粒子，在这种粒子中嵌着许多电子，中和了正电荷。这是一个关于原子结构 的假说。E.卢瑟福为了验证汤姆生原子模型这一假说的可靠性，他做了α粒 子轰击金属箔的实验，结果发现，并不像 J.J.汤姆生想像的那样α粒子能穿 透原子而通行无阻，除了大部分α粒子穿透过去之外，还有一小部分α粒子 出现了大角度的散射，这表明原子内存在着强大的正电中心。实验事实使 E. 卢瑟福否定了 J.J.汤姆生的原子模型这一假说，并提出了核式原子模型这一 新的假说。有的实验是为了解决科学技术和工农业生产需要的物质材料或所 提出的问题，例如，随着汽车工业的大发展，迫切需要大量橡胶，天然橡胶 远远满足不了这种需求，于是人们提出了人工合成橡胶的科学研究课题。这 项研究工作首先是在实验室里，从对天然橡胶的化学组成分析和结构分析开 始的，19 世纪 20 年代就有不少化学家从事这方面的实验研究，直到 19 世纪 末才弄清天然橡胶是由分子量很大的异戊二烯聚合物构成的，它给人们的启 示是，要实现人工合成橡胶的目的，首先必须能够制得可聚合成橡胶的单体。
到 1913 年以前，人们已经合成了 21 种这种单体，这就为实现合成橡胶工业 化奠定了科学基础，而这些工作的进行，研究成果的取得，始终离不开实验 室里的实验研究。
3．化学实验能够证明客观物质的必然性 必然性是事物在联系和发展中由自身矛盾所规定的。揭示事物自身发展
的必然性，是人类认识的重要使命，也是科学的任务。恩格斯指出：“单凭
观察所得的经验，是决不能充分证明必然性的。”①大量科学事实表明，实验 不仅能够发现通过纯粹观察所不能看到的新事实，而且更为重要的是能够用 实验观察到的事实去检验假说和理论的正确性。例如，瑞典化学家阿累尼乌 斯(S.Arrhenius，1859—1927)在前人取得的一系列实验结果及自己对于电解 质溶液导电性实验研究的基础上，于 1887 年发表了电离理论的总结性论文。 他提出的电离学说，当时在国内不仅没有得到支持，而且遭到许多科学家的 怀疑和反对。这是因为电离学说不符合当时流行的观点，电离学说认为盐的 分子在溶液中能自动离解成离子，而当时则认为没有外加电力，电解质不可 能自动离解。其后，冰点降低的实验事实进一步证实了电离学说的正确性。 经过 10 年，阿累尼乌斯的电离学说终于获得了化学界的普遍承认。在这里，
冰点降低、沸点升高等实验证实了电解质电离的必然性。

三 化学实验的特点
化学实验与生产实践和自然观察相比较有以下一些特点。
1．化学实验可以排除次要、偶然因素的干扰，简化、纯化研究对象 由于我们研究的任何物质对象都具有一定的复杂性，这种复杂性不仅表
现在它跟周围环境以及与其它物质间存在着相互交织的联系、作用和影响， 而且还表现在物质自身内部各种因素之间彼此的相互联系、相互作用与相互 影响。在这种复杂状况下，使得物质的某些特性，特别是本质属性常常被掩 盖起来；有时又由于受到某些因素的干扰，它们的一些属性也不易被人们察 觉。因此，单凭观察无法揭示各种事物、现象间的本质联系。马克思曾指出： “物理学家是在自然过程表现得最确实、最少受干扰的地方考察自然过程 的，或者，如有可能，是在保证过程以其纯粹形态进行的条件下从事实验的。”



① 恩格斯：自然辩证法，人民出版社 1971 年版，第 207 页。

①
在化学实验中，我们就是借助各种实验仪器和装置等实验手段，根据实
验目的，在严格控制实验条件下，把物质从众多复杂的联系中分离出来，排 除各种偶然的、次要的因素干扰，人为地控制一些条件，如某些现象发生， 而使另一些现象不发生。这样就使被研究的物质的某些属性或联系在比较简 化、纯粹的形态下呈现出来，通过多次、重复的实验观察，就能比较容易地 发现物质及其变化过程的客观规律性，从而达到准确认识的目的。例如，为 了了解哪些因素影响化学反应速度的问题，就要对一些具体物质的化学反应 速度进行实验研究，首先，对某一特定的化学反应，在保持其他实验条件不 变的情况下，只改变温度这一实验条件，观察温度升高或降低对化学反应速 度有什么影响，经过多次实验观察，就会得到温度的改变对化学反应速度影 响的规律性认识；同样，在保持温度不变的条件下，研究浓度(或压强)对化 学反应速度的影响，从中了解浓度(或压强)对化学反应速度影响的规律性； 再保持其他条件不变的情况下，观察催化剂对化学反应速度的影响。最后， 通过对大量实验事实的归纳概括，从而得到温度、浓度、压强以及催化剂对 化学反应速度产生影响的整体规律性认识。化学实验者就是这样通过实验在 简化、纯粹的状态下，使物质的某些特性显示出来，以达到预期的实验目的。
2．化学实验可以揭示极端条件下物质运动的规律性
　　在通常的条件下，物质具有的某些性质不能显示出来，但是，在化学实 验中，人们可以凭借各种物质手段创造出特殊的强化条件，使物质的一些属 性表现出来。例如，人们可以造成超高温、超低温、超真空、超强磁场等等 条件，在这种特殊条件下去研究物质。又如，人们可以使石墨在超高压和高 温的条件下，使之转化为金刚石。人们可以利用空气液化装置将空气压缩至
约 2.02×107 帕，然后使之膨胀至 1.01×105 帕，温度就会较原来降低 50K，
冷却的空气经过多次重复地压缩和膨胀之后便成为液态空气。液态空气呈淡 蓝色，许多物质在液态空气的温度下性质发生急剧变化，如某些金属显示出 超导性。又如，在 1.21×108 帕下，将白磷加热到 773K 就转化为具有片状结 构、能导电的黑磷。把白磷隔绝空气加热到 533K，它就转变成红磷。红磷隔 绝空气加热到 687K 就升华变成蒸气，迅速冷却就得到白磷。如果人们不能创 造出超高压、超高温这样一些强化条件，石墨转化成金刚石、液化室气显示 出的特殊性质、磷的各种同素异形体的性质以及它们间的相互转化关系，将 无法被人们认识。可见，强化自然过程、创造极端条件，能使物质运动的特 殊规律性展现出来，从而拓宽了我们对物质运动规律的认识。
3．化学实验比较经济 人的科学认识是一个长期反复的过程，往往会遭到多次挫折和失败，才
能取得成功。在对物质研究探索的过程中，化学实验具有规模小、周期短、 花钱少的优点，即使实验失败，损失也不大。只有在化学实验室里，化学家 经过实验的不断探索，直到取得成功的经验和建立起必要的理论之后，方可 投入大规模的化学生产。
　　因此，化学实验可超越化学生产实践，走在化学生产的前面，直接为化 学工业生产实践提供可靠的依据。例如，20 世纪初很多化学家积极从事合成 氨工艺条件的试验和理论研究。德国化工专家哈伯(F. Haber，1868—1930) 经过多次的失败和得到不理想的产率后，终于在 1909 年报导了他用锇催化剂 得到了氨浓度为 6%的产率，实验结果说明合成氨实现工业化是可能的，这就
　　
使合成氨迈出了实验室的实验阶段。其后，又进行了一系列的中间试验，不 断解决生产技术中产生的一些实际问题，1913 年第一个合成氨工厂终于建成 并投产了。
4．化学实验可以重复进行，以提高实验的可靠性 有些化学变化瞬间完成，不易甚至无法进行仔细的观察和测量。为了便
于观察研究，往往需要进行多次重复实验，从而保证观察到的现象和测得数 据的准确性。凡是正确、可靠的实验结果都能为他人重复实验所证实。这说 明化学实验成果或发现，需要重复实验，而化学实验也恰好具有便于重复的 特点。例如，丹麦化学家厄斯泰德(H. C. Oersted，1777—1851)使氯气通过 红热的木炭和铝土的混合物，制得了氯化铝；然后再让氯化铝跟钾汞齐作用， 得到了铝汞齐；再在隔绝空气的条件下把铝汞齐中的汞蒸发掉，他认为最后 得到的金属是铝。实际上得到的是一种不纯的金属铝。因而，德国化学家维 勒重复厄斯泰德的实验，结果制不出金属铝，于是维勒重新设计了制铝的实 验，结果获得了成功。①















































① 袁翰青、应礼文编著：化学重要史实，人民教育出版杜 1989 年版，第 135—136 页。

第二节 化学实验的要素


　　化学实验既是获得化学科学事实的基本科学方法，又是形成和检验化学 科学假说与理论的实践基础。为了有效地发挥化学实验方法在化学科学探索 中和化学教学中的作用，有必要了解化学实验的一系列方法论问题。
　　现代系统论观点认为，自然界的一切事物，它们无不都是系统，即自然 界中，物质系统是普遍存在着的。那么，什么是系统呢？人们把由各种不同 要素组成的、具有一定结构和功能的有机整体就叫做系统。化学实验也是一 个系统，尽管在化学科学研究和化学教学中，可以把化学实验分为各种不同 的类型，但是从认识论的角度看，它们都是由相同的要素，按照一定的相互 联系方式而构成的有机整体。如果从横的方面、从相对静止的角度，对每一 项具体实验做微观结构剖析，其构成的基本要素有三个：化学实验者、化学 实验手段(包括仪器、装置以及科学方法)和化学实验对象。如果从纵的方面， 从动态角度来看，每项具体化学实验又都是由紧密相联的化学实验的准备、 化学实验的实施展开和化学实验的结束这样三个阶段所组成。化学实验过程 的这种阶段性和各阶段连续性的统一，就构成了化学实验的动态结构(将在第 五章系统讨论)。化学实验的各要素，在化学实验过程的各个不同阶段中，以 不同的方式相互联系着，并通过各要素间的相互作用，推动化学实验作为过 程从一个阶段向另一个阶段运动发展。可见，化学实验的静态结构和动态结 构是不可分割地联系在一起的，它们是同一化学实验的两个不同方面。因此， 对化学实验构成的要素和各要素之间的相互联系(即结构)进行探讨具有重要 的实践和理论意义。

一 化学实验者
1．化学实验研究中的实验者 马克思主义认识论中的主体是指有实践能力和认识能力并从事社会实践
活动和认识活动的个人和社会集团。从化学科学研究的角度看，化学实验者
是指具有一定的化学科学知识和相关科学知识水平的、能使用从事化学实验 的科学仪器等工具进行操作的、会运用科学方法和科学思维方法，以探索物 质在原子、分子水平上的运动变化规律为基本任务的科学劳动者。科学劳动 者是从脑力劳动者中分化出来的，不同于其他的脑力劳动者，他们是以探索 和应用自然规律而劳动的脑力劳动者。作为从事化学科学研究的脑力劳动者 又可分为理论研究工作者和实验研究工作者。前者专门从事化学理论研究， 后者以从事化学实验研究为自己的主要任务。这是化学科学研究内部的分 工，但是，它们在统一的化学科学研究中又是不可分割的、彼此联系的两个 方面。化学实验研究者离不开化学理论研究者，化学理论研究者同样离不开 化学实验研究者。化学实验者要在化学实验研究领域里有所创造、有所发明、 有所发现，必须具有下述几个方面的科学素养①。
(1)他们要具有较坚实的化学科学专业知识基础和丰富的相关科学知识 修养。这是他们从事化学实验研究的业务基础，否则他们就难以根据化学理 论研究的需要，设计有关的化学实验，把化学理论成果加以物化。
(2)他们要有能发现本学科领域中存在的问题和提出问题的能力。发现问



① 舒炜光等主编：自然辩证法原理，吉林人民出版社 1984 年版，第 65—67 页。

题是指在自己已掌握的化学科学理论和查阅大量文献的基础上，通过认真的 思考，发现当前尚不能解释或不能解决的新问题。经过周密思考和仔细分析， 提出需要通过化学实验解决的问题，即确立研究课题。
　　(3)要有解决问题的能力。其中包括观察、实验、设想、推理、收集实验 观察资料、分析研究获取的科学事实、处理实验数据及表达等项能力。为此， 要求化学实验者具有一定的自然科学方法论的理论水平，能按照科学研究的 一般程序和步骤，进行化学实验研究。化学实验研究过程也是实现科学认识 的过程，认识离不开思维。因此，解决问题必须要有良好的思维品质和思维 能力。这就是说，思维要具有敏捷性、灵活性、深刻性、独创性和批判性， 要有高度的抽象概括能力、恰当的判断能力和准确的推理能力，而尤为重要 的是要能运用创造性思维和丰富的想像力。
　　(4)要有坚韧不拔、不屈不挠、百折不回、追求真理的科学精神。化学实 验研究，往往需要经过无数次的失败和挫折，甚至为之奋斗几年以至几十年 才能得到预期的实验成果。因此，没有坚强的意志和顽强的毅力，没有对科 学执着的热爱、认真负责和为之奋斗终生的忘我精神，是难以有所贡献的。 (5)要有忠诚老实、实事求是的科学态度。任何一位化学实验工作者总是 要继承前人所积累起来的科学认识成果，同时还要借鉴同时代同行们在该方 面所取得的成功经验和失败教训。要注意掌握本领域的最新研究动向和学术 信息，并虚心向他人学习。在化学实验过程中，为了取得可靠的实验事实和 现象，必须坚持实验观察的客观性，克服主观性和头脑中的任何偏见，坚信 实验事实，尊重观察到的真实现象。如果实验失败，就应该运用理论思维对
失败的原因进行认真的分析和探讨，这才是实事求是的科学态度。
2．化学教学中的实验者 化学教学中的实验者可以是化学教师(指演示实验)，也可以是学生(指学
生实验)。化学教学中的实验是为了实现化学教学目标，完成化学教学目的而
设计和安排的。这些实验在提高学生的科学素质和培养人才方面起着重要作 用。但是它们并不要求学生去探索人类未知的科学事实，不要求对人类认识 有什么创新和贡献，这与化学实验研究中的实验者是不同的。另外，化学教 学中的实验目的和实验内容的确定、实验方案的设计和实验仪器的选择主要 由化学教师负责。因此，化学实验的效果与化学教师本人的化学理论知识水 平和化学实验技能的高低，以及和课前实验准备工作的充分与否有直接关 系。化学教学中的演示实验和学生实验的区别，主要在于实验主体的不同， 前者是化学教师，后者是学生。演示实验的成功与否主要决定于教师，后者 除了决定化学教师能否按学生水平设计、选择切实可行的、符合化学教学论 要求的实验外，还与学生的化学知识水平、实验操作技能、学生实验的目的 性和主动性，以及化学教师是否对学生能做到及时恰到好处的指导有关。当 然，无论化学教师还是学生，在科学素养的几个方面，也应与化学科学研究 中的实验者一样达到一定的要求，只不过在要求的层次上相应地低一些，特 别是对学生来说，化学教师应该把培养与提高学生的科学素养当成自己的一 项重要任务，把化学实验视为完成此项任务的有效的途径和重要方法。
3．化学实验主体的形式与属性 (1)化学实验主体的形式。
　　化学实验主体具有多种形式，概括起来可分为：个人主体、集团主体和 社会主体三种基本形式。化学实验研究中的个人主体是指在掌握和运用社会
　　
提供的认识手段和实验手段的基础上，单独进行认识和改造实验对象活动的 个别人(即实验者)。集团主体是指按一定的化学专业或一定的科学研究方向 组织起来的进行共同认识和改造实验对象活动的群体，如某化学实验组、某 化学专业实验研究室的成员便是这种群体。社会主体是指以某一共同的研究 活动为基础而互相联系着的人们的总体，例如某些较大的化学科学研究项 目，不是某个人或某一集团所能胜任的，往往需要高等学校、化学科学研究 单位和化工生产部门或医疗单位中有联系的研究人员的共同参与、协同合作 才能完成，这些相互联系的人们的总体就是社会主体。
　　集团主体和社会主体都离不开个人主体而单独存在。集团主体是通过个 人的活动而存在的。社会主体是通过个人和集团的活动而存在的。个人主体 又离不开社会，它是在社会中存在着的，是与社会、与他人有着千丝万缕联 系的。进行现实的化学科学实践活动和认识活动的都是具体的个人，集团和 社会主体的实践和认识的职能是通过个体实现的，所以研究化学实验中实验 个体(即实验者)的实践和认识活动的规律性是科学认识论的重要任务。
(2)化学实验主体的属性。 化学实验主体(实验者)具有物质性、社会性和能动性等基本属性。 化学实验者具有物质性 实验者具有物质性是指化学实验中作为实践
和认识主体的人，是有血有肉的生物学的物质实体，是自然存在物。无疑对
从事化学实验研究者、对化学教师和学生来说都是具有物质性的。
　　化学实验者具有社会性 化学实验者具有社会性，是指从事化学实验 的人(包括化学教师和学生在内)，他们不仅是生物学的物质实体，更重要的 是他们是社会的存在物，是社会的物质实体。马克思指出：“甚至当我从事 科学之类的活动，即从事一种我只是在很少情况下才能同别人直接交往的活 动的时候，我也是社会的，因为我是作为人活动的。不仅我的活动所需的材 料，甚至思想家用来进行活动的语言本身，都是作为社会的产品给予我的， 而且我本身的存在就是社会的活动。”①
化学实验者具有能动性 化学实验者具有能动性，人与动物的根本区
别在于人具有自觉的能动性。自觉的能动性包含思想等主观的东西和实践是 主观见之于客观的东西这样两种相互联系的内容。恩格斯指出：“一句话， 动物仅仅利用外部自然界，单纯地以自己的存在来使自然界改变；而人则通 过他所作出的改变来使自然为自己的目的服务，来支配自然界。这便是人同 其他动物的最后的本质的区别。”②由此可见，主体的实践，包括化学科学实 验和化学教学中的实验在内的各种实践，其本身无不包含着有意识、有目的 的主观因素，否则没有这些因素，实践就不能算作自觉的能动活动。化学实 验主体的主观能动性内在地包含在化学实验之中，而化学实验就是主观见之 于客观的物质活动。化学实验者的能动不仅表现在他的实验活动中，还表现 在他的认识过程中。
4．化学实验者在认识中的地位和作用 (1)化学实验者在认识中的地位。
化学实验研究是以认识实验对象的性质和变化规律为其主要目的的。所 以，化学实验中的实验者是认识主体，实验对象是认识客体。化学实验研究



① 马克思、恩格斯：马克思恩格斯全集，人民出版社 1979 年版，第 42 卷，第 122 页。
② 马克思、恩格斯：马克思恩格斯全集，人民出版社 1972 年版，第 3 卷，第 517 页。

活动靠化学实验者来进行，化学实验成果由化学实验者来创造。化学实验对 象被实验者变革过程中，它所发生的各种变化以及变化过程中所产生的各种 现象和科学事实，都被化学实验者反映在主观之中，即化学实验对象给出的 信息是由化学实验者接收和加工处理的。没有化学实验者，就没有化学实验 活动，也就没有认识的主体，也就不可能有什么认识产生。可见，化学实验 者作为认识主体是有条件的，只有当他们具有一定的化学实验能力和认识能 力，并变革实验对象，作为实验活动的实体出现时，他们才处于认识主体的 地位。否则即使一个人具有一定的化学实验能力和认识能力，如果他不从事 化学实验活动和认识活动，那么他只能是可能意义上的主体，而不是现实的 主体。
　　化学教学中的实验者有教师与学生之分。从认识论的角度看，化学教学 中被教育的对象是学生，他们要在教师的教导、指引下，由不知到知，由知 之甚少到知之较多，由知之不确切、不深刻到知之较确切和较深刻。因此， 不管演示实验还是学生实验，对实验进行观察，用大脑接受实验对象给出的 信息，对信息进行加工处理的都是学生，无疑，学生是认识的主体，即在教 学的全过程中他们始终处于主体地位，而教师则要充分发挥其主导作用。值 得注意的是，在化学实验研究工作中的实验者就是认识主体，在化学教学的 学生实验中实验者同样也是认识主体，在这一点上它们是相似的，但是在实 验目的以及实验者专业知识水平、实验技能、思维能力等方面都有着明显的 差别。而在化学教学的演示实验中，实验者是教师，认识主体是学生，认识 客体是实验对象，在这里教师对学生的认识起着中介和桥梁的作用，作为认 识主体的学生与认识客体不发生直接联系。在学生实验中学生以实验仪器等 工具为媒介和实验对象这个认识客体发生直接联系，由于学生亲自参加变革 实验对象的活动，就有可能最大限度地调动他们认识的主动性和积极性，从 而更好地发挥其认识主体的作用。
(2)化学实验者在认识中的作用。
　　化学实验的诸要素中，化学实验者起着决定和支配的作用。从认识论的 角度看，实验者(主体)和实验对象(客体)的关系是认识和被认识、改造和被 改造的关系。在认识中没有认识的主体就没有认识的客体，尽管认识对象是 客观的存在着，如果人们不去认识它，它就不能成为被认识的客体而存在。 同样，如果没有被认识的客体存在，人们的认识也不能进行。因此，我们说 作为认识主体的实验者是认识的主动方面，作为认识客体的实验对象则处于 被动方面。在两者之中，实验者(主体)起着决定、支配作用。
　　化学实验仪器的创制和发展，无不取决于认识主体的需要、理论水平和 认识能力，这本身就证明了认识主体对实验仪器起着决定作用。当然这不是 说对于任何一个化学实验者(包括化学教学中的教师和学生)都必须是实验仪 器的创制者，这是就人的总的认识来说的。
　　在化学实验过程中，实验仪器是实验者应用和操作的物质实体，为了更 好地发挥每一件实验仪器的作用，对包括最简单的玻璃仪器在内的各种实验 仪器，特别对那些精密的现代化科学仪器，必须对它们的功能、基本构造原 理、使用注意事项以及规范化操作程序等有所了解。尽管实验仪器在实现科 学认识过程中起着重要作用，但起决定、主导作用的仍然是实验者。
　　在化学实验的动态运行过程中，实验课题的选择与确立、实验构思与设 计、实验手段的选取、实验技术的确定、每步实验操作中的实验条件的控制、
　　
实验信息的收集、实验结果的分析与处理以及最后作出实验的结论，始终受 着实验者的理论思维的支配，全过程的每一环节和步骤无不体现着实验者的 主体作用。

二 化学实验对象
　　化学实验者运用实验仪器和科学方法的目的，是为了达到对实验对象的 性质及其变化规律的认识。从认识论的角度看，作为认识主体的化学实验者 与作为认识客体的实验对象，两者的相互作用构成了整个科学认识的基础。 因而，化学实验对象是实现化学科学实践和科学认识的一个重要的、不可缺 少的因素，对它的性质、在科学认识中的地位和作用有所了解是很有必要的。
1．化学实验对象 化学实验对象是指在化学实验过程中被实验者变革的物质对象，即化学
实验者所要认识的对象。所以，化学实验对象既是化学科学实践的物质客体， 又是科学认识的物质客体。
　　客观存在的物质有许多，并不是所有的物质都是实验对象，只有当它与 化学实验者建立起科学实践和科学认识的关系，产生一定的信息联系时，它 才能成为现实的化学实验对象，它才会具有化学实验对象的属性。另外，化 学实验对象与实验者两者的相互联系，必须借助于作为中介的实验仪器、设 备和科学方法才能发生。由此可见，作为认识客体的化学实验对象是有条件 的。
2．化学实验研究与化学教学中的实验对象
　　化学科学实验研究中的实验对象，可能是自然界存在的物质，人们对它 们尚不了解或了解不够深刻的情况下，化学实验者以这些天然物为实验对象 进行实验研究，其目的在于探索其属性、认识其化学运动规律，化学史上这 样的实例是很多的。例如人们对空气和水的认识，就是以自然界存在的空气 和水为实验对象进行实验研究的。有时，人们根据理论和实践上的需要，利 用天然物或人造物为原料，创造或合成出自然界不存在的新物质，为了深入 掌握新物质的内部结构及其变化规律性，就必须以这种新物质作为实验对 象，通过实验对它做较深入的、细致的实验研究。因此，化学科学实验研究 的实验对象能为人类科学认识提供新的信息，是化学科学中新的概念和新的 科学理论等建立的现实的物质基础，离开了实验对象这些都将是不可能的。 化学教学中的实验对象与化学科学实验研究中的不同。化学教学中实验 对象的选择和确定是受制于化学教学大纲和化学教材的，是为化学教学目的 服务的。这些实验对象对人类来说是早已被认识了的、最基本的物质对象， 但是它们对学生来说却是认识较少或未认识的物质对象。因此，它们在化学 实验教学中，既是学生实践的物质客体，又是学生认识的物质客体。它们能 为学生提供最生动、最直接的各种化学现象的信息，是学生形成化学概念和 获得物质规律性认识的物质基础，它还在对学生进行辩证唯物主义观点教育 和科学方法的训练、进行科学态度的教育和能力培养等方面起着重要作用。
3．化学实验对象的形式和属性 (1)化学实验对象的形式。
　　作为人们实践和认识的对象有自然对象、社会对象和精神对象。化学实 验研究的对象主要指自然对象。自然对象又包括：天然对象、人工对象和人 造对象，它们都属于物质性对象。天然对象是指存在于自然界，尚未经过人
　　
工改造过的天然物。在多种多样的天然物中，有些是可以根据化学认识目的， 主动地运用化学实验的手段和方法，改变它们的存在形式，控制它们的化学 运动状态，并在实验过程中揭示它们的性质和运动规律。例如在化学史上和 化学教学中，为了认识空气的组成及其组成成分的性质，为了认识水的组成 和性质等，就是以空气和水这些天然物作为实验对象来进行研究的。人工对 象是经人为改造过的自然物质。例如，人们可以利用特制仪器装置使气体状 态的空气转化为液态空气，为了探索液态空气具有的特殊性质，人们就以液 态空气作为实验对象对它进行实验研究，在这里的液态空气就是人工对象。 人造对象是指在自然界并不存在，它是人们根据需要，按照天然物的性质和 变化规律，采取化学方法，经过人为的加工和改造，使之成为新的、由人制 造的自然物质。例如，我们熟悉的塑料、合成橡胶、合成纤维等等都是由人 制造出来的自然物质。化学科学研究中为深入探索这些人造物的结构和性 质，就要以它们为实验对象，做进一步的实验研究。以人造物为对象进行实 验研究，往往能观察到许多天然物不能产生的新现象，这为人们有效地探索 自然界的规律提供了可能的条件。在化学实验中同一实验对象可能有两种来 源，它可能是天然对象也可能是人造对象。例如，在化学教学中为了使学生 认识氧的性质，既可以以空气中的氧气为实验对象(天然物)，也可以通过加 热氯酸钾(或高锰酸钾)或电解水的方法获得氧气(人造物)，然后以制得的氧 气为实验研究对象。天然对象与人造对象相比较，人造对象往往凝结着更为 丰富的人类智力和体力，它是人类智慧的物化，从这一点来看，人造对象是 科学实践和科学认识的重要对象。
化学实验者通过实验活动，对实验对象取得的科学认识成果，一般要用
文字、化学用语(化学元素符号、化学式、化学方程式、化学表达式等)、图 形、表格之类的物质信号系统外地表现出来，采用实验报告、刊物或书籍等 物质形式固定和存储下来，这种实验主体的主观思维转化成客观存在的物质 形式就是精神对象或精神客体。化学教材就是作为精神对象的化学信息的一 种静态存储的物质载体。它为学生提供了要学习的精神对象(精神客体)，即 化学间接知识，这种学习可以大大缩短学生的认识过程。众所周知，化学是 一门以实验为基础的基础自然科学。根据化学学科的这一特点和学生的认识 规律，化学教材里安排了相当数量的化学实验。这些内容和化学概念、化学 理论一样，作为化学间接经验，用文字、实验装置图之类的信号系统，以教 科书(课本)为物质外壳存储起来。为了教学上的需要，化学教师要把这些在 教材里作为认识的精神对象的化学间接知识转化为现实的物质性对象，采取 化学教师演示实验或学生实验的方式，使学生通过实验观察获得化学直接经 验，进而形成化学概念或规律性的认识，使之成为观念性的东西存储于学生 的头脑中。化学领域里的精神客体(对象)虽然来源于自然客体(对象)，并以 物质为其载体，但它在实质上是第二性的东西，这也是精神对象(客体)与自 然对象(客体)和社会对象(客体)的区别所在。
(2)化学实验对象的属性。 化学实验对象作为实践和认识的客体有以下几个基本属性。 化学实验对象具有客观性 这是指实验对象是客观存在着的，它们都
有自己的具体形态、内部结构和运动规律，这些是不以人的意志为转移的。 这种客观性表现在实验对象同实验者的实践和认识发生联系之前，就在人的 意识之外而独立存在着。这种客观性在与实验者发生联系之后仍然存在着，

这表现在实验对象按照其自身固有的规律发生着变化。实验者或作为认识主 体的学生只能在化学科学实验中认识它、反映它。即使实验对象是人造物， 它同样具有客观性。这是因为人造对象的原料来源于自然界的天然物，它们 是人根据天然物的自身规律性进行改造、加工而创造出来的。当它们被创制 出来之后，它们的本质和运动规律同样是不依赖于实验者或认识者的意识而 客观的存在着。对于化学教材中所涉及到的化学用语、化学概念和化学理论， 以及各种表达方式，虽然它们都是精神活动的精神产品，相对于它们所表征 和描述的化学事实而言，它们是一种精神性的东西，即是精神客体或精神对 象。但是当它们被规定和发明出来，并赋予某种物质的外壳之后，就成了脱 离认识主体而独立存在的客观现象，它们也具有自己的相对独立的规律性， 这种规律性也同样具有不以人的意志为转移的客观性。①
　　化学实验对象具有能动性 在实验主体和实验对象(客体)发生实践和 认识关系中，实验主体是主动的、能动的方面，但是作为认识客体的实验对 象也并不是消极地、被动地接受实验主体的作用。我们说实验对象也具有能 动性，但是它的这种能动性不具有自觉性，在这一点上它与实验者的自觉能 动性是有本质区别的。实验对象的能动性可以从下述两个方面进行考虑。实 验对象具有“内在能动性”，如果从化学的角度看，任何一种实验对象它都 有自己的确定组成和结构，这种内部组成和结构决定了它具有区别于其他物 质对象的性质和变化规律，成了它内在能动性的根据，所以，实验对象的动 因在于它的内部矛盾，不在它的外部。另一方面，实验对象还具有“外在能 动性”，这种“外在能动性”是被其“内在能动性”所制约的外部表现。化 学实验中物质间相互作用而引起的物理的、化学的变化就是物质间能动作用 的结果，是它外在能动性的表现。在实验者和实验对象的关系上，实验对象 的外在能动性表现为实验者在变革实验对象的实践活动中不仅改变了实验对 象，而且实验对象也反作用于实验者。从这个意义上说，实验对象是能动的， 实验者是被动的。事实上，实验主体必须按照实验客体的规律性选择实验手 段，严格遵守实验操作程序进行科学实验才能达到预期的目的，任何违背实 验对象的内在规律性，忽视实验科学操作的基本要求，都会受到实验客体的 惩罚，不是实验失败，就是出现实验事故，甚至会危害人身安全。①
4．化学实验对象在科学认识过程中的地位和作用
(1)化学实验对象在科学认识过程中的地位。 化学实验对象的地位，就是指化学实验对象在化学实验系统中与其他要
素之间的关系。无论是在化学科学研究中的化学实验还是化学教学中的化学
实验，实验对象都是实现科学认识的客观前提，是科学认识问题及其答案的 载体，并规定着作为认识主体的实验者的地位。
化学实验对象是实现科学认识的前提 要进行化学实验，要实现化学 科学认识，不仅必须有实验者这个认识主体(化学教学中的实验者可能是教 师，也可能是学生，但认识主体都是学生)，还必须有实验对象这个认识客体。 在化学实验中，没有实验对象，化学实验就根本不能进行，也就谈不上通过 实验实现科学认识。所以，化学实验对象是化学实验中实现科学认识的客观 前提。也就是说，化学实验者只有在实验对象存在的前提条件下，它们二者



① 舒炜光等主编：自然辩证法原理，吉林人民出版社 1984 年版，第 152—153 页。
① 王家骏主编：马克思主义认识论，吉林人民出版社 1986 年版，第 115—117 页。

之间才能发生相互联系和相互作用。这种相互联系和相互作用体现在：化学 实验者的主观能动作用正是在实验对象的客观基础上表现了出来，实验对象 在被实验者变革过程中产生的各种化学信息为实验者提供了科学认识的内 容。应该指出，我们这里说的化学实验对象必须是现实存在的物质实体，而 不是指那种假想性的实验对象。
　　化学实验对象是提出问题和获得答案的载体 化学科学中的实验研 究和任何其他科学研究一样，都是从问题开始的。化学实验中实验对象是问 题的载体，问题的答案也必须从实验对象自身中去寻找。例如，居里夫人通 过实验弄清了含铀物质放射性的强弱与试样中铀的含量成正比，但与含铀化 合物的化学组成无关，也不受外界光照和温度变化的影响。因此，她认为各 种铀化合物和含铀矿物的放射性都要比同量金属铀的放射性要弱。当她对沥 青铀矿进行检验时，发现它的放射性强度比其中铀的含量的放射性强度要大 很多。对这个问题如何解释？是否在沥青铀矿中含有数量很少，但放射性却 比铀强得多的新元素呢？
　　为了寻找问题的答案，1898 年 6 月居里夫妇仍以沥青铀矿为实验对象， 采取系统化学分析的方法，对矿石含有的元素按组逐步分析。1898 年 7 月， 他们终于根据放射性证实了一种新元素的存在，它的放射性远比金属铀大得 多，这种新元素就是被居里夫人命名的钋。在这里，沥青铀矿不仅是问题的 载体，也是这一问题答案的载体。又如，在化学教学中为了让学生认识胶体 的性质，通常要以氢氧化铁或硫化砷胶体为实验对象，作为提出胶体具有哪 些性质的问题的载体，然后进行一系列的实验，使学生通过实验观察得到胶 体所具有的某些性质的答案。
由此可见，化学实验中的实验对象是问题存在的地方，也是答案存在的
地方，因此问题的答案只能从实验对象中去寻找。
　　实验对象作为科学认识客体规定实验认识主体 首先，化学实验中实 验认识主体的规定性，是通过实验者与实验对象发生联系而获得的。不同的 历史时期，化学科学研究成果都代表着那个时期人们对物质的认识水平。包 括化学实验在内的化学科学研究成果，都是以揭示科学对象(包括实验对象) 具有的规定性为其特征。所以，对包括实验对象在内的科学对象，作为认识 客体规定着化学实验者这个认识主体。
其次，随着科学技术的进步，化学实验在科学研究中的重大作用越来越
受到人们的重视，化学科学研究对象日益复杂，有些较为复杂的实验对象， 由个人主体进行研究已不能满足科学认识的要求，往往需要集中较大的人力 和物力，采取个人、集团和社会三种科学研究形式共同协作的方式才能取得 成果。由此可见，科学认识对象(包括实验对象)成了决定科学劳动者在科学 认识活动中组合方式的重要因素。
　　再次，化学实验主体采用的实验手段受制于化学实验对象本身所具有的 性质。例如，居里夫人研究铀射线的性质时，就曾使用了灵敏而简易的铀射 线检验器(包括电离室、验电器和石英电压计等)。又如，19 世纪初，各国化 学家就开始摸索制取游离氟的方法，由于氟的活泼性和剧毒性，许多化学工 作者的实验都没有成功。1886 年法国化学家莫瓦桑(H.Moissan，1852—1907) 把氟氢化钾溶在液体氟化氢中作为电解质，将它放入铂制的 U 型管中，以铂 铱合金为电极，用萤石制成的螺旋帽封住管口、用氯仿冷冻剂使 U 型管冷却， 终于在 6 月 26 日制得了氟。
　　
　　实验对象客体地位的绝对性和相对性 实验活动中实验者和实验对象 的认识关系是主体和客体的关系，它们二者是相互依存的，并各自从对方获 得了自己的地位。就总体和本质来说，在实验对象和实验者的认识关系中， 实验对象作为客体的地位是绝对的。但是，对于每一个具体的实验对象来说， 当它被实验主体认识之后，就以观念形态的形式转化为认识主体的认识能 力。它也可以以物质的形式转化为认识主体的认识手段。
(2)化学实验对象在科学认识中的作用。 化学实验对象在科学认识中的作用主要表现在以下的几个方面。 化学实验对象是化学中进行科学分类的依据 化学实验的目的在于
认识实验对象的组成、结构、性质和变化规律。作为物质实体的化学实验对 象的性质决定于它的内部组成和结构，所以物质的组成和结构及其运动规律 是物质及化学反应划分成不同类型的依据。例如，以钠和氯为实验对象对它 们的性质进行实验研究时，了解到它们的性质都非常活泼，钠是活泼金属， 氯是活泼非金属，这种分类是以它们原子结构为依据的。又如，以氯化钠、 氢氧化钠、盐酸、醋酸、蔗糖和酒精等化合物为实验对象，进行其水溶液导 电性的实验，人们根据化合物水溶液或熔融状态是否具有导电性而把化合物 划分为电解质和非电解质，区别它们的根据仍然在于化合物的内部结构。
化学实验对象的性质常通过它们发生的化学变化显示出来。物质发生化
学反应的质变形式有多种，按不同的标准可以把化学运动形式划分成不同的 类型。在以无机物为实验对象的化学反应中，按化学反应中物质发生质变的 形式，可以把化学反应分为：化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应 等几种主要类型；按化学反应中是否有电子的得失与转移为标准，又可以把 化学反应分为氧化还原反应与非氧化还原反应两大类，如此等等。在有机物 的化学反应中又有加成反应、取代反应、硝化反应、磺化反应、酯化反应、 聚合反应和缩合反应等类型。不论化学反应类型按什么标准去划分，每类化 学反应都是以一些具体化学反应为概括基础的，每种类型都是从某方面反映 着一类化学反应具有的共同质变规律，都有它区别于其他类型化学反应的自 身的特殊规律性。
化学实验对象对实验手段发展的作用 化学实验手段是实验者达到认
识实验对象的属性及变化规律的中介。运用实验手段的目的，正是为了认识 实验对象。这里有两种情况，一种情况是由于科学认识上的需要，促使实验 手段的发展。例如，由于石油化学工业的巨大发展，石油加工过程中的成分 分析几乎非用色谱法不可，这种需要便成为促使色谱法发展的强大动力；另 外，环境污染物的检测，其中有关有机物的项目分析也要借助于这种实验手 段。因此，色谱分析法的诞生虽然较晚，但却成了目前应用最广泛、最具特 色的分析方法之一，而且发展极为迅速，表现出极广阔的发展前景。另一种 情况是实验手段的发展反过来又促使新的科学对象不断产生。例如，1929 年 美国物理学家劳伦斯(E.Lawrence，19O1—1958)发明设计了回旋粒子加速 器，它是一种使带电粒子获得很大速度的装置。从此核物理学家们便取得了 大大提高轰击粒子动能的手段。1932 年，他们又掌握了较强的镭-铍中子弹， 这是一种有力的中子源。这些实验手段的出现，就使人工核反应试验的规模 和深度大为改观，仅 1934—1937 年就制出了 200 多种人工放射性同位素。实 验手段的不断发展，使得新的科学对象不断产生。由于科学对象数量的迅速 增长，使得越来越多的科学对象进入了人们的科学认识领域。认识这些新的

科学对象单靠人力是无法进行的，还必须借助于现代化的实验手段，使之通 过实验，为人们不断提供更多新科学对象的信息，不断扩大人们科学认识的 领域。
　　化学实验对象对化学概念和化学理论的建立和发展起着重 要作用 首先，是通过对原有化学实验对象的研究，发现了新的科学对象，从而导致 新化学概念的产生。例如，“镭射气”和“钍射气”这些具有放射性的气体， 引起了卢瑟福的兴趣，1901 年他与牛津大学化学教授索迪(F.Soddy，1877—
1956)开始合作研究。他们把溴化镭溶于水，再把放出的“镭射气”连同空气 充入气体放电管，进行光谱观测，发现在这种气体发射的光谱里，除了氧、 氮的光谱外，还有一种未知元素的谱线，这应该是“镭射气”的，而新谱线 的强度却随时间而不断减弱，与此同时“镭射气”的放射性也逐渐消失。他 们还发现，随着“镭射气”谱线的减弱，管中却产生另一些逐渐增强的新谱 线，原来它是氦的谱线。
　　后来，英国化学家拉姆塞(Sir W.Ram-say，1852—1916)等研究了“钍射 气”的光谱，发现它竟与“镭射气”的完全相同，而且也逐渐出现氦光谱。 拉姆塞进一步辨明，原来“镭射气”和“钍射气”是同一种物质，而且是一 种新元素，并命名为“Radon”(氡)，这个字是从“镭射气”一词衍生来的。 此后，拉姆塞和英国化学家格雷(W.Gray)就以氡作为新的实验对象，进一步 研究它具有的物理性质，并确定了氡在周期表中的位置，还用微量天平测定 了它的密度，最后确定其原子量为 223，从而形成了家的概念①。
其次，化学实验对象在实验研究中能为人们提供令人信服的事实根据，
这对建立新概念废除错误概念、促进科学认识的飞速发展起着重要作用。例 如，对燃烧现象的认识，1703 年德国科学家施塔尔(G.E.Stahl，1660—1734) 提出了“燃素”概念。这一错误概念严重地阻碍了人们对燃烧现象本质的认 识。18 世纪下半叶，拉瓦锡重复做了大量的燃烧实验，并采用了定量分析的 方法，通过实验证明了施塔尔的燃素只是一种想象中的东西，没有任何根据 说它在金属、硫、磷以及一切可燃物质中存在。拉瓦锡就是以金属汞、硫、 木炭、乙醇、蜡等物质为实验对象，采用天平这个实验手段对反应物和生成 物进行了仔细的称量，从而获取了大量可靠的事实，并以这些事实为根据否 定了“燃素”的存在，从而提出了“氧化”这一新概念用以代替错误的“燃 素”概念，并成功地运用这个概念解释了燃烧过程的本质。
再次，科学对象(包括实验对象)范围的扩大，对充实科学理论和推动科
学理论的发展起着重要作用。但是由于人们的实践总是受一定条件的限制， 人们对客观事物的认识也只能达到一定的限度。任何科学理论在它确立后， 还会在实践中不断充实和完善。例如，俄国化学家门捷列夫(D.I.Mendeleev，
1834—19O7)预言类铝、类硼、类硅等未知元素的存在、性质以及它们在周期 表中的位置。镓(类铝)于 1875 年、钪(类硼)于 1879 年、锗(类硅)于 1886 年，先后作为新元素、新的科学对象被化学家们所发现。此外，门捷列夫在 他的周期表中还为铪(1923 年发现)、铼(1927 年发现)等未知元素留下了空 位。其后，又相继发现了钫、镭、砹和钜等新元素(新科学对象)。至此周期 表中从氢到铀所有的空位都已填满。新元素的不断被发现不仅扩大了科学对 象的范围，使元素周期表更加完善起来，更为重要的是它有力地证明了周期



① 赵匡华编著：化学通史，高等教育出版社 1990 年版，第 279 页。

律的理论预见作用，令人更加信服周期律所具有的特殊的科学意义。另外， 新科学对象具有的新属性或产生的新科学现象，有时用过去的理论体系无法 给予科学的解释，这就要求建立新的理论以适应新认识的需要。就如 19 世纪
末 X 射线、放射性元素等新科学对象的发现，标志着人类的科学认识达到了 一个新的关节点，即人的科学认识已深入到原子内部这个层次，显然过去用 于描述宏观世界的古典物理学的规律已不再适用，而必须代之以崭新的科学 理论才能进行描述和说明，于是量子力学等新的科学理论就诞生了。这就说 明新科学对象的出现对推动科学理论的产生与发展起着重要作用。

三 化学实验手段
　　化学实验手段是构成化学科学认识活动的不可少的要素。化学科学认识 活动是否能达到预期的目的，在很大程度上取决于化学实验手段，为了深入 理解化学科学认识中实验手段的作用，有必要对它做进一步的分析和探讨。
1．化学实验手段 化学实验手段是指由化学实验仪器、装置、工具和设备等所组成的，为
使化学实验者变革和控制化学实验对象，而使用的实在物体的总和。 在化学实验过程中，化学实验者一方面要把自己变革和控制实验对象的
主观意图，通过化学实验手段以物化形式作用于实验对象，另一方面化学实
验对象受到变革和控制之后，所显现出来的各种具体的化学现象和性质，通 过化学实验手段反作用于化学实验者，使化学实验者能够获得有关化学实验 对象的信息。没有化学实验手段，化学实验者和化学实验对象之间的联系就 不可能发生，实验对象的各种性质和规律性的变化也就不能通过实验的变革 而表现出来，化学实验者也就不能获得对实验对象各种属性的认识。可见， 化学实验手段是化学实验者用来认识化学实验对象，建立认识主体和认识客 体间信息联系不可缺少的“桥梁”和“中介”。
2．化学实验手段的类型和属性
(1)化学实验手段的类型。 化学实验手段可按不同标准进行不同的分类。如果把化学实验手段看作
人躯体外的认识工具，则按它是人肢体、感觉器官和思维器官的延伸则可划
分为：延长感觉器官(如电子显微镜是人眼向微观方向的延长)、延长肢体(如 化学实验的各种玻璃仪器)和延长思维器官(如带有电脑的各种大型现代化实 验仪器)等三种类型的实验手段。
根据化学实验的目的和实验认识层次上的不同要求，又可把化学实验手
段划分为：化学实验的基本科学手段和化学实验的现代化科学手段两大类 型。前者通常是在化学实验室中，进行物质组成、性质、变化规律、物质的 制备与合成的实验研究时所必不可少的最常用的实验仪器、工具和设备。其 中的化学实验仪器主要指玻璃仪器(如试管、烧杯、烧瓶、量筒、试剂瓶、漏 斗、干燥器、冷凝器、温度计、酒精灯等等)、陶瓷器皿(如坩埚、蒸发皿、 研钵等)；常用的工具有：锉刀、剪刀、螺丝刀、手钳、小锤、镊子、电烙铁 和验电笔等；实验设备主要指电动离心机、电炉、烘箱、电热吹风机、电源 等基本电器设备。这些都是化学教学实验和化学科学研究实验中最常使用的 化学实验手段，它们在实现科学认识中具有重要作用。化学实验中的现代化 实验手段是在本世纪 20、30 年代以来随着工业生产和科学技术的高度发展而 得到迅速发展的。如现代科学技术对许多新材料提出了达到超纯度的要求，

有的要求杂质分析的灵敏度要达到 10-6—10-8%，有的则要求对微量甚至痕量 组分能够进行分析。于是，吸收光度法、发射光谱法、荧光法、各种类型的 极谱法、放射化学分析法、质谱法等等一些新的实验手段和分析技术，在这 种要求和推动下，相继创建和发展起来。由于这些新的实验手段普遍采用了 电学、电子学和光学仪器以及一些较复杂的机械装置，因而使之具有简便、 快速、准确，以至达到检验程序自动化等优点。在本世纪 40 年代以来，还兴 起了一系列新的测定技术，比如 X 射线衍射法(如在晶体结构分析中用于测定 分子中原子间距、共价半径、离子半径、范德华半径等)、电子光谱(如用于 有机结构分析、配合物的电子结构和性质的解释等等)、振动光谱(如用于对 有机化合物的鉴定、官能团的分析和结构的判断等)、质谱法(如用于测定分 子量、原子量、同位素的丰度和分子结构等)等等。与这些新实验手段对应的 仪器装置都是由复杂的几个部分构成的。例如，质谱法的质谱仪，虽然有多 种形式，但是其基本构造都是由下述四个部分组成的。它们是：离子源(产生 离子)、分析器(分析离子)、检测器和显示系统(记录谱图)。又如振动光谱的 仪器装置是由光源、吸收池、单色器、检测器和电子记录器五个部件组成的。 这些新的测定技术，使物质结构的研究从宏观深入到微观、从化学组成扩展 到各物质的物理化学性质，从而使人们对物质的认识不断向深层次和向广阔 领域发展成为可能。
化学实验中常用的工具和电器设备尽管也是化学实验中所不可少的手
段，但它们还常被使用于其他场合。在化学实验手段中最能体现化学实验特 点的是化学实验仪器，包括由化学实验仪器组装成的化学实验装置以及由电 学、光学、电子学仪器等组成的用于进行化学分析、结构分析和测定的现代 化大型科学仪器与设备。因此，对化学实验仪器的属性有一定了解，将有助 于提高使用与控制仪器的自觉性，发挥改造与创制化学实验仪器的积极性。
(2)化学实验仪器的属性。
化学实验仪器的属性主要表现在如下几个方面。
化学实验仪器是为实现化学科学认识目的而创制和使用的人工制造
物 从简单的试管、烧杯到复杂的、大型的现代化的实验仪器(如极谱仪 等)，做为物质实体的每一件仪器，都不是天然存在物，而是一种人工制造出 来的物件。而每一种化学实验仪器被创造无不体现着为了达到一定的认识目 的和满足某项实践上的需要。如奥地利化学家普雷格尔(F.Pregl，1896—1930) 为了进行有机物的微量分析，他利用玻璃管吹制了全套的微量有机分析的仪 器和装置，并用他自己设计制造的燃烧炉分析了已知成分的某些有机化合 物。
　　化学实验仪器是人的肢体、感觉器官和思维器官的延伸物 由于人 体生理条件的限制，单纯依靠人体器官本身具有的功能，无法达到对物质化 学运动规律的认识和改造的目的，为了加强和扩大人对物质微观粒子运动规 律的认识能力，除了充分发挥人体各器官的作用外，还要利用各种手段达到 认识和改造物质的作用。化学实验仪器属于人体外的认识手段，它可以延伸 人的肢体、感觉器官和思维器官，强化和提高实验者的认识能力，可以扩大 认识主体和认识客体之间的联系范围和联系方式。例如，1919 年英国剑桥大 学的物理学家阿斯顿制成了速度聚焦型质谱仪，他用这台质谱仪发现了多种 元素的同位素，研究了 53 个非放射性元素，发现了天然存在的 287 种核素中
的 212 种，第一次证明了原子质量亏损。这一系列成就，使他于 1922 年荣获

诺贝尔化学奖。如果没有这台装置，他的这一系列发现将是不可能的。由此 可见，化学实验仪器能帮助人们克服自身生理上的缺陷，延伸人的肢体、感 觉器官和思维器官，使人的认识不断向更深层次发展。
　　化学实验仪器是科学理论的物化 化学实验仪器是人们根据化学实验 的需要，利用物质的性质，经过人为加工制造出来的。化学实验仪器的功能 既取决于人们对制造它的原材料性质的认识以及有关科学理论和科学技术水 平，也取决于人们制造它和使用它时所采用的实验技术和操作方法。如普通 试管和硬质试管就是如此，它们是化学工作者根据化学实验的需要，利用玻 璃做为原料，经过人的加工制造出来的最常用于加热的玻璃仪器。由于了解 到普通玻璃和硬质玻璃在化学成分上的不同，使得他们在加工制作试管时所 需要的火焰温度也就不同，在实验中使用时它们对受热的适应温度也就不 同。化学实验中那些现代化实验方法的产生和现代化实验仪器的创制，都是 基于广泛吸取了化学及其他学科所取得的科学认识成果和科学技术等各方面 的新成就。例如，各种类型的极谱仪就大量利用了电子学原理和电子技术； 光学分析法要利用各种新型的光源、激发器、多种类型的光栅和多种材料的 棱镜、光电池和光电倍增管。这些都充分说明化学实验仪器是科学理论的物 化。因此，为了更好地使用科学仪器，就必须对科学仪器的基本原理有所了 解。
3．化学实验手段在科学认识过程中的地位和作用
(1)化学实验手段在科学认识中的地位。 化学实验手段中的化学实验仪器和实验设备在化学科学认识中占有十分
重要的地位。
　　化学实验仪器和设备是感性认识器官的延长，是人类理性认识成果 的物化 作为认识主体的化学实验者运用化学实验仪器设备的过程，就是从 感性和理性两个方面来开发和深化认识实验对象这个客体的过程，在此同 时，实现了化学实验者(认识主体)和实验对象(认识客体)的真正相互作用。 而实验对象则通过化学实验仪器设备被转化成为可供实验主体进行感性认识 的对象。尤其是在现代化学科学认识活动中，要想从实验对象获得大量的新 的感性材料，就得创造和使用一系列的现代化的科学仪器和设备，因为，认 识客体的许多新的自然信息，只有当认识主体通过科学仪器设备变革它时， 才能够显露出来而为认识主体所获得。如果没有化学科学仪器和设备作为认 识手段，认识主体的认识活动就无法进行，认识主体就会跟认识客体分离， 从而使科学中断。
化学实验仪器是科学认识能力的指示物 马克思说：“劳动手段不仅 是人类劳动力发展程度的测量器，而且是劳动所在社会关系的指示物。”① 同样，作为化学科学认识的手段，化学实验仪器设备也是化学科学认识能力 和活动水平的指示物。一定水平的化学科学认识活动总是与一定水平的化学 实验仪器设备的创造与使用相适应的。化学实验仪器设备是以物化的形式凝 结着人的经验、智慧及其理论研究成果的物质实体。随着化学及有关科学理 论和科学技术的不断发展与进步，化学实验仪器设备也经历着由简单到复 杂、由低级向高级，以及向不断更新和现代化的方向发展。因此，化学实验 仪器、设备的演化发展过程的本身便成了化学科学认识能力发展水平的物化



① 马克思恩格斯全集，第 23 卷，第 194—195 页。

指示物。如质谱仪的创制与演化发展过程就能较好地说明这一点。早在 1897 年汤姆生测定带电离子荷质比的工作以及有关电磁学实验和理论方面的成就 就孕育了质谱仪的产生，到了 191O 年汤姆生设计了一种没有聚焦的抛物线质 谱装置，这算是质谱仪的雏型，这项创造为质谱仪的发展开辟了道路，其后
于 1918 年美国物理学家丹普斯特(A.J.Dempster，1886—195O)研制成了第一 台单聚焦质谱仪，1919 年阿斯顿制成了速度聚焦质谱仪，到了 1934 年德国 物理学家马陶赫(J.Mattauch，1895—1976)和赫佐格(K.Herzog)首先阐述了 双聚焦理论，1935 年便按照这一理论制成了双聚焦质谱仪。50 年代后，质谱 技术纵横发展，产生了许多新的分支。①
(2)化学实验手段在科学认识中的作用。 化学实验手段的作用主要表现在以下两个方面。 化学实验仪器、装置、设备具有延伸人的认识器官的作用 人的感
觉器官是接收信息的器官，神经系统是信息的传递系统，大脑是倍息处理加 工和存储的器官。从信息控制的角度看，人类的认识器官具有接收、传递、 加工和验证信息的作用。因此，作为人类器官的延伸，化学实验手段起着加 强和完善人类器官的这些作用。具体表现在：
　　首先，人类原有的感觉器官在接收和传递自然信息上有很大的局限性， 但是，化学实验仪器、装置、设备，能够帮助人超越肉体感官的局限性，扩 大接收和传递信息的能力，并随着化学实验仪器、设备、装置等的发明和使 用，这种生理上的局限性一再被冲破，帮助人们接收和传递更多的自然信息， 从而在广度和深度上极大地增强了人类认识器官的认识能力。
其次，化学实验仪器和设备等能够弥补人类器官接收和传递信息精确度
上的不足。化学实验仪器能够引进客观的计量标准，克服人类感觉上的主观 模糊性和粗糙不准确性，将感官上不可量度的运动变成可以精确量度的运 动。从而能够使人获得更多、更精确的科学信息。
再次，化学实验仪器和大型实验设备能够帮助人们处理加工各种信息，
部分代替人的脑力劳动，从而提高思维效率。目前，电子计算机不仅可以部 分地代替人脑的信息储存、数据处理、逻辑判断等方面的功能，而且还可以 帮助人进行量子化学、化学动力学计算和有机合成路线设计，从而极大地提 高了研究工作效率。
最后，化学实验手段在检验假说，在化学理论确立的过程中起着重要作
用。化学史表明假说必须通过化学实验的检验才能转化成确实可靠的化学理 论，在假说向理论的发展过程中，化学实验仪器往往起着十分关键的作用， 正如我们所知的，没有精密天平，也就不可能有真正的定量分析化学。
化学实验仪器和实验设备是提出和实现化学实验研究目的的现实条
件 化学实验研究目的的提出绝对不能单纯地由人的意志和愿望所决定。化 学实验研究目的的提出受制于化学实验仪器和设备条件，如果没有必要的化 学实验仪器和设备，或不具备创造和使用这些化学实验仪器设备的可能性 时，要提出现实性的化学实验研究目的根本是不可能的。换言之，要保障化 学认识活动的顺利进行，就必须充分估计到所具备的化学实验手段，以及制 造与使用化学实验手段的现实可能性。因此，化学实验手段对化学实验研究 目的的提出有着深刻的影响。化学实验研究目的的实现总是要依赖于一定的



① 赵匡华编著：化学通史，高等教育出版社 199O 版，第 41O—412 页。

化学实验手段。化学实验仪器、装置和设备的重要性，就在于它是认识主体 作用于认识客体、化学实验研究目的向化学实验研究成果的过渡中必不可少 的桥梁、媒介和工具。
构成化学实验的三个要素是一切类型化学实验共同具备的。化学实验中 的三个要素彼此通过一定的结构，结合成相互联系、相互作用的有机整体， 才能形成现实的化学实验活动。各要素间的相互联系、相互作用是沿着两个 方面进行的(如下图所示)。一方面，化学实验者通过化学实验手段，以控制 和变革化学实验对象，促使化学实验对象发生变化显示出其特有属性，给出 各种自然信息；另一方面，化学实验对象所表现出的各种属性、信息又作用 于化学实验仪器，并通过化学实验仪器为化学实验者所接受。
　　
第三章 化学实验中感性 认识的生理机制


　　化学实验作为实现化学科学认识的主观手段，不仅能给我们提供丰富、 生动的感性认识信息，为进一步过渡到科学理性认识阶段打好基础，它还是 理性认识回归为实践阶段所不可缺少的、有力的认识工具。了解化学实验在 化学科学认识中的重要作用，明确化学实验的感性认识的生理基础，对我们 树立科学的化学实验观、提高化学教学质量是具有重要意义的。
　　化学实验者在化学实验中总是要通过有目的、有计划、全面细致地观察， 来获得关于化学实验对象的各种现象和事实、各个方面和外部联系的感性认 识。这种认识是化学实验者或实验观察者通过自己机体的各种感觉器官对实 验对象的直接反映。即当外界实验对象给出的各种信息作用于实验观察者的 感官时，感官就将这种外来的刺激转变为神经兴奋，神经兴奋传达到大脑的 相应部位，在此进行信息处理，进而形成对实验对象的感知。人的大脑不仅 能反映实验对象的颜色、气味、声音等个别属性，还能把各种属性联系起来， 形成对实验对象的整体形象的反映。人脑还可以在记忆中把过去被感知过的 实验对象的形象再现出来。
神经生理学的科学研究证明，人脑除了具备接受现实刺激物引起条件反
射的第一信号系统以外，还具有接受语言刺激引起条件反射的第二信号系 统。人脑在第一信号系统和第二信号系统的基础上进行思维活动，这就形成 了包括感性认识活动和理性认识活动的人的意识。所以说，人脑是人的意识 赖以产生的物质基础，人脑具有其他动物所没有的高级神经联系 。

第一节 神经系统


　　神经系统由位于颅腔与椎管中的脑和脊髓以及遍及全身各处的周围神经 所组成，在人体各器官、系统中占有十分重要的地位。人体内不同类型的器 官和系统，在神经系统的统一调节和控制下，互相影响、互相制约、互相协 调使人体本身成为一个完整的对立统一体。神经系统是体内起主导作用的系 统。

一 神经系统的区分
　　神经系统在形态和机能上是完整不可分割的整体。按其所在位置和功 能，分为中枢部和周围部。中枢部即中枢神经系统，包括脑和脊髓。周围部 又叫周围神经系统，其一端同中枢神经系统的脑或脊髓相连，另一端通过各 种末梢装置与身体其他各器官、系统相联系。周围神经中把同脑相连的部分 叫脑神经。

二 神经系统的组成
　　组成神经系统的神经组织主要包括神经细胞和神经胶质细胞。神经细胞 又叫神经元，它既是神经系统的结构单位，又是生理机能单位和营养单位。 神经胶质细胞则是神经系统的辅助成分，主要起支持、营养和保护作用。
1．神经元的结构
神经元由神经细胞体(胞体)和胞突(突起)两个部分构成。 (1)胞体。
不同神经元的胞体其大小和形状差异很大。胞体的结构与其他细胞的结
构相似，具有一个圆形、较大的核。细胞质内含有丰富的尼氏体及神经原纤 维。神经原纤维在细胞质内交错排列成网。胞体为神经元的代谢、营养中心。
(2)胞突(突起)。
　　胞突分为树突和轴突。树突是从胞体出发延伸出来的管状的延伸物，状 如树枝(如图 3-1 所示)。树突的功能为接受其他神经元传来的冲动，再将冲 动传至胞体。轴突是由神经元胞体发出的管状延伸物。每个神经元只有一个 轴突。轴突又叫神经纤维，神经纤维的末端分布于其他组织中，形成各种神 经末梢。轴突的功能为传导神经冲动，可将冲动传递到另一个神经元或所支 配的细胞上。
2．神经元的种类
根据不同的基准可将神经元进行不同的分类。 (1)按突起数目分类。
　　根据突起数目的不同，可以将神经元大致分为三类(见图 3-2)。双极神 经元见于视器、位听器和嗅粘膜等感觉器官中的感觉神经元。假单极神经元 见于脑和脊髓神经节中的感觉神经元。多极神经元分布最为广泛。
(2)按神经元的功能分类。 根据神经元的功能，结合神经兴奋传导方向，可将神经元分为：感觉神
经元、运动神经元和联络神经元。感觉神经元(传入神经元)接受来自身体内、 外刺激，将兴奋传到中枢神经系统。运动神经元(传出神经元)把兴奋从中枢 传至肌肉或腺体。联络神经元(中间神经元)存在于脑和脊髓的中枢神经系统 内。一般地说，假单极和双极神经元属于感觉神经元，多极神经元属于运动

神经元和联络神经元。 神经元具有接受刺激、传递信息和整合信息的机能。通常通过树突及胞
体接受传来的信息，胞体对信息进行整合，然后再通过轴突将信息传出去。
3．神经元间的相互联系 在神经系统特别是中枢神经系统内，数量庞大的神经元间存在着十分紧
密的联系。现在认为神经元间的联系是通过突触进行的。 (1)突触。
　　一个神经元的突起与下一个神经元发生接触并进行信息传递的接触部位 称为突触。它是神经元间在机能上发生联系的部位，任何一个反射活动，其 兴奋或神经冲动都要通过突触。
　　突触是由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分构成的，其形态结构如 图 3-3 所示。
(2)突触联系的主要形式。 由于两个神经元之间互相接触的部位不同，可以将突触联系分为如图
3-4 所示的三种主要形式。轴突-胞体型突触(轴-体突触)是一个神经元的轴 突末梢与另一个神经元胞体之间的接触。轴突-树突型突触(轴-树突触)是一 个神经元的轴突末稍与另一个神经元树突之间的接触。轴突-轴突型突触(轴- 轴突触)是一个轴突末梢与另一个神经元轴突末梢附近相接触。一个神经元可 以与一个乃至多个神经元发生相互的突触联系，如人的大脑皮层每个神经元 平均有 3×104 个突触。

三 中枢神经系统和周围神经系统
　　人的神经系统可分为中枢神经系统和周围神经系统两部分。中枢神经系 统包括脊髓和脑。脊髓是中枢神经的低级部分，它的功能是简单反射中枢和 传导冲动。脑的功能将在后面探讨。
周围神经系统包括有脑神经、脊髓神经和植物神经，它们分布于全身，
把脑和脊髓与身体各个组织和器官联系起来。
　　脑神经主要分布于头面部，在 12 对脑神经中的嗅神经、视神经、位听神 经是感觉神经；其中的动眼神经、滑车神经、展神经、副神经和舌下神经主 要是运动神经；三叉神经、面神经、舌下神经、迷走神经是混合神经。31 对 脊髓神经从脊髓发出，主要分布于躯干和四肢。