一、由一個實驗教學(xué)案例引發(fā)的思考
拉瓦錫測定空氣組成的實驗存在兩種不同的教學(xué)處理所引發(fā)的思考。一種教學(xué)處理為按照教材文字和圖片簡單介紹科學(xué)史及相關(guān)知識點。比較好的處理為：拉瓦錫測定空氣組成的實驗，是一個完成于兩個多世紀(jì)之前的經(jīng)典實驗，至今仍然入選于初中教材之中（為了避免汞對環(huán)境和人體帶來的危害，現(xiàn)行教材中多改以磷、蠟燭[注1]等代替汞用于課堂或?qū)W生實驗）。假如僅限于介紹人類對空氣組成的認(rèn)識來源于科學(xué)實驗的史實，以及培養(yǎng)學(xué)生在模仿中提高所謂實驗動手能力，顯然不能充分發(fā)揮它所具有的科學(xué)教育作用。如果在實驗的同時對科學(xué)實驗的基本要素和如何評價和欣賞前人的科學(xué)活動進行介紹，更能體現(xiàn)以培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)為目標(biāo)的任務(wù)。譬如就技術(shù)條件而言，拉瓦錫所用儀器設(shè)備顯然極其簡陋（因而實驗數(shù)據(jù)精度不夠高），但是作為一個具有發(fā)現(xiàn)性質(zhì)的實驗來看，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這個實驗從化學(xué)反應(yīng)體系的選擇到實驗方案的設(shè)計都做到了近乎完美的程度。不僅因為汞的沸點較低（356.58oC），汞蒸汽和曲頸甑內(nèi)空氣中的氧氣之間可以氣態(tài)進行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度較快；而且持續(xù)蒸發(fā)的汞可以使容器中的氧氣耗盡，即反應(yīng)比較完全；產(chǎn)物氧化汞密度低于汞，且不溶于汞，因此易于分離；還有氧化汞分解溫度不高（約為500oC），在同一裝置中就能實現(xiàn)等優(yōu)點。此外，在拉瓦錫的實驗方案中還包括了證明了由氧化汞分解所得氣體不但是氧氣，而且就是使汞轉(zhuǎn)化為氧化汞時從甑內(nèi)空氣中用去的那部分氧氣。因為當(dāng)它回到?jīng)]有和汞發(fā)生反應(yīng)的剩余氣體（主要是氮氣）中去時，得到的混合氣體與原來取樣時的空氣完全一致。這樣細(xì)致而嚴(yán)密的設(shè)計，堪稱科學(xué)實驗的典范！故而實驗結(jié)論的可信度極高。
有關(guān)科學(xué)實驗設(shè)計的優(yōu)劣和運用基礎(chǔ)知識與方法水平的分析與評價，對于初學(xué)者可以起到示范的作用。從而可以得出如下的認(rèn)識：尋找影響因素最少的化學(xué)體系；選取適當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備；和確定與探究思路相關(guān)的實驗步驟，是進行探究性學(xué)習(xí)，特別是探究性實驗設(shè)計的重要組成部分。它的質(zhì)量決定了探究活動是否安全有序，以及能否獲得不確定性較少的結(jié)論。原子、分子從假說、學(xué)說到理論的發(fā)展過程，以及原子結(jié)構(gòu)模型在科學(xué)實驗事實的逼迫下，不斷修正的歷史，其中所包含的教育元素也都并非僅限于科學(xué)知識本身。所以充分發(fā)掘這類化學(xué)史料所包含的教育元素，對于提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)將能夠起到潛移默化和循循然善誘人的作用。
就實驗設(shè)計的嚴(yán)謹(jǐn)性而言，這些替代汞的方案都不如原來的汞方案。其中的蠟燭方案更是一個錯誤的方案，因為燃燒產(chǎn)物中有無法確定的微溶于水的CO2、難溶于水的CO、和石蠟裂解時產(chǎn)生的小分子烴等氣態(tài)物質(zhì)，容器中氣體體積的變化不能完全歸因于氧氣的消耗。何況當(dāng)氧氣濃度很低時，蠟燭已不再燃燒，即氧氣不能全部耗盡。
思考1：挖掘?qū)嶒灲虒W(xué)的功能和價值。
思考2：揭示實驗學(xué)習(xí)中所蘊含的科學(xué)精神和科學(xué)方法。
化學(xué)的基本任務(wù)在于認(rèn)識和識別物質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上研究和發(fā)現(xiàn)物質(zhì)間存在本征差異的外在和內(nèi)涵因素，從而使之成為分離、鑒別、合成和設(shè)計新物質(zhì)的基礎(chǔ)。由學(xué)科的任務(wù)和特點可以看出，化學(xué)在研究物質(zhì)世界時，更著重于物質(zhì)的個性。在積累了大量有關(guān)個別物質(zhì)的數(shù)據(jù)及經(jīng)驗之后，人們試圖從中找出某些共性，并進一步構(gòu)成學(xué)科理論，使得對物質(zhì)世界的認(rèn)識逐步由分立的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進步為系統(tǒng)的、便于傳承的科學(xué)知識。后者也就是已為人們熟知的所謂由感性到理性的認(rèn)識過程的跨越。從神龍嘗百草的傳說到李時珍編撰《本草綱目》的歷史記載中，都可以找到類似的認(rèn)知軌跡，也就是說，這種以研究對象的個性為基礎(chǔ)逐步形成對大量客觀事物共性（包括對它們之間某些差異的變化規(guī)律性在內(nèi)）的認(rèn)識方法，是一種已為人們廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的方法。實踐證明，這是一種行之有效的科學(xué)方法。
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