小心將鹽酸噴濺在紫羅蘭花，他感到很惋惜，便順手用水沖洗。過了一會，他驚奇地發現紫羅蘭的藍紫色變成了鮮艷的紅色。波義耳興奮極了，真是“踏破鐵鞋無覓處，得來全不費功夫”。他立即動起手來，用幾種酸和幾種堿對紫羅蘭花瓣進行試驗，觀察花瓣顏色的變化。最后終于研制出了酸堿指示劑。

再如：味精的發現源于池田菊苗教授喝湯中的靈敏味覺和敏銳的洞察力。1908年的一天晚上，日本東京大學化學家池田菊苗教授忙碌了一天，回到家中，池田夫人為了消除丈夫的勞累急忙端上了飯菜。

池田坐下來，喝了一口湯說：“這湯是用什么做的？”

“怎么啦？”池田夫人驚奇地問。

“這湯的味道不一般，其味特殊鮮美！”

“可能是你太餓的緣故吧，所以吃起飯菜來感到特別香！”

“不！這湯的味道就是不一樣，請你趕快告訴我，它究竟是用什么佐料做成的？”

“沒加什么特別佐料，只是用海帶絲和黃瓜片做成的。”

池田感覺到湯里一定有學問，扔下飯碗，帶著做湯的海帶絲去了實驗室，決心用實驗搞清鮮湯之謎。功夫不負有心人,經過半年的辛苦研究，他終于從海帶中發現了可以大大增加鮮味的物質——谷氨酸鈉。從這里也可以看出，成功永遠屬于那些善于從細微的現象中發現問題且認真思索的人們。

二、想像——化學發現的精靈

想像是人類所特有的能力。它是依據已有知識和經驗，發揮人的抽象、聯想、猜想和幻想的能力，超脫客觀條件的限制，去構思未知事物的形象，未知的變化過程和變化規律的創造性思維活動。

在化學史上采用想像的方法實現發明創造的事例很多，運用想像道爾頓構建了原子論、阿弗加德羅創立了分子學說、凱庫勒確立了苯環結構等等。

三、調查——化學發現的探測器

“沒有調查就沒有發言權?！彼腔瘜W研究經常采用的方法。

例如化學家從對葡萄園的調查研究中發明了波爾多液。

法國的梅杜克地區是盛產葡萄的地方，每年因為葡萄的豐收給當地老百姓帶來巨大的經濟效益和豐收的喜悅。

然而，1878年的秋天卻災禍蔓延，過去那種葡萄豐收的景象蕩然無存，掛滿枝頭的葡萄尚未成熟就裂口腐爛，到處飄蕩著的是葡萄樹的黃葉。莊園主們心急如焚、無計可施，眼看著到手的“珍珠”就這樣白白地爛掉了！

不過，梅杜克地區的波爾多城有一片莊園卻是另一番景象。在那里，葡萄樹枝繁葉茂，串串葡萄像瑪瑙、似翡翠，掛滿了枝頭。

為什么在同一地區種植的葡萄，在同一季節里卻出現反差如此大的不同景象：一個是葡萄豐收、景象喜人，一個是枯黃腐爛、慘不忍睹？這一奇怪的現象，使當地農民百思而不得其解。

這種反常現象，也引起了波爾多大學植物學教授米勒特的極大關注。他決心深入實際調查研究，以便把問題弄個水落石出，為農民排憂解難。

米勒特不愧是一位經驗豐富的科學家，他對波爾多城那片豐收的葡萄園調查得異常細致，查了種子，查了土，查了肥，查了水，又查了耕作方法……經過調查，他感到這一切與其他地方并無不同。問題究竟出在哪里呢？他陷入了深深的思考之中。

接著，他又對莊園主進行了更詳細的詢問。莊園主想了又想說，自己在耕作和管理上確實沒有什么獨特的地方，只是因葡萄靠近馬路，為了防止過路人糟蹋葡萄，便用石灰水和硫酸銅溶液噴灑了葡萄。這種藥液白不白、藍不藍，很醒目，還有點怪味。噴灑后果然很奏效，不僅沒人再偷吃葡萄，而且葡萄一點也不腐爛！

米勒特教授聽后，茅塞頓開，他終于找到了葡萄不腐爛的奧秘所在。驚喜之后，他立即回到了實驗室，對這種藥液進行了深入的研究。就這樣，一種新的殺菌劑誕生了，這就是今天還在沿用的波爾多液。波爾多液是以石灰和硫酸銅及水按下列比例配合而成的。

半量式：0.5：1：100，適用于對石灰敏感的茄科、葫蘆科、葡萄等。

等量式：1:1:100，適用于蘋果、麻、豆科植物等。

倍量式：2:1:100，適用于對銅敏感的李子、桃子、鴨梨、白菜等。

再例如：治療瘧疾病的奎寧藥物的發現、醫治腳氣病的維生素B1的發現，以及日本水誤病的病因研究，都是科學家們通過調查研究完成的。

四、模擬——化學創造的有效途徑

從構造相似或形象相似的事物中獲得啟示進行創造的方法，稱為模擬創造法。

例如：化學上模擬生物過程，發明了人造棉、人造絲、人造毛，生產出許多合成纖維、合成塑料、合成像膠。1965年我國科學家仿照生物蛋白質的組成和結構，合成了結晶牛胰島素等。

五、分解與組合——化學創造的金鑰匙

創造原理的一個很重要的方面就是對信息的分解與組合。把集中的信息分解開來，就是一種創造；按新的要求把有關信息有效地組合起來，更是一種創造。

在化學上，利用分解組合方法獲得的發現和發明不勝枚舉。例如，電解食鹽水制得氫氣、氯氣和氫氧化鈉，利用兩種或兩種以上的金屬制造合金，利用不同的親水基和親油基組合成多種多樣的表面活性劑，利用不同材料制造各種復合材料……這一切，都是巧妙地進行分解、組合的結果。

六、實驗——化學發現之本

化學是一門實驗科學，它的發生和發展離不開科學實驗。

通過實驗，化學家們發現了許多元素和化合物；通過實驗，拉瓦錫發現氧氣并創立了燃燒的“氧化學說”；通過實驗，維勒合成了尿素，粉碎了“生命力”枷鎖等等。下面再舉氬的發現這一例子來說明實驗的重要性。

1892年9月29日，英國出版的《自然》（Nature）雜志上刊出當時英國物理學家雷利勛爵的來信：“我對最近測定氮氣密度的結果很迷惑，如果讀者能指出原因，將十分感謝。由于兩種制取方法的不同，我得到不同的數值，相差大約是千分之一，不大，在實驗的誤差范圍之外，可能只是由于氣體的性質不同?！?/p>

雷利是在長期反復測定各種氣體的密度后給《自然》雜志投寄這封信的。他測定了從空氣中除去氧氣、二氧化碳以及水蒸氣后獲得的氮氣密度是2.3102，而從氨（NH3）取得的氮氣密度是2.2990，二者相差0.0012，大約是千分之一。

他重復實驗、測定，仍然如此。這使他迷惑不解。他作出了各種可能的解釋：由空氣取得的氮氣中可能還含有微量的氧氣；由氨制得的氮氣中可能混雜有氫氣；由空氣所制得的氮氣或許含有類似臭氧的N3分子；由氨取得的氮氣可能有若干分子已經解離成原子。

第一個假設經過分析后肯定是不可能的，因為氧氣和氮氣的密度相差甚微，必須雜有很大量的氧氣才會產生這樣的差異。雷利又用實驗證明由氨所取得的氮氣中不含有氫氣。第三個假設又通過實驗否定了，他往這種氮氣中引入電火花，這是生成臭氧O3的條件，結果它的體積一點也沒有縮小，密度一點也沒有增加。第四種情況也缺乏實驗根據。

這樣，雷利只得把問題提交給《自然》的讀者?！蹲匀弧肥呛苡新曂碾s志，不僅在英國，就是在全世界，不僅是青年人，就是許多科學家都會閱讀它。可是誰也沒有給雷利回信，誰也沒有能解釋這種原因。

1894年4月19日，雷利在英國皇家學會上宣讀了他的實驗報告，會后倫敦大學化學教授拉姆賽找到雷利。他認為來自空氣中的氮氣里可能含有一種較重的未知氣體。他表示愿意和雷利共同尋找答案。于是他們再走進實驗室，分頭解決這個問題。

在這次會后，英國皇家研究院化學教授杜瓦還向雷利提供了一個線索。早在1785年，發現氫氣的英國科學家卡文迪西為了研究氮氣，曾進行過一個實驗。他用一個U形管，管中充滿氧氣和空氣，將管的兩端分插進兩個裝有堿液的酒杯中，然后在混合氣體中進行火花放電，讓管中的氮氣和氧氣化合生成棕色二氧化氮氣體，被堿液吸收，并連續通入氧氣，一直到不再生成二氧化氮氣為止。最后還向管內注入硫化鉀溶液以吸收多余的氧氣。最終被聽收的堿液并未完全充滿管內，仍留下一個小氣泡，約為原來氣體的1/120。他認為這是不同于氮氣的一部分氣體。

這給雷利啟發。他組裝了一套實驗裝置，利用一個燒瓶，將兩根導線通過瓶塞插進瓶中。他將氮氣和氧氣通入瓶中，接通電流，瓶內兩導線的頂端之間產生火花，使氮氣和氧氣化合成氮的氧化物。接著用泵往瓶內灌入氫氧化鈉溶液，把生成的氮的氧化物吸收，沿著另一根管子通出來。

經過幾小時后，瓶中所有氮氣都與氧氣化合了，并且隨著氫氧化鈉溶液一起流出瓶外。根據氣壓計的測量，表明瓶內還有氣體存在。

雷利仔細地把這個氣體通過赤熱的銅屑，除去可能挾帶的水分和哪怕是極少量的氧氣。

拉姆賽設計了另一套實驗裝置。他將空氣先通過赤熱的銅屑，除去氧氣，然后通過五氧化二磷（P2O5），除去水分；再通過加熱的銅和銅的氧化物；以氧化有機灰塵和沾污物；通過堿石灰，吸收二氧化碳氣；通過赤熱的金屬鎂，除去氮氣，二者化合成鎂的氮化物。結果發現有1/80的氣體沒有被通過的任何物質吸收。這樣，拉姆賽也找到了他們所要尋找的氣體。

兩位科學家共同研究新發現的氣體，測定了它的密度，幾乎是氮氣的一倍半。這樣，來自空氣中的氮氣和來自氨的氮氣之間重量的差異就迎刃而解了。

他們還對這個氣體進行了光譜檢驗，看到橙色和綠色的各組明線，是當時已知一切元素光譜中所沒有見到過的。他們還對這個氣體進行了多次實驗，證明它在化學性質方面正如所預料的，是極不活潑的。

1894年8月13日，英國科學協會在牛津開會，雷利作報告，根據主席馬丹的建議，把它叫做氬（argon）。在希臘文中，“a-”表示“不”“ergon”表示“工作”。二者結合就是“不工作”、“懶惰”，就是“惰性氣體”一詞的由來。氬的元素符號Ar也正是從這一詞而來。

1895年1月31日，拉姆賽又向皇家學會宣讀了他和雷利聯名的報告。

當然，今天我們完全清楚，雷利和拉姆賽當時發現的氬，實際上是氬和其他惰性氣體的混合氣體。正是因為氬在空氣中存在的惰性氣體中的含量占絕對優勢，所以他先作為惰性氣體的代表被發現。

氬的發現是從千分之一微小的差別開始的，是從許多嚴密的化學實驗中發現的。

七、推理——化學發現的橋梁

我們知道，觀察、想像、猜測等屬于直覺思維的范疇，而推理則屬于邏輯思維的范疇。所謂推理，是從一個或一些已知的判斷推出另一個新判斷的邏輯思維形式。推理一般是由前提和結論兩部分組成的。前提可以是一個，也可以是若干個，它是作為推理依據的判斷，結論則是由前提推出的新判斷。推理是人們間接地認識現實、獲取新知識的邏輯方法。例如，銅能導電，鐵能導電，鋁能導電，銅、鐵、鋁又都是金屬，因此可得出“凡是金屬都能導電”的結論。這就是推理方法的具體運用。

在化學探索中，運用推理的方法實現發現、發明的事例也很多，如盧瑟福原子結構模型的建立、勒•夏特里化學平衡移動原理的發現、施陶丁格高分子學說的創立等。

以上列舉的一些在化學探索中的思想方法，是一些最主要、最基本的方法，絕不是化學思想方法的全部。而這些基本思想方法，也是互相聯系、互相滲透的。對每一項重要的化學發現來說，往往不是只由一種思想方法完成的，而是多種思想方法作用的結果。

總之，化學史料以它特有的魅力在化學教學中大有可為。學生可以從中汲取豐富的智力和非智力營養,分享到科學研究的喜怒哀樂；領略到學習化學的無窮樂趣；經受獻身科學精神的真切感染；接受科學態度和優良品質的熏陶等。化學史料在潛移默化之中，還對學生學習興趣的激發，成就動機的培養，健康情感的確立，心理品質的形成都有著不可估量的作用。

參考文獻：

1．《化學史綱要》（盧常源等廣西人民出版社）

2．《化學家傳》（周嘉華等湖南教育出版社）

3．《化學元素的發現》（凌永樂科學出版社）

4．《化學發現的藝術》（劉宗寅等中國海洋大學出版社）

5．《結合化學史進行中學化學教學》（中學化學教學參考2001.1）

6．《運用化學史料提高學生的科學探究能力》（化學教育2005.5）

7．《在化學教學中培養學生的創新能力》（科學教育網）