原子—分子論發(fā)展史教育中值得注意的問題*

袁振東+杜衛(wèi)民+王曉瑾

摘要：在收集有關(guān)原子-分子論發(fā)展史資料基礎(chǔ)上，針對初中化學(xué)關(guān)于原子-分子論發(fā)展史教育中的薄弱環(huán)節(jié)，建議中學(xué)教師在教學(xué)中能分析對比相關(guān)史料，客觀、準(zhǔn)確地描述從原子論到分子學(xué)說的發(fā)展過程，了解原子和分子如何從假說到客觀實在，知道原子和分子中文譯名的由來，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：原子-分子論發(fā)展史；化學(xué)史教育

文章編號：1005–6629（2014）2–0075–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

關(guān)于原子-分子論發(fā)展史的教育，筆者近來利用為初中化學(xué)教師培訓(xùn)班講學(xué)的機會對參訓(xùn)的初中化學(xué)教師進(jìn)行了群體訪談，如2012年10月陜西師范大學(xué)承辦的“國培計劃”——陜西省農(nóng)村中小學(xué)教師培訓(xùn)（2012）置換研修培訓(xùn)（初中化學(xué)）班、2011年11月河南師范大學(xué)承辦的“國培計劃”——農(nóng)村教師短期培訓(xùn)（初中化學(xué)）班、2012年10月河南師范大學(xué)承辦的“國培計劃”——河南省農(nóng)村中小學(xué)教師培訓(xùn)（2012）置換研修培訓(xùn)（初中化學(xué)）班、2011年11月安陽師范學(xué)院承辦的安陽市初中化學(xué)骨干教師培訓(xùn)班等。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，初中化學(xué)教師大都通過閱讀與教科書配套的教師教學(xué)用書或其他化學(xué)史著作了解原子、分子概念的發(fā)展史，但對于原子和分子從假說變?yōu)榭陀^實在的歷史過程尚不清楚。究其原因，老師們閱讀的相關(guān)史料中要么不涉及此方面內(nèi)容，要么極為簡略地概述。為此，在原子-分子論發(fā)展史的教育中，以下三方面的問題值得注意。

1 客觀、準(zhǔn)確地描述從原子論到分子學(xué)說的發(fā)展過程

關(guān)于原子概念，不少相關(guān)著作中常常將其追溯到古代，并介紹了不同古代文明中的類似說法。

客觀而言，不同古代文明中與現(xiàn)代原子、分子概念相似的觀點都是人類文明史中的重要內(nèi)容。但從化學(xué)思想史的角度看，現(xiàn)代原子的概念源于古希臘的哲學(xué)思想，正如科學(xué)社會學(xué)家約瑟夫·本-戴維（Joseph BenDavid）所述，科學(xué)活動和科學(xué)家的社會角色是經(jīng)過幾個世紀(jì)的發(fā)展才出現(xiàn)在西歐少數(shù)幾個國家之中的；到了19世紀(jì)以后，這種科學(xué)活動及科學(xué)家角色才逐漸傳播到世界的其他地方?？茖W(xué)活動及科學(xué)家角色在世界其他地方的出現(xiàn)，并不是由這些地區(qū)的傳統(tǒng)知識和知識分子演變而來，而只是接受西方文明的結(jié)果[1]。

值得廣大初中化學(xué)教師注意的是，個別相關(guān)著作中提供的相關(guān)史料不夠準(zhǔn)確。例如，《義務(wù)教育教科書教師用書化學(xué)》（九年級上冊）（人民教育出版社，2012年）中關(guān)于分子概念發(fā)展的敘述出現(xiàn)了嚴(yán)重的錯誤，書中提到：“法國化學(xué)家蓋·呂薩克（J. L. Gay-Lussac，1778～1850）通過氣體反應(yīng)體積定律提出了分子假說作為對原子學(xué)說的補充。之后意大利的阿伏伽德羅于1811年發(fā)表了一篇論文，引入了分子的概念，并指出分子跟原子的區(qū)別和聯(lián)系。”遺憾的是，書中沒有指明文獻(xiàn)來源。但目前學(xué)界較為一致的看法是，阿伏伽德羅提出分子假說，而不是蓋·呂薩克。

初中化學(xué)教師所用的化學(xué)史資料主要來源于與教科書配套的教師用書、教輔材料及網(wǎng)絡(luò)文章等，但這些史料相對粗略且大都沒有文獻(xiàn)出處。初中化學(xué)教師對于這些史料的使用大都如同使用化學(xué)教科書一樣不加甄別。結(jié)果，一些不詳或不實的史料造成化學(xué)史教育中的錯誤，從而影響了對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，在原子-分子論發(fā)展史教育中，建議初中化學(xué)教師閱讀一些化學(xué)史專著和相關(guān)的化學(xué)史研究論文，對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行一定的分析對比（也可咨詢專家），形成自己的教學(xué)思想和觀點，以保證在教學(xué)中客觀、準(zhǔn)確地描述從原子論到分子學(xué)說的發(fā)展過程。

2 了解原子和分子如何從假說變?yōu)榭陀^實在

事實上，直至20世紀(jì)初，原子和分子的真實性才得到證實。而已有的中文化學(xué)史書籍大都限于對20世紀(jì)以前的化學(xué)發(fā)展的研究。少數(shù)研究20世紀(jì)化學(xué)發(fā)展的著作，如郭保章編著的《20世紀(jì)化學(xué)史》（江西教育出版社，1988）等，也缺乏相關(guān)的專門論述。

從教育價值的角度看，這段史實對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著重要的作用，不僅能讓學(xué)生了解化學(xué)思想的發(fā)展過程，而且能了解從提出假說到驗證假說的曲折研究過程，從中感悟科學(xué)探究的真諦。因此，建議初中化學(xué)教師了解這段歷史。

雖然原子-分子論能很好地解釋許多化學(xué)、物理現(xiàn)象，但由于觀察條件的限制，當(dāng)時的許多科學(xué)家仍然懷疑原子和分子的真實性。例如，發(fā)現(xiàn)苯分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化學(xué)家凱庫勒（F. A. Kekulé，1892～1896）聲稱：“原子是否存在的問題，從化學(xué)觀點來說是沒有意義的，……從哲學(xué)觀點來說，我不相信原子的實際存在?！标P(guān)于原子和分子的真實性的爭論曾一直是科學(xué)界的一個重要問題。這一問題的解決始于20世紀(jì)初愛因斯坦（A. Einstein，1879～1955）等人對布朗運動的研究[2]。

1827年，英國植物學(xué)家布朗（R. Brown，1773～1858）發(fā)現(xiàn)了“布朗運動”（Brownian Movement）。布朗觀察的目的是為了研究植物的受精過程，他選取克拉花屬植物雄蕊花粉中的微粒，用顯微鏡觀察它們在水中的行為。值得注意的是，目前的大多數(shù)教科書和文章中都說是布朗觀察了花粉，這其實是個錯誤，因為花粉粒子大小約100μm，而能顯示布朗運動的微粒要比這一尺寸小兩個數(shù)量級才行。根據(jù)布朗的文獻(xiàn)，他觀察的是花粉中的微粒，大概是細(xì)胞質(zhì)粒之類。布朗觀察到微粒在不停地迅速地移動，總是處于無規(guī)則的騷動，而沒有趨于靜止的跡象。他明智地推斷這種運動必定是一種物理現(xiàn)象，而不是生物現(xiàn)象。他強調(diào)這一現(xiàn)象的原因尚不明了，但否定了是由于液體蒸發(fā)或者由于微粒之間相互吸引和排斥所致。這樣，他雖然沒有找到解釋，但認(rèn)識到這是一種新的特殊的運動。這種現(xiàn)象究竟意味著什么？有些科學(xué)家認(rèn)為是一種生物現(xiàn)象，也有人認(rèn)為是雄性生命的特性，也有科學(xué)家認(rèn)為是因加熱不均勻，而在液體中形成對流。直到19世紀(jì)70年代，才有科學(xué)家利用液體分子的熱運動給予解釋。

愛因斯坦相信世界是物質(zhì)的，相信原子和分子是存在的。從聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)畢業(yè)以后，他就開始尋找能證明原子和分子存在的有力證據(jù)。一方面，他在顯微鏡下仔細(xì)地觀察布朗運動；另一方面，他發(fā)明了將統(tǒng)計學(xué)和力學(xué)結(jié)合起來的新的統(tǒng)計力學(xué)的方法，并利用該方法深入研究懸浮粒子在流體中的運動。他分析了原子和分子的運動及其與熱之間的關(guān)系，計算出布朗運動的規(guī)律，得到了關(guān)于布朗運動的精確的數(shù)學(xué)理論。1905年4月和5月，他把這一研究成果寫成兩篇論文：“分子大小的新測定法”和“熱的分子運動論所要求的靜液中懸浮粒子的運動”。其中，前一篇論文是他向蘇黎世大學(xué)申請博士學(xué)位的論文，當(dāng)年以單行本在伯爾尼（Berne）出版，后一篇論文則在當(dāng)年萊比錫（Leipzip）的《物理學(xué)雜志》上發(fā)表。在這兩篇論文中，愛因斯坦從理論上科學(xué)地闡明了布朗運動產(chǎn)生的原因，并從懸浮粒子位移的平均值推算出單位體積中流體的分子數(shù)目，提出了一種通過觀察布朗運動測定分子實際大小的新方法。就在差不多同時，奧地利科學(xué)家斯莫路霍夫斯基（M. Von Smoluchowski）也做出了同樣的成果。他們的理論圓滿地回答了布朗運動的本質(zhì)問題，證明了微粒的運動是由于液體粒子從四面八方對它們的撞擊引起的。愛因斯坦在第二篇論文的最后，向?qū)嶒炍锢韺W(xué)家呼吁，希望他們能用實驗證實他的這一理論。3年后這一任務(wù)就由法國物理學(xué)家佩蘭（J. B. Perin，1870～1942）和瑞典化學(xué)家斯維德伯格（T. Svedberg，1884～1971）分別完成了。為此，他們二人于1926年分別獲得了諾貝爾物理學(xué)獎和化學(xué)獎。這里還應(yīng)該提到1902年齊格蒙第（Richard Zsigmondy，1865～1929）發(fā)明的超顯微鏡，這是實驗科學(xué)上的重大進(jìn)展。利用它可直接看到和測定膠體粒子的布朗運動，從而證實了膠體粒子的真實性。為此，齊格蒙第獲得1925年諾貝爾化學(xué)獎。佩蘭和斯維德伯格測定布朗運動就是用超顯微鏡進(jìn)行的。

愛因斯坦等人的研究成果終于證明了分子和原子的客觀存在。從此以后，科學(xué)上關(guān)于原子和分子真實性的爭論即告終結(jié)。法國著名數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家龐加萊（J. Henri Poincaré，1854～1912）在1913年總結(jié)說：“佩蘭對原子數(shù)目的光輝測定完成了原子論的勝利，化學(xué)家的原子論現(xiàn)在是一個真實存在。”

3 知道原子和分子中文譯名的由來

當(dāng)把引自西方的化學(xué)語言譯為中文時，往往很難找到對應(yīng)的詞匯。于是，就必須創(chuàng)造或引進(jìn)一些規(guī)范而統(tǒng)一的譯名，使之在傳播中容易被接受。清末民初，隨著原子論和分子學(xué)說在中國逐漸傳播，其中文譯名也發(fā)生了一些變化。該變化過程不僅反映了化學(xué)思想在中國的傳播過程，也反映了與當(dāng)時中國社會狀況相關(guān)的人文內(nèi)涵。從教學(xué)的實際需要看，初中化學(xué)教師若能知道這兩個中文名稱的由來，對挖掘與此相關(guān)的人文內(nèi)涵很有幫助。

原子和分子的中文譯名是隨著原子論和分子學(xué)說在清末民初的傳播逐漸形成并普及的，大致分為兩個時期：19世紀(jì)和20世紀(jì)初期。

在19世紀(jì)，科學(xué)在中國的傳播和教育是伴隨著西方傳教士在中國傳教活動而展開的，其中，傳教士扮演了主要角色。在中國學(xué)者的幫助下，傳教士翻譯了一些化學(xué)著作并逐漸傳播了原子論和分子學(xué)說。在這一時期，中文化學(xué)著作中大都把“Atom”和“Molecule”譯為“某點”。例如，1886年美國人丁韙良編譯了《化學(xué)入門》，該書是第一本介紹原子學(xué)說的中文化學(xué)著作。書中問：“物之微點分有二類，何也？”其回答是：“分原質(zhì)與雜質(zhì)，如養(yǎng)氣與輕氣，其各點皆為原質(zhì)，不能再分，合為水則成雜質(zhì)。[3]”所謂“微點”即指原子，很明顯，書中所介紹的理論是道爾頓的原子論。1899年，美國人福開森（J·C·Ferguson，1866～1945）翻譯出版的《化學(xué)新編》一書的“總引”中有一段論述“質(zhì)點（molecule）”的文字：“凡物皆極微之點所成，此極微點雖不化合而時動。在一質(zhì)內(nèi)，其微點皆同，亦與質(zhì)同形，此微點，化學(xué)家名為質(zhì)點。質(zhì)點即一質(zhì)內(nèi)極微之點，至不能再分。此質(zhì)點獨立，即不能分，如與他可化合之質(zhì)即能分。其所能分者，乃質(zhì)點內(nèi)極小之點，名為小質(zhì)點（atom）。[4]”這里所謂的“質(zhì)點”是指分子，而“小質(zhì)點”就是原子。這一段論述不僅說明了原子和分子概念，而且也闡述了原子和分子的關(guān)系。

甲午戰(zhàn)爭之后，中國開始從日本引進(jìn)西方科學(xué)。至20世紀(jì)初，已有大量日文化學(xué)書籍被留日學(xué)生譯介過來。受日文的影響，其中大都把“atom”和“molecule”譯為“原子”和“分子”。1903年，虞和欽（1879～1944）在《科學(xué)世界》雜志上發(fā)表了“論原子量”一文。文中介紹“原子說”如下：“凡原質(zhì)極小分子（已達(dá)不能再分之界）即自原子而成，而此原子有一定之重量。凡諸化合物皆自此原子結(jié)合成立者也。自達(dá)爾頓（今譯道爾頓）得此原子思想后，近世學(xué)術(shù)界多利用之[5]?！边@是已查閱文獻(xiàn)中最早使用“原子”和“分子”作為“Atom”和“Molecule”譯名的文獻(xiàn)。這顯然是采用了日語譯名。

1900年，曾經(jīng)留日的杜亞泉（1873-1933）在其個人編輯出版的《亞泉雜志》上發(fā)表了“質(zhì)點論”[6]一文，文中談到：“物質(zhì)由極細(xì)之質(zhì)點連接而成，謂之微點。同一物質(zhì)必同一樣之微點構(gòu)成。其諸微點之形性重量皆同。故雖一微點，仍不失其本質(zhì)之性。……微點者尚為二原點或數(shù)原點合成。則原點之微更甚于微點矣?！边@里的“微點”是指能保持原物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的分子，比“微點”更微的“原點”就是原子。杜亞泉在這里采用了傳統(tǒng)的“點”來翻譯日文中的“原子”和“分子”。但很快他就直接使用“原子”和“分子”作為譯名了。例如，1905年上海商務(wù)印書館出版了杜亞泉譯訂的《化學(xué)新教科書》，該書是根據(jù)日本人吉田彥六郎所著的《化學(xué)新教科書》翻譯成的，書中談到：“近世學(xué)者所公認(rèn)，無論何種物質(zhì)均為分子所成?！肿诱邔崬楸确肿痈≌咧?。此更小者謂之原子。[7] ”1907年，由嚴(yán)復(fù)主持、學(xué)部審定科編纂的《化學(xué)語匯》（商務(wù)印書館代印出版發(fā)行）中，把“Atom”和“Molecule”的譯名定為“原子”和“分子”。學(xué)部的審定使這兩個譯名首次得到統(tǒng)一。

至1923年，由任鴻雋（1886～1961）起草、全國教育會聯(lián)合會新學(xué)制課程標(biāo)準(zhǔn)起草委員會公布的“新學(xué)制課程綱要高級中學(xué)第二組必修的化學(xué)課程綱要”中的“內(nèi)容部分”規(guī)定學(xué)生學(xué)習(xí)“化學(xué)上之重要概念，如原子、分子、原子量、分子式、原子價等”。這說明在國家公布的教學(xué)指導(dǎo)性文件中已經(jīng)確定了以“原子”和“分子”作為“Atom”和“Molecule”的譯名。

4 結(jié)語

從化學(xué)思想史、文明史及科學(xué)社會學(xué)的角度看，在原子-分子論發(fā)展史教育中，初中化學(xué)教師若能分析對比相關(guān)史料，形成教學(xué)思想，就能客觀、準(zhǔn)確地描述從原子論到分子學(xué)說的演進(jìn)過程。從科學(xué)方法論角度看，初中化學(xué)教師需了解原子和分子從假說到客觀實在的發(fā)展過程，從中挖掘有利于科學(xué)方法論教育的課程資源，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。從文化傳播史的角度看，初中化學(xué)教師需知道原子和分子中文譯名的由來，以便在教學(xué)中進(jìn)行相關(guān)的人文教育，增強學(xué)生的人文素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Joseph Ben-David， The Scientists Rolein Society： A Comparative Study， Englewood Cliffs， NewJersey. Prentice-Hall. 1971：21.

[2]袁振東，朱敬.在科學(xué)的入口處30位化學(xué)家的貢獻(xiàn)[M].武漢：湖北少年兒童出版社，2008：7～11.

[3][美]丁韙良.格物入門卷六化學(xué)[M].上海：上海美華書館，1899：8.

[4][美]福開森譯.化學(xué)新編[M].上海：上海美華書館，1899：4.

[5]虞和欽.論原子量[J].科學(xué)世界，1903，（2）：27～34.

[6]杜亞泉.質(zhì)點論[J].亞泉雜志，1900，（1）：6～9.

[7][日]吉田彥六郎著，杜亞泉譯訂.化學(xué)新教科書[M].上海：商務(wù)印書館，1905，1907：55～56.