化学学科内容的独特性-高中化学有效教学理论

（一）化学是一门研究物质及其变化的学科

世界是由物质组成的，物质是在运动变化的。从古代到现代，人们提出了诸多概念与学说以解释他们所认识和理解的世界。关于万物的本源，中国的阴阳说、五行说及元气说，古希腊的“四根说”，还有古代的朴素元素论、原子论等关于万物本源的思想，其实质都是有关物质及其变化的观点。世界万物的本源是人们认识、理解和解释世界的根本问题，这也就决定了化学作为一门基础学科的必然性和必要性。化学是由“chemistry”翻译而来的，伟烈亚力（A.Wylie）在其主编的《六合丛谈》杂志（1857—1858年）中将“化学”作为“chemistry”的汉译名，一直沿用至今。我国罗存德学者在《汉英字典》中曾将“chemistry”翻译为“炼学”或“物质理”，曾宗巩在1906年编译的《质学课本》中把“chemistry”翻译为“物质学”，简称“质学”。不论使用哪种翻译，“chemistry”一词实际上都包含两层意思：一是物质的性质，二是物质的变化。^[1]

为了避免对“物质”和“变化”的笼统表述导致化学与其他学科的研究领域相混淆，可以从两个方面进一步展开说明：一方面，从化学研究的物质客体的特点来看，化学研究的物质客体主要是指客观存在的物质本身，而不是抽象存在的意识形态，是物质中以实物而不是以场的形态存在的粒子。另一方面，从化学研究的物质客体的运动变化特点来看，化学中的运动变化主要是指分子发生的质的转化，而不是分子的物理运动状态上的变化。物理学和化学都是研究物质及其运动变化规律的科学，但不论是宏观层次的物质还是微观层次的物质，它们都存在物理的运动形式和化学的运动形式。因此，它们既是物理学研究的对象，也是化学研究的对象。物理学研究物质的基本结构、相互作用及其运动规律，而化学则研究物质的反应和质的改变。

（二）化学学科关注研究对象的一般性和特殊性

化学在研究对象一般性质的基础上，对其特殊性给予了重要关注，这与着重于研究一般公理的物理学科形成了鲜明的对比。“化学研究的对象，无论是元素、原子还是分子、实物，都具有大量的个体，而且个体之间又不是孤立的、互不相关的，因此，个别、特殊和普遍之间的关系，对化学认识显得特别重要。”^[2]从本体论来看，化学和物理的研究对象都是分子、原子、原子核和核外电子，研究内容都是物质的层次结构以及物质之间的相互作用。从这一角度来看，所有的化学相互作用都可以用物理学理论中的量子力学作出解释，也就是说，化学理论都可以归结为物理学理论。但是从认识论的观点来看，物理学的理论研究侧重于从一般化、抽象化或理想化的研究对象（如质点、电磁场、系统、微观粒子等）出发，揭示其运动规律，建立一般性方程，并对这些规律、方程进行解释，从而形成抽象化、数学化、形式化的理论。而化学则侧重于研究具体的、实际的，而不是抽象化的分子的结构、性质和化学反应，并由此形成具体的化学理论，解释具体的、多种多样的化学经验事实。也就是说，从认识论的角度来看，化学理论和物理学理论存在特殊和一般的区别，化学用物理学的普遍性理论解释化学的经验事实并形成新的化学理论，此时，物理学中的理论发生“变形”，已不是原来形态的物理学理论。例如，化学热力学理论来源于物理的热力学理论，但它具有自己的存在形式和特点，具有自身的特殊功能，已经不再是原来意义上的热力学理论。此外，从方法论的角度来看，要认识一个层次的本质，需要深入到下一个更深的层次中去，从化学理论到物理学理论，从方法论上看是还原过程。还原是为了说明所要说明的问题，但就研究具体内容而言，是不能完全还原，更不能归结的。^[3]

总体而言，相比于物理学的研究对象的高度抽象性和一般性，化学的研究对象则是具体性、个别性的化学个体，即各种化学元素及其性质以及由各种元素组成的不同化合物及其性质。“物理学理论和化学理论之间的关系，表现为理论的深度发展和广度发展的关系”^[4]。量子理论可以预测化学的某些问题，但不能企图将所有的化学问题都用量子力学来解释。当然，化学研究对象的个别性不能表明化学研究仅仅停留于对个别性对象的认识上，化学研究还进一步研究具体个别的研究对象之间的联系和共同本质，从而使特殊认识上升到普遍认识。总之，化学学科研究对象的一般性和特殊性是需要辩证地思考和对待的。

（三）化学学科从系统的视角把握研究对象

因为物质及其变化是一个复杂系统，所以化学学科需要以系统的视角把握研究对象。从科学哲学的角度来看，化学学科具有这样的特征：“把重点放在解释各种各样的物质及其相互关系上，而不是把重点放在将一切还原成原子或基本粒子的一个基本单位上”“关注变化（综合、转换、转变）”，而不是描述世界的“本来面目”。(www.xing528.com)

（1）化学学科面临的这种问题的复杂性需要从系统的视角把握研究的对象才能得到最为合理的阐释。有学者把化学学科的这种特征称为系统主义，即化学把构成事物的各个原因看成一个系统来加以分析。系统不仅仅是各个独立因素静止的集合，还包括各因素彼此之间动态的相互联系，这是与将物质还原为孤立原子的原子主义，或者将要素的简单聚合等同于整体并以此定义部分的整体主义相对而言的。他们还称系统主义为“高级的形而上学”，因为它建立在根本性和复杂性的基础上。

（2）极端的化学还原论问题，即极端地把化学归结为物理学，或者把化学理论归结和还原为物理理论，实际上就是忽视了化学研究与物理研究视角的差异性。有不少学者表示反对化学还原论观点，其论据就在于化学和物理具有完全不同的视角和焦点。例如，沙罗斯河（Thalos）认为，反对将化学还原为物理的一个关键因素在于物质的结构及其与物质的性质之间的关系。物质在中等尺度上的性质和行为在很大程度上并不仅仅取决于它们各部分的物理性质及其支配它们组合的原则。一旦我们知道它们是否（以及如何）会发生组合，我们仍然不能获得它的重要属性或它们组合在一起的程序。再如，白莱格尔（Brakel）认为，要针对具体的事物考察不同话语间的交互、融合的关系，而不是严格强调事物的可通约性而把有关事物的不同话语划分为还原、附属或涌现的等级关系。

（3）早在1874年，Mill就用“原因组合原则”（多个原因的联合效应与其各自效应的总和相等）来区别物理和化学运作的基本形式，认为物理是演绎的科学，而化学不是。

化学中，很多事物的现象并不是其多种原因各自效应的总和，而是其联合作用形成的综合性结果。例如两种物质结合产生第三种物质，这种物质的性质不是构成其本身的那两种物质的性质加和，而是完全不同于前两者的性质。但是对于物理问题，可以通过组合所有的原因来计算其影响，因为多个原因的联合效应就是其各自效应的总和。也正因为如此，物理学能够判断物质的各部分结构，但并不能进一步通过组合这些结构来判断物质的性质，因为物质的最终性质并不完全是各部分结构及其性质的简单组合，它是不同原因联合作用形成的综合性结果，而这一问题必须通过化学来解决。例如，高中化学学习的有机物分子——果糖，从原因加和的角度来看，果糖不具有还原性（果糖中的各个独立的官能团都不具有还原性），然而事实却是碱性环境中的果糖会表现出一定的还原性。因为在碱性环境中，果糖结构中邻位的羟基和羟基相互作用发生异构，转化为具有还原性的醛基，从而表现出一定的还原性，而在酸性环境中却没有这一过程，也就是说，果糖的还原性是多因素联合作用的结果，而不是简单加和的结果，这一现象是物理学无法解释的。

（四）化学学科研究内容涉及更多人文性

化学兼具自然学科和人文学科的属性。化学学科的研究动力不仅来自纯粹科学理论发展的需求，更来自社会的、人文的和文化的需求。一方面，化学涉及许多环境、药理和化学武器等伦理道德问题；另一方面，化学既是一门学科，也是一门产业。“化学研究总是直接感受到社会需求的强烈刺激，并以其应用为研究目的的。”^[5]例如，从18世纪以化学科学为基础的酸碱工业开创了化学科学和工业生产的直接联系，到19世纪的有机合成工业，再到20世纪的材料、电子、航天、医药等工业，都需要化学科学的重要支持。也就是说，化学理论的背后常常涉及许多社会的、人文的和文化的问题，这些问题使得化学理论不仅仅具有科学性，还涉及更多的人文属性，它需要人们将化学理论置于一个更广阔的背景中进行更广泛的思考。