验与灵感所能比拟的了。现代化学的进步,对实验技术的依赖已成为不争的事实。化学的实验性科学特征在此得到进一步的强化。
另一方面,以传统化学实验模式为主的化学合成(包括相关的研究工作)和分析分离工作,仍然是化学工作的主体,每年登录的新化合物已达到千万种的数量。化合物之间的差别虽然可以体现在组成、结构和反应活性等方面,但是存在差别是确认新化合物的基本前提,所有这些工作,包括合成、鉴定、鉴别的完成,都是在实验室内进行的。所有成果也都具有实验性科学的特征。
近年来,理论方法在化学研究工作中的作用和重要性,越来越受到重视。在不少领域中,理论方法和实验方法被视为研究者解决化学问题时能够起到互相启发、互相补充的两种研究手段。但是在现阶段,理论对于化学物质或化学过程所作预见的不确定性依然较大,往往需要通过实验方法予以校核和提供修正的思路。从而说明,就化学而言,目前的理论研究工作仍然要以实验研究为基础。
3 化学实验体系的基本组成和它们的教育价值
作为一门实验性科学,通过实验活动学习化学应当是重要途径之一。虽然化学实验的教学或训练目标可以区分为:学习观察和测定化学物质的性质的一般方法;观察典型化学体系在反应时发生的现象及实验条件对反应情况和结果的影响、验证与其相关的理论或规律;合成某些简单化合物的化学原理和影响产率或速率的方法;学习应用简单化学仪器装置和化学实验基本操作,如溶解、过滤、蒸馏、配制试剂溶液与浓度的标定、以及制备收集和探究气体物质性质时的常用方法等。就中学化学教学实验而言,如果在区分职业性要求和素质性要求的原则基础上达成共识的话,应当认为它们的教育价值并不是等同的。
服务于教学和探究目标的实验体系,可以大致区分为三个必要的组成部分, 即(1)经过优选后确定的化学体系,通常以影响因素或变量尽可能少的实验体系为首选,因为实验现象或结论的不确定性越低,越有利于初学者获得比较确定的结果,以便认知过程更好地符合循序渐进和少而精的原则;(2)合理的并有明确探究目标的实验步骤和安全措施;(3)必需的试剂、仪器装置及合乎规范的操作技术,三者缺一不可。但是就学习和探究化学而言,化学体系的选定往往起着关键的作用。因为在选定化学体系时,往往要求事先对于探究目标的化学本质或预期现象进行深入而全面的思索和实验设计(这也是化学实验要求预习的原因之一),涉及到的方面很多,这个过程将十分有利于学习化学。所以,通过实验学习化学原则的体现,首先应当提高对这个过程的重视程度。即使在比较简单的经典教学或演示实验中,也可以举出许多实际的例子。例如对金属的观察,中外教材都比较偏爱单质钠。钠是一个常见元素,但是人们熟悉的主要是它的化合物。金属钠和食盐中的“钠”所形成的极大差异,对于初学者来说,具有振聋发聩的作用。其次金属钠在存放期间所发生的外观变化,和金属钠被切开后所呈现的非常典型的金属光泽,可以使学生知道,为什么化学要以纯净物为研究对象(何况金属钠比较柔软,容易观察到它的未经氧化的真面目)。通过和此前已经熟悉的铁、铜、镁等金属单质的对比,学生对金属的部分共性的了解将得到进一步的深化。更重要的是,加深了对它们之间存在着差异的认识。化学源于生活,化学实验中用到的观察和思辨方法之所以优于生活经验,在于它的科学严谨性。又如在讨论发生离子反应的条件时,作为生成难溶物或沉淀的典型化学反应体系,中学教材中几乎无例外地都以生成AgCl或BaSO4的反应为首选,这是因为这两个反应体系在产生沉淀时,几乎和溶液的酸碱性无关,因而结论的不确定性远低于其他的反应体系,如CaCO3、Al(OH)3等等。在化学发展过程中,一些极为重要的发现或研究成果,如拉瓦西所设计的探究空气组成的实验、泽维尔所完成的对HI-OCO的飞秒化学研究等等,都可以作为上述看法的依据,也应当成为初学化学者认真学习和反复体会的范例。
合理的并有明确探究目标的实验步骤和安全措施同样重要,但是它依从于所选择的化学体系。包含着实验者对化学体系的探究目标;过程的设想或推测;以及对于所用试剂、产物和仪器装置性能的了解。这时的学习范围虽然局限于选定的化学体系,但是所考虑的方面却比较广泛,涉及到某些物质的动态性质、包括反应的剧烈程度(过程)、 反应产物的特性(包括毒性和后处理)等方面。这方面的化学知识和经验通常只有亲身实践过的人,才能真正得到。也许可以作为重视实验、重视过程方法的教育的注解之一。
必需的试剂、仪器装置及合乎规范的操作技术也是不可或缺的组分之一,前者关系到完成实验工作的物质条件,后者就广义的教育价值而言,可以视为学习使用工具的方法。各个领域和各种行当常用的工具也许并不相同,
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