道尔顿与科学探究，本文主要内容关键词为：道尔顿论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
谈及道尔顿，人们首先想到是他提出的原子论及原子论对人类认识、科学进步的意义，但在深化教育改革、注重探究创新的今天，重新审视道尔顿科学研究的过程，我们将会被道尔顿勤于观察实验、善于质疑思考、勇于挑战创新的科学探究风格所迷住。
道尔顿1766年9月6日出身于英国西北部一个贫苦的织布工人家庭，小时候只读过几年小学，后来通过自学掌握了法文、拉丁文、希腊文和科学等知识。1816年，他被选为法国科学院院士，1822年成为皇家学会会员，1844年7月27日在曼彻斯特逝世。道尔顿从21岁起就利用业余时间从事气象观测，并据此发现了气体热膨胀定律、气体分压定律、气体扩散现象，证明了气体能导热，他还通过实验研究了倍比定律，测定了乙醚的组成和密度，发现了丙烯，解释了北极光的本性，并根据自己的视觉弱点，首次作出“色盲”的详细叙述。1803年提出了著名的“道尔顿原子学说”。
“科学研究工作最大的特点在于探索未知”。在科学探究中，研究者需要做观察，需要提出问题，需要查阅书刊及其他信息源以便了解已有的知识，需要明确假设，需要设计研究方案，需要运用实验等手段来搜集证据，需要分析和解释数据来验证假设，需要提出答案、解释和预测。其中任何一个环节都涉及到研究者的科学态度和一系列科学方法的运用。追溯道尔顿科学探究的一生，可以从中得到有益于我们今天从事化学研究和探究性学习的方法论方面的启示和借鉴。
1.强烈的求知欲、敏锐的观察力和积极的思维使道尔顿成为一个善于提出问题的人
爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。提出问题不仅是解决问题的起点，而且这一环节贯穿于科学探究的始终。
道尔顿之所以成为科学伟人，某种程度上是因为他善于提出问题，他敏锐的观察能力使他能有目的、有计划地对客观事物进行主动的感受和知觉，获得丰富的信息资料，并对信息资料进行思维加工，从而提出问题。18世纪末至19世纪初，许多化学家通过实验都发现，2种元素可以按不同的比例生成不止一种的化合物，但他们并没有总结出倍比定律。1803年道尔顿有目的地分析了碳的2种氧化物，发现碳的2种氧化物之间氧的重量比为1/2，其时他正在思考原子学说，在观察、分析自己和别人的工作的基础上，他敏锐地感觉到这些信息与他所要描述的原子学说之间的关系，为此，他提出是否“一种元素的原子可以与另一种元素的一个乃至多个原子相化合生成不同的化合物”的问题。1804年。他又有目的地观察分析了甲烷和乙烯的组成，得知与同量碳相化合的氢的重量比为2/1。为此道尔顿提出了倍比定律。
问题刚刚被发现时，发现者往往对它的认识并不是很清晰，从只知道有问题，到知道哪里有问题、有什么性质的问题，经历着一个思维的过程。在这个阶段，思维的任务把不太明确的问题变为确定的问题，把一个总问题分解为若干个局部的具体问题。化学史实已经证明，道尔顿是从气象观察出发，进而研究空气的组成、混合气体的扩散和分压，总结出气体分压定律，推论出空气是由不同大小与重量的原子所组成，再通过化学实验，运用原子概念从气象学、物理学领域转入化学领域，把相对原子量引入化学研究并经过严格的逻辑推导，逐步建立起科学的原子论的。可见，提出问题是一个不断的过程，而要确切地知道问题之所在，一个必要条件是，全面地系统掌握与问题有关的真实材料，并对这些材料进行深入的分析。道尔顿敏锐的观察能力和杰出的思维能力使他终于完成了提出科学原子论的任务。
一个人的观察能力总是同他已有的知识和经验相联系的。道尔顿虽只受过初等教育，但长期的勤奋自学使他成为一个学识渊博的人，这使他习惯于从不同的角度来思考观察中获得的许多看似平常的感性材料，“在平常中看出异常”，从而提出问题。道尔顿长期从事气象观察，但他不仅从气象学的角度思考大气对气候的影响，而且从物理学的角度提出疑问：“由于长期做气象记录、思考空气组分的性质，我常常感到奇怪，为什么复合的大气、2种或更多的弹性流体（即指气体和蒸汽）的混合物，竟能在外观上构成一种均匀体，在所有力学关系上都同简单的大气一样？”“混合气体为什么能互相扩散并产生压力？”这一系列问题的提出和解决，直接导致了道尔顿原子论的产生。
要成为一个善于发现问题的人，仅有渊博的知识和观察、思考技巧是不够的，极强的求知欲也是道尔顿能不断发现问题、解决问题的内在动力。道尔顿21岁起就着迷的从事气象观测，为了获得气象方面的数据，只要有可能，他就到山区、林区和湖沼地带去旅行。从专科学校辞职后，他每天绝大部分时间在自己布置的实验室里做实验，只有星期四下午到郊外的草地上打几个钟头的曲棍球。正是由于强烈的求知欲和勤奋的工作，使他在观察气象的过程中，不断地提出问题，进而突破气象学科的限制，从化学的角度提出了科学的原子论。非常有意思的是起初道尔顿对化学物质并不感兴趣，但在解决有关气体问题时，却不断涉及化学领域，从而促进了他对化学研究的兴趣，最终使他成为“近代化学之父”。
可见，在科学研究和日常学习过程中，丰富的知识经验和注意观察、勤于思考的工作作风，利于形成敏锐的观察能力，加之对科学探究的兴趣，你就能成为一个善于发现问题的人。
2.周密的分析、实证方法的运用和广泛的学术交流是道尔顿收集、获取信息的特色
作为科学探究的一个重要特征，收集信息的活动同样贯穿于探究的全过程。搜集信息是否就等同于查阅文献？道尔顿给了我们很好的回答。“由于我在前进过程中常因相信别人的结果而被引入歧途，我决定尽量少写一些，除非我能够用我自己的实验加以证实。”道尔顿的科学生命之树上结出的是理论硕果，但它的根是深深扎在观察与实验的土壤之中。
在科学研究过程中，还必须对搜集到的资料进行鉴别。道尔顿曾指出，重视实验并不是罗列全部实验的细节，关键在于对实验的分析。他明确表示：“我的意思不是说，把我的（实验工作）笔记本的记录抄下来，这样做同没有任何实验的写作是同样应该受到指责的。熟悉化学实验的人们都知道，在5个新实验中适宜向人们作报告的不会多于一个，其他实验通过适当的思考就会发现这样那样一些缺点，它的用处只是在于它们能指出错误的根源和避免错误的方法。”
1799年退职后，道尔顿一直居住在曼彻斯特，并积极参加各种学术活动，如讲演会、论文宣读会等。他还与许多同行保持联系，如英国的戴维、法拉第、布朗，法国的拉普拉斯、毕俄，这使他能了解到他们的最新研究成果。广泛的学术交流，是科学研究过程中获取信息的一个重要的途径，在信息社会时代，这一点有着它独特而又深远的意义。
当然，道尔顿也犯了过分强调自己实验的错误。当法国化学家盖—吕萨克通过实验得出与他的原子论有矛盾的气体简比定律时，道尔顿拒绝盖—吕萨克定律实验基础的可靠性。他的这种缺陷，同样是我们在今后的学习和研究过程中必须克服的。
3.丰富的想象力和高超的逻辑思维能力是道尔顿能大胆提出假说的重要成因
假说既是理论形成的一种重要形式，又是科学研究的一种重要方法。假说是指导我们寻找具体化学科学真理的武器。
所谓“假说”，就是人们根据已有知识，对所研究的事物或现象作出初步的解释。它是人们关于某一事物或现象的原因还没有知道的时候所作的一种推测。由此可见它具有推理的性质。假说形成过程的逻辑形式，主要是通过类比或归纳推理来进行的；假说发展过程的逻辑形式，主要是通过演绎推理来进行的；假说的思维形式，可以是逻辑的概念、范畴、判断、论断、推理、推断和证明，也可以是非逻辑的知觉、灵感、想象、移植、猜测和机遇等创造性的思维活动。因此，假说在某种意义上说，它是人类逻辑和非逻辑的思维形式和思维方法的最高表现。由此可见，研究者的想象力及逻辑思维能力在假说的形成和发展过程中起着极大的作用。道尔顿非常幸运地具备了高超的逻辑思维能力和丰富的想象力。
道尔顿为了解释复合的大气在所有力学关系上都同简单的大气一样，他分析比较了牛顿的原子相互排斥理论和贝托雷的大气化学结合假说，指出牛顿的观点没有考虑到大气是由几种比重不同的气体所构成；而贝托雷用化学亲合力来解释大气是个均匀体、它与高度无关，也是值得怀疑的，但道尔顿并没有轻易否定以上两种假说的观点，他还要继续思考。
道尔顿设想是否可把牛顿的原子相互排斥的观点与大气的化学结合的见解协调起来，从而能够解释大气组成的均匀性？他借助于独创的化学原子符号和图式来展开这种想象。结果他发现这样协调处理的结果会导致整个混合气体的比重和氮的比重相同。道尔顿深知：“这种情况是一刻也不能允许的，因为这不符合观察到的现象与实验的事实。”这时，他终于完全放弃了大气的化学结合假说，并代之以另一种假说：“即把每个水原子、氧原子和氮原子均附加以热，使它们分别成为排斥的中心，在混合状态如同在单独状态时一样。”道尔顿很快觉察到：这种假说，当氧已经在最下面，而水在上面时，仍然是无用的。如何阐明混合大气的均匀性仍然面临着理论上的困难。
1801年，道尔顿又提出一个新的假说，以求摆脱和避免这种困难，他说：“按照这个假说，我们将设想，一种原子只能排斥与自己相同的原子，而不能排斥其他种类的原子。这种假说对说明任何气体在另种气体中的扩散最为有用，不管它们比重怎样；而且亦能使气体的任何混合物与牛顿的理念完全协调一致。”但道尔顿很快又发现：“我从一系列实验里发现，气体相互扩散是一个缓慢的过程，需要很大的作用力”，而上述假说对这种现象的说明是不适合的。
那么，原因又何在呢？道尔顿又陷入了沉思：“在思考这个问题时，我发觉我还没有考虑到在弹性流体中质点大小不同的影响，……而如果大小不同，则按照排斥是热这个假说，大小不同的质点在彼此接近时就不可能建立平衡。”这就是道尔顿的独特见解，也是一种巧妙的构思。可见，道尔顿结合大量的实验工作，通过严密的逻辑推理与分析，发现了已有知识与实际现象之间的矛盾，并发挥自己丰富的想象力，从而建立起科学原子论体系。
从道尔顿科学研究特色的分析中，我们强烈地感受到：他具有极其活跃的想象力，惯于用具体的形象和图式来描绘神秘的自然力。一般来说，在科学研究中，并不是在经验材料十分完备后才去构思其内部机制的图案。当科学研究的问题或目标明确后，就可根据已经收集到的资料和线索进行想象了。在整个研究过程中，道尔顿不断提出一个个假设，又一次次在实验中予以检验。在进行想象时，道尔顿常把设想具体化，在头脑中构成形象，从而更易于理解和把握，并进一步激发想象。
4.道尔顿善于用实验和推论相结合的方法来检验假设
假设形成后，需要对假设进行检验，判断假设是否符合实际，在理论上能否成立。检验的方法通常有两种：直接检验和间接检验，直接检验就是以假设为蓝图，直接用观察、实验等方法验证假设；间接检验则是一种推论性质的检验。道尔顿既重视实验等实证方法的运用，同时，也非常重视用分析、归纳、推理等方法间接验证假说。
道尔顿提出原子论假说的同时，也提出了测定原于质量的任务。但在当时的历史条件下，要完成这一任务并非易事，怎么解决这一难题？道尔顿通过分析提出了自己的见解：原子的绝对质量难以测定，但相对质量却可确定，即确定一个参照基准，通过与这一基准的比较即可得出其他原子的相对质量。为了实现测定原子量的重大目标，道尔顿自己开始动手做各种实验，1803年，他终于制定了第一张原子量表。当然，这张表中的数据存在许多错误，但他研究问题的科学方法一直沿用至今。
用化学实验来检验假说时，首先的要求是化学实验本身应当是科学严密的，同时，我们要将实验探究与理论思维结合起来，才能透过现象，深入本质，取得比较可靠的结果。尽管道尔顿的实验技术不是一流的，他的不少自制仪器也很粗糙，何况他又有色盲的生理缺陷，但这一切都没有阻挡道尔顿对真理的探索，他的理论思维的力量，使他获得了一种异乎寻常的洞察力，把握了原子的存在与运动，柏廷顿曾说过：“道尔顿似乎是用他的手开始做实验，然而却是用他的头脑来结束实验的”。
道尔顿认为和其他科学家相比自己并没有什么特殊的才能，他把他的成功归结为勤奋，其实，他的科学探究的精神和方法是超越与同时代的许多科学家的，也为我们今天的学习和研究留下一笔宝贵的财富。