二 化学实验准备阶段中的理论思维

在化学实验准备阶段通常需要进行五项工作，即实验课题的选择、确定实验目的、明确指导实验设计的理论、进行实验设计、实验仪器与设备和化学药品的准备。每项具体工作中都需要理论的指导，都要进行积极的思维活动。

1. 化学实验课题选择中的理论思维

1. 化学实验课题与化学(实验)问题的关系。

化学实验课题，就是从化学(实验)问题中选择出来的，需要通过实验研究求得答案的问题。化学实验课题的选择，必须遵循三个原则，即化学实验课题的选择一定要遵循有效性、可实现性和最优化原则。可见，化学实验研究的课题必须从化学(实验)问题中来选择，但是并不是所有的化学(实验)问题都能被选为现实的实验课题，只有经过认真分析、思考、做出判断，认为符合上述三条原则的化学(实验)问题才能被选中。

1. 化学实验课题的正确选择需要充分发挥理论思维的作用。

化学实验课题的选择是进行化学实验研究的有决定意义的关键一步。化学实验研究并不是都能取得成功的，失败是常见的，其原因当然很多，但选题不当，常是导致失败的原因之一。正确的选择是一项既重要又复杂的工作。英国著名的晶体物理学家贝尔纳就曾提出：“课题的形成和选择，无论作为外部的经济要求，或者作为科学本身的要求，都是研究工作中最复杂的一个阶段。一般说来，提出课题比解决课题更困难⋯⋯所以评价和选择课题，便

① 黄顺基等主编：自然辩证法教程，中国人民大学出版社 1987 年版，第 298 页。

成了研究战略的起点。”①因此，许多科学工作者认为，科学研究的选题本身就是一项科学研究。那么，怎样才能选中正确的化学实验研究题目和对问题的意义做出恰当的评价呢？关键在于从事化学实验研究者是否具有较雄厚的化学科学基础知识，是否能在了解和分析化学学科某一领域背景知识的基础上，充分运用想像力，发现和提出具有发展前途的实验研究题目。而理论思维在这里起着重要的作用。

在确定了化学实验选题和了解所要研究的问题之后，还要以一定背景知识为基础，运用理论思维对所研究的实验问题进行分析，把一个大问题分解成具有一定层次和相互联系的许多小问题，为找到解决这个问题的步骤和相关的网结，为化学实验设计提供依据。如法国化学家莫瓦桑为解决制取游离氟的问题，以氟的制取为实验课题进行了实验研究。他在以氯、溴、磺以及氟化物等知识为背景，对氟的性质已经有了初步认识的基础上，经过思考， 解决了电解法制取单质氟的几个关键性的前问题，这些前问题就是：使电解原料(反应物)变成导电的电解液、电解装置(器)和电极要耐腐蚀、防止氟的逸散以及便于检验等。又如电解器又涉及到电解器与电极的材料以及它们的形状、电解器的封口等更具体的问题。这些问题得不到解决，游离氟的制取将会受挫，这些不同层次、相互联系的前问题，就成了解决所要研究的课题的必要条件。这就说明了问题的分解在化学实验研究中具有十分重要的意义，通过对问题的分解，为实验主体提供解决问题的方向和方法；另外还说明了实验主体必须具有分解问题的能力和深刻的洞察能力，而这些都需要发挥理论思维的重要作用。

中学化学教学中需要通过实验解决的问题是化学科学中早已经解决了的一些最基本的问题，已不再成为化学科学研究的对象。这些实验问题是在化学教学大纲和化学教材中事先规定下来的，是完成中学化学教学任务所不可缺少的重要教学内容，通常勿需教师或学生做什么选择。但是，对化学实验问题结构的理解和对化学实验问题的分解，却离不开理论思维。因此，教师在实验实施之前，对学生进行必要的引导，使他们在一开始就进入积极的思维状态，这对顺利完成教学任务和提高学生的科学素质是十分必要的。

1. 化学实验目的制定中的理论思维

在着手进行实验设计之前，首先应该明确此项化学实验要达到什么目的。不论是化学科学研究中的实验，还是化学教学中的实验，都必须有明确的化学实验目的。化学实验目的是化学实验的灵魂，是化学实验设计方案的重要内容之一，必须认真制订化学实验目的。

1. 化学实验目的是调节、控制化学实验主体的内在因素。

化学实验本身就是一个有目的的化学实验主客体相互作用的实践活动过程。事实上，确定化学实验课题、选择化学实验对象并不是无缘无故的，而是为了解决某个或某些化学问题，实现一定的化学实验目的。因此，在确定化学实验课题一开始就已经蕴含着化学实验主体对实验客体的某种要求。这种要求反映在化学实验主体的头脑中，就成为推动化学实验主体进行实验活动的内在动因。化学实验目的作为化学实验活动的一个内在因素，贯穿、渗透于化学实验的全过程和化学实验结果之中。化学实验目的作为实验主体头脑中的观念，调节、控制着其自身与化学实验客体的相互作用，这本身就是

① 林定夷著：科学研究方法概论，浙江人民出版社 1986 年版，第 68 页。

一种理论思维活动。化学实验目的关系到化学实验能否顺利进行的问题。所以，不论是化学科学工作者，还是化学教学中的教师或学生，在进行化学实验之前，都必须制订出明确的、切实可行的化学实验目的。

1. 化学实验目的是实验主客体之间的观念关系向实践关系转化的一个必然环节。

化学实验目的虽然属于主观观念的东西，但它是实验主体实践活动的直接动机，并为实验活动指明了努力的方向和预想的实验结果。它还作为调节、控制实验主客体之间相互作用的因素，规定着实验活动的步骤、方式和方法， 协调各个环节间的关系。

化学实验目的的本身还是为之努力、期盼达到的一种理想，因此，它能促使化学实验主体在实验活动中产生一种为理想而拼搏的强烈意志和情感。这种意志和情感能使实验主体的主观能动性得到最好的发挥。

化学实验目的构成化学实验者的观念、理想，必须通过化学实验才能把这种观念的东西转化成为变革、改造化学实验对象的现实活动，并在化学实验中实现它。化学实验所取得的实验结果，是否实现了预期的化学实验目的， 就是对化学实验目的所依据的思想、理论是否正确的一种检验。

总之，化学实验目的是化学实验主客体之间的观念关系向实践关系转化的一个重要环节，并贯彻于实验主客体相互作用的实践全过程。最后又对象化于化学实验活动的结果之中。因此，可以说化学实验目的是化学实验活动的灵魂，化学实验必须有明确的目的。确定化学实验目的是一个理论的逻辑演绎的过程，提出明确的化学实验目的必须充分发挥理论思维的作用。

1. 明确指导化学实验设计的理论

在确定了化学实验目的之后，不能马上进行实验设计，而是要先弄清指导化学实验设计的理论是什么，然后在这种理论指导下再去设计化学实验方案。在这里，指导理论是将化学实验目的与实验设计二者联系起来的中间环节。没有这一步，就不能很好地从化学实验目的过渡到实验方案的设计上， 即使作了实验设计，也会因缺乏理论根据而使实验不能达到预期的目的。明确了指导理论，实验设计就有了根据，有了方向。化学实验者就可以根据这种理论弄清该采用什么方法和手段，通过什么步骤、从什么方向去实现已经确定的化学实验目的，并可以根据这些理论进一步作出逻辑推理，预测可能遇到的困难，事先考虑好如何创设条件去克服它，还会估计到可能取得的实验结果等等。①

1. 进行化学实验的设计需要理论思维

关于化学实验设计的意义、类型和内容、原则和优选标准等，在前面已做过讨论。这里着重从理论思维的角度对化学实验设计，做进一步的探讨。

1. 化学实验设计是实现化学实验目的的观念模型。

任何一项现实的化学实验都是具体的实验，它不但有所要实现的特殊的实验目的，还必须有根据这个目的制订的实验计划(即实验设计或观念模型)。毛泽东曾指出：“一切事情是要人做的⋯⋯做就必须先有人根据客观事实，引出思想、道理、意见，提出计划、方针、政策、战略、战术，方能做得好。”做化学实验也应如此，在化学实验正式实验之前，要做好化学实验设计。化学实验设计是化学实验目的的具体化的观念模型。它是化学实验主

① 张巨青主编：科学逻辑，吉林人民出版社 1984 年版，第 175 页。

体借助理论思维在头脑中建构的一种观念性的东西，但它又是具体化了的。这种具体化是指化学实验目的的具体化，是指实现化学实验目的的实践活动过程的具体化。但是这种具体化并不是现实的具体，而是在观念中实现的， 以文字说明、化学用语和化学专用符号、图与表等的外表形式感性化地体现在书面上的。建立这种化学实验观念模型的过程本身就是运用理论和理性方法进行积极的思维过程。

1. 制订化学实验设计方案中的理论思维。

进行化学实验设计是一项复杂而又细致的工作。这项准备工作做得如何，关键在于是否能很好地进行理论思维。科学史上许多著名的实验，无不铭刻着理论思维在实验设计中的功绩。

为了使化学实验目的和化学实验实施过程的活动在观念中实现具体化， 在形成书面的化学实验设计之前，要对该项化学实验所涉及到的一系列具体问题进行认真的分析和周密的思考。

首先，对该项化学实验所涉及到的化学原理、对参加化学反应的各种物质的性质要有较全面、较深入的了解和认识。要尽可能估计到在什么样的实验条件下，可能发生什么样的化学反应以及产生什么样的实验结果。在此基础上再做细致而具体的思考，确定在怎样的实验条件下，才能使有关化学反应向着实现化学目的的方向发展。

其次，还必须按照化学反应原理，根据化学反应物质和生成物质的性质、实验条件的控制、发生反应时可能产生的能量变化，来预选实验方法和手段。甚至对选用仪器的规格、仪器的联结安装方式都要仔细考虑。然后，确定实验操作的程序和步骤，并在思想上进行“实验”，头脑中要考虑好每一步应怎样操作，操作方法上应注意些什么，怎样进行观察，如何使实验过程中的每一环节、每项操作都成为有目的、有计划的具体活动，并构成一个有序的联系的整体。

再次，化学实验主体要对自身的化学知识基础和理论水平、实验操作水平、现代化测量手段掌握的情况等也应做出全面的、切合实际的评价，充分估计自己是否有能力胜任该项实验研究。明确自己的不足，找到弥补的办法， 努力给以补救。

另外，对化学实验过程中可能遇到的困难和克服的办法，都要尽量做好思想准备。甚至在一开始就可以做出两套或多套不同的实验方案，即设计几种不同的实验路线去完成同一个实验目的的实验方案，运用理论思维，在头脑中对它们进行“实验”，对它们各方面的情况做出周密分析，并加以比较， 从中确定一个较理想的观念模型，然后着手完成化学实验设计的书面材料。

化学教学中的实验设计与化学实验研究中的实验设计相比较，通常都有可参考的现成的模式，在内容上要简单些、在层次上也低一些，因此比较容易完成。但是为了满足化学教学上的一些特殊要求，同样需要在上述几个方面进行理论思维，教师的任务就是要正确地、适时地引导学生运用理论思维做好化学实验设计。

1. 化学实验手段和化学药品准备的理论思维

化学实验仪器、实验装置、设备、工具等的选择和准备，并不是纯物质的活动，也要以理论为指导。从实际上说，化学实验仪器、实验装置、设备(特别是现代化的实验仪器和设备)是理论和理性方法的物化，它不仅含有大量自然科学知识(包括化学、光学、电学和热学等方面的知识)，还包含着诸如分

析和综合、归纳和演绎、抽象、比较和类比等逻辑思维方法。可以说，化学实验仪器、装置和设备就是自然科学理论和理性方法外化而形成的物的形态。即使常用的、最简单的实验仪器、装置(如启普发生器、滴定管、冷凝管、试管、烧瓶、试剂瓶等)的使用也蕴含和凝结着一定的理论和逻辑思维方法。

对于多数的化学实验来说，都是利用前人提供的、现成的化学实验仪器、装置和设备。因而，在这方面需要的是实验者结合化学实验内容选择实验仪器，并对这些仪器的性能和作用应有所认识，并善于把它们组合安装在一起。而实验仪器的选择和组合都要有相应理论知识的准备。特别是对那些结构较复杂的现代化、自动化的实验仪器，以及现代化的测量仪器系统，除了事先就要掌握科学的使用方法外，还应对它的基本结构、构造原理、使用时的注意事项等，从理论上有一定的了解。

特别值得注意的是，不论在化学实验研究中，还是教学中的实验，有时为了提高实验质量和观察效果，需要实验主体亲自动手改进原有实验仪器或实验装置，或对实验仪器、装置进行新的创制，在这里除了实验主体需要具有坚持不懈、勤奋刻苦的精神外，创造性地运用理论知识和科学思维方法， 则起着关键性的作用。

化学实验准备中的物的因素除了实验仪器等，还有作为实验对象或实验材料的化学药品。在许多情况下，化学实验课题和实验内容就已决定了在什么实验对象和哪些对象上来进行实验。有的情况，可以用不同的实验材料作为实验对象去实现某种化学实验目的(如氯酸钾、高锰酸钾、水都可作为制取氧气的实验对象)。在这种情况下，实验材料的选择靠的仍然是理论。化学药品的准备，如果缺乏或忽视理论知识的指导，甚至连最简单的溶液、试剂的配制也会出现科学性错误。这不仅会直接关系到实验的成败，严重的还会有危及人身安全的实验事故发生。因此，我们说实验仪器和实验对象等的准备并不是纯物质的活动，也必须发挥理论思维的作用。