原子分子论确立的“四阶段论”及其对教学的启示

赵存梅 莫尊理

摘要：简单梳理了原子分子论确立的四个基本阶段：从古希腊时期德谟克里特提出的古典原子论，到道尔顿提出的原子论，从阿伏伽德罗提出的分子学说到康尼查罗对原子分子论地位确立的贡献，将原子分子论确立的过程概括总结为四个阶段，并将其融入到实际教学，有利于培养学生的微粒观与系统思维。

关键词：原子分子论；确立过程；系统化思维

文章编号：1008-0546（ 2023）09-0020-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.09.004＼

一、原子分子论确立的四个阶段

1．德谟克利特原子论

德谟克里特（Democritus，约460B.C．一361B.C．）原子论也被称为古典原子论，其提出的时间可以追溯到公元前400年。实际上，德谟克利特的原子论并非由他独自发现而提出，其继承于他的导师爱奥尼亚学派的留基伯（Leucippus， 500B.C．一440B.C．）所提出的原子论。由于古希腊时期的科学技术水平有限，人们对于微观世界的探索更多地源于推测且伴有一定的神学色彩，但爱奥尼亚学派在这一点上有所突破，他们试图用合理的解释来代替诗人的思考，用理性的思考打破神秘的力量。这使得德谟克里特的原子论脱离“神”的范畴，其内容浓缩并蕴含爱奥尼亚学派的思想与理性主义特点。

古典原子论并不是经过实践检验的科学理论，而是哲学家基于宇宙万物的思考进行的“推测”与“猜想”。德谟克里特就认为万物是由原子和虚空构成，原子不能白生白灭，它只能在虚空中做永不停息的运动、进而构成万物。原子是硬的，有大小和形状，或许还有重量（这点有争论）。[1]德谟克里特原子论预言了原子的存在，提出了极为先进的观点，同时他肯定了人们的感觉和思想是客观世界的反映，体现了其唯物主义哲学思考。然而，其发展与传播并不顺利。德谟克里特原子论跟亚里士多德（Aristotle， 384B.C．一322B.C.）主张的连续学说相悖，[2]连续学说认为万物可以无限分割，按照这一理论，世间将不存在原子之类的物质。因此，德谟克里特原子论在与反对学说的斗争中延续了几个世纪。后来，罗伯特·波义尔（Rob—ert Boyle，162 7-1691）、艾萨克·牛顿（Isaac Newton，1643-1727）等人通过努力，尝试着让原子论褪去哲学外衣，尽管他们的理论并没有掀起太大的波澜，但到18世纪末，“物质是由小微粒构成”这一观点风靡整个科学界。只不过，由于时代限制，其理论无法被实验证实，德谟克里特原子论只停留在哲学思辨的范畴，始终只是人们对于微观世界的臆想。

2．道尔顿原子论

2200年后的18世纪，道尔顿（John Dalton，1766—1844）的研究使得古老的原子论再现生机。道尔顿在研究不同气体在水中的溶解度不同时不禁思考，是不是由于构成气体微粒大小不同造成的溶解度差异？为了解决这一问题，道尔顿开始自己的研究。1 808年，道尔顿出版《化学哲学新体系》（A New System ofChemical Philosophy）并详细阐述了他的原子论，其核心内容可参考表1。[1]

他在总结了前人的观点后，认为使得原子论科学化的关键，是要将原子的认识从定性转向定量——测定原子量。道尔顿首先测量出了最轻的原子——氢，并以氢原子量作为基准，利用化学家对一些物质的分析结果，换算出一批原子的相对质量。世界上第一张原子相对质量表，就记载在道尔顿1803年9月6日的日记本中，之后道尔顿通过氢元素测算出多种元素以及化合物的相对原子质量，如图1所示[3]。

由于符合近代实证主义科学观与方法论，因此，道尔顿原子论也被称为科学原子论。正如道尔顿本人所说“有些人总把我的原子学说叫做假设，不过请相信我，我的原子学说是真理，我所得到的全部实验结果使我对这一点深信不疑。”[1]科学原子论最大的特点就是具有实证性的证据做支持，这让原子论从“天上的星星”变为“落地的种子”。虽然原子论的提出成为了化学界的一个重大的发现和进步，但是随着人们对于原子论更加深入的认识，原子论中的部分观点仍然存在争议。

3．阿伏伽德罗分子假说

阿伏伽德罗（ AmedeoAvogadro，1776-1856）的分子假说刚问世时并没有被世人所普遍接纳。在道尔顿提出原子论不久后，阿伏加德罗不仅发现了道尔顿原子论存在的问题，还提出解决的办法即引入分子概念。阿伏伽德罗的分子假说认为，原子与物质之间还存在着一个中間体，这个中间体就是分子。原子会成比例组合成分子，分子可以再分为原子，且分子是保持这个物质性质的微粒。

然而，阿伏伽德罗分子假说在当时并未引起重视，主要原凶可以总结为三点：一是由于权威者的反对与阻碍。相比分子论，原子论更早面世，并且南于其得出结论的过程更具有科学规范性，因此，在极短的时间内道尔顿原子论拥有大批拥护者，而道尔顿本人也对自己的原子论深信不疑，这使得他不愿接受其他理论观点。二是分子论与当时另一位权威化学家贝采利乌斯（Berzelius Jons Jakob， 1728-1799）提出的电化二元论的观点相悖。在两位权威科学家都不支持分子论的情况下，即使阿伏伽德罗连续发表三篇文章来阐述分子论，都未被引起关注。三是因为当时的技术限制，分子论本身无法被证实。尽管分子论具备了一定的意义与价值，但是从当时科学家的视角来看，它更多是一种假说，没有实际的证据可以证明分子的存在。也就是说在科学家眼中，阿伏加德罗提出的分子论只是对微观粒子的猜想，如果接受分子论，就代表着让已经逐渐清晰的微观世界再次变得模糊，而这也是许多科学家无法接受的。就在这样内外凶的双重作用下，分子论并没有登上历史舞台，甚至到阿伏加德罗去世之后多年，他提出的分子论依然被埋没在历史巾。

4．、尼查罗与原子分子论

康尼查罗（Connie Charo， 1826-1910）被视为终结原子分子论“混战时代”的人，当时的西方化学界从原子量到化学命名等诸多内容方面都存在众多的体系，这造成了化学理论的研究变得臃肿且复杂。为此，德国化学家凯库勒（FriedrichA．Kekule， 1829—1896）等人提议召开一场会议，并通过会议统一化学的诸多纷争，这就是历史上的第一次国际化学科学会议——卡尔斯鲁厄会议。在会议快要结束时，会场散发了一本名为《化学哲学教程提要》（Summary of thePhilosophy of Chemistry Tutorial）的册子，其作者正是康尼查罗。在这本小册子中，他提出确立原子量的方法：化合物里原子的数目是成整数的，则化合物中各元素的质量是其原子量的整数倍。康尼查罗的这一方法完全靠反映物质本质的原子分子论，所以测出来的原子量基本都是正确的。[4]在这基础上，康尼查罗进一步指出阿伏伽德罗分子假说是目前唯一可以解决原子论中争议与矛盾的理论，这样的观点得到了化学家们的广泛支持，分子假说也因此在阿伏伽德罗本人去世后50年终于被主流观点所肯定。

康尼查罗对于原子分子论的确立看似没有内容上的突破贡献，但他力主阿伏加德罗的分子假说，并为其确立统一分歧，扫清障碍。尽管后来诸多科学家包括获得诺贝尔奖的德国化学家奥斯特瓦尔德（F.W．Ostwald， 1853-1932）、奥地利物理学家马赫（E.Mach，1838-1916）等在当时都对原子和分子的存在持怀疑态度。后来，由于爱因斯坦、佩兰等人从理论和实验两方面证实了原子和分子的客观存在，原子分子论才被科学界广泛接受。原子分子论地位的确立无疑是近代化学史上的一大进步，其成为近代化学的理论基础。

二、对实际教学的启示

1．将原子分子论确立过程融入教学，建立新型的教学思路模型

义务教育化学课程标准制定了学生掌握原子、分子、离子这些构成物质的微粒的标准，例如：“认识物质的微粒性，知道分子、原子、离子等都是构成物质的微粒”“能用微粒的观点解释某些常见的现象”“知道原子是由原子核和核外电子构成的”“知道原子可以结合成分子，同一元素的原子和离子可以互相转化。”[5]然而，实际的教学效果却不尽人意。通过调查发现，教师采用传统教学思路上本节课，尽管学生已学过元素、原子、分子的概念，但班级中仍然有80%以上的同学不理解原子与分子究竟是什么。[6]

造成这种结果的主要原因是学生无法从更为深刻的角度理解原子与分子的存在意义。更多时候，学生只是理解原子与分子的概念内容，但对其来龙去脉的认识并不完整，这样的情况造成了学生仅能做到认识微观世界中存在分子与原子，但无法理解原子分子理论的历史意义与学科价值。

因此，建立清晰的原子分子发展脉络十分必要。教师展示原子分子理论确立的“开始一突破一修正一总结”四个具有时代意义的时期，学生可将原子分子的发展看做一个动态并且联系紧密的过程，这个过程不仅蕴含着科学知识，其背后更是渗透着科学思维、科学精神与科学态度。基于该思路，可以构建原子分子论确立过程与原子分子教学相融合的新型原子分子教学思路模型，如图5所示。

学生通过对每一时期化学史素材的认知，不仅能理解原子分子为何存在，更能意识到原子分子理论对化学科学的影响与重要性。

2．清晰完整的原子分子论确立过程有利于发展学生的系统思维

系统，顾名思义就是连续的、全面的要素组成的一个有机整体。系统思维来源于系统论，是一种运用系统观点来分析综合、考察认知事物的思维方法。[7]系统思维把认识对象当成一个有机整体，从整体与要素、要素之间、要素与环境之间的相互作用、相互影响中达到对事物的综合、全面的认识。把原子分子论的确立过程当成一个系统，可从德谟克里特、道尔顿、阿伏伽德罗、康尼查罗这四个“要素”出发，将其研究内容的核心概念作为更小的系统。德谟克里特原子论可细分为更小的系统（原子很小、永远运动）；道尔顿原子论可细分为更小的系统（简单原子、复杂原子、原子量）；阿伏伽德罗原子论可细分为更小的系统（分子论、分子可分），最后康尼查罗做了综合统一的工作。原子分子论确立的过程存在于更大的系统（科学史发展的过程），受到这个更大系统的引领与制约。原子分子论的确立过程中要素、系统、更大系统之间的关系如图4所示。

用整体、综合、系统的视角认识原子分子确立过程，能帮助学生建立原子分子知识之间的联系，加深学生对每个阶段史实的感受，体会其中蕴含的科学价值与思想，促进学生系统思维的发展。凶此，在实际的教学中，教师务必要梳理原子分子论确立的历史脉络，带领学生挖掘其中的学科价值，绝不能简单地对化学史“一引了事”。

原子分子理论贯穿在整个初中及之后的化学学习过程中，它不仅要求学生对具体知识学习与掌握，也是学生对于化学学科整体认识的基础。这使得原子分子论不仅承担着引导学生认识微观世界的桥梁作用，也承担着启蒙学生科学思想、科学态度等作用。这些内容不仅需要教师通过语言传达，也需要依托素材运用与情境的创设，讓学生产生反思与感悟。原子分子论的确立过程蕴含着丰富的学科思维，渗透着科学本质观思想，其结合了科学的思考与规范的实验，诠释了科学家锲而不舍的科学精神，尤其是科学家们大胆的质疑与批判精神，在很大程度上推动了科学理论的发展。

参考文献

[1] 张德生，徐汪华．化学史简明教程（第二版）[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2017：56-68.

[2] 山冈望．化学史传（第一版）[M].北京：商务印书馆，1995：90-94．

[3] 任同祥，周涛，王军，宋盼淑，等．元素原予量测量及其演进[J].化学通报，2020，83（04）：377-383.

[4] 张玉春，“原子一分子”论的创立及其对我们的启迪[J]．化学 育，2009，30（12）：81-84.

[5] 中华人民共和国教育部，义务教育化学课程标准（2011年版）[S]．北京：北京师范大学出版社2012：24.

[6] 朱雪琴，龚颖潮．建构新知，形成概念——九年级化学“分子和原子”教学设计与实践反思[J].中学化学教学参，201 5，（5）：16-19．

[7] 张顺清．基于系统思维的化学教学——以“元素化合物、化工生产、化学实验”为例[J]．中学化学教学参考，2020（23）：5-8.