温故而知新

宋心琦

近来，“不确定性”一词不仅在报刊、书籍上频频出现，物理和化学老师在介绍某些科学成就或结论时也经常用到这个词，并且一再强调是否认识到科学结论必然存在不确定性是科学素质的重要内涵。小沛和她的同学们基本同意这个看法，但是对于存在不确定性的原因一直没有清晰的认识。因为大家在学习过程中，从来都是把教材里介绍的概念、原理、定律和实验现象当成绝对正确的知识，如物理学中的牛顿三定律、化学中的电离理论及生物学中的物竞天择原则等，这些难道不都是放之四海皆准的科学知识吗？那么不确定性来自何处呢？是否和实验者本身的某些疏忽或错误有关？同学们百思不得其解，于是在一次师生交流活动中提出了这个问题。老师面带微笑地听着同学们的发言和辩论。同学们能够提出这个问题恰恰说明他们已经学会了思考而不是简单地接受，对科学成就或结论必然存在不确定性的质疑本身，就是对这个结论是否同样存在不确定性的一种思考，这说明同学们的科学素质有了明显的提高。

讨论声渐渐低了下来，同学们渴望获得正确答案的目光转向了一直没有发言的老师，期待老师针对他们的疑惑提出一个能够说服大多数人的意见。老师点点头，说：“我先提一个问题，还记得我曾经专门介绍过科学结论为什么都存在不确定性的问题吗？”大多数人还记得这个问题，有的同学还翻出当时的课堂笔记。同学们在老师的提醒下，回忆起老师当时介绍的皮门托尔教授的实验和他对科学素质的评价依据，同学们通过回忆和交流，有了进一步的体会。老师高兴地肯定了同学们的进步，然后转过身来，在黑板上写下五个大字——温故而知新，老师说：“对于科学知识和学习体会应当不断地思考和体验。而不是仅仅保留为记忆，古人说的温故而知新就是这个意思。把已有的认识和体会当作进一步学习的基础，就会从中获得新的体会。你们从今天的讨论中获得的新知虽然重要，但是对温故而知新这一古谚语的领会却更为重要啊！”从老师的谆谆教导中，小沛和她的同学们深深地感受到老师对自己的爱护和鼓励。陷入了沉思之中，寂静的课堂里能够清楚地听到同学们在笔记本上书写时发出的嚓嚓声。小沛记下了“温故而知新”五个大字。准备作为当天日记的主题。

小沛想到的第一个问题是关于元素的问题。通过几个世纪的不懈探究，科学家已经把远古时期的元素概念，从一个哲学概念发展成为经过实验反复验证的有确定质量和结构的科学概念。由于人们普遍认为这个转变是以道尔顿原子学说为基础的，所以化学史家认为道尔顿是近代化学的奠基者。小沛意识到，要想正确地理解这个评价，首先需要对道尔顿的原子学说进行再一次的学习和思考，于是她翻开了教科书和笔记，找到了相应的内容。笔记本上关于道尔顿原子学说的要点共3条，即：①化学元素均由不可再分的微粒构成，该微粒称为原子。原子在一切化学变化中均保持其不可再分性。②同一元素的所有原子质量和性质都相同；不同元素的原子质量和性质都不同。③不同的元素化合时，它们的原子按简单整数比结合成化合物。重新阅读后，小沛进一步明确了元素和原子两个概念之间的区别和联系，并且认识到它们是学习和理解原子学说的核心要点。其次。小沛认识到以原子质量来定义和区分化学元素是道尔顿最重要的贡献。从道尔顿提出原子学说距今已超过两个世纪，其间虽然陆续发现了同位素、放射性元素等与道尔顿原子学说相悖的事实，包括科学界完成了对原子精细结构的认识之后，人们对化学元素的认识已经远远超过道尔顿时代。但是化学元素原子间以原子质量相区别的概念仍然保留着它的正确性，科学界对相对原子质量测定方法和数据精确性的不懈追求是最有力的证明。

小沛在反复思考以上总结时，进一步发现教材中介绍的被称为化学语言的化学式、化合价、化学反应方程式，以及后来广泛应用的化学结构式等曾经使得初学者感到困惑的概念和知识，其实都是以道尔顿原子学说为基础的，亦即化学元素在物质稳定存在和发生变化时是保持不变的。在这个前提下，化学体系遵循质量守恒定律就是不言而喻的了。

基于这样的理解。小沛突然发现，用化学符号组成的化学式、化学反应方程式和化学结构式不仅能够呈现出化学物质的组成和推断其可能发生的变化，而且能够产生引人入胜的美感，这是科学特有的简洁之美！与此同时，小沛对于温故而知新的古训也有了进一步的领会。同学们，你们也曾有过这样的经历和领会吗？

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