現行化學教材“質量守恒定律”表述邏輯之探討

譚景瑤

摘要： 從數學、邏輯學、計量學、物理學和語言習慣五個角度對現行化學教材“質量守恒定律”的表述進行分析，對支持該表述的三種主流觀點進行剖析，最終對該表述修改為“大量實驗證明，化學反應后生成的各物質的質量總和，等于參加反應的各物質的質量總和。這個規律就叫做質量守恒定律”。

關鍵詞： 質量守恒定律; 表述邏輯; 化學教學

文章編號： 1005-6629（2022）05-0095-03

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

現行人教版化學教材中的質量守恒定律被表述為：“大量實驗證明，參加化學反應的各物質的質量總和，等于反應后生成的各物質的質量總和”;滬教版、魯教版、科粵版以及仁愛版教材也采用了基本相同的表述，即通常說的“反應物的質量總和等于產物的質量總和”。現將相關表述列于表1。

眾所周知，質量守恒定律是一條基本的科學定律，如何在教材中科學嚴謹地表述該定律，無疑是一項重要的工作。筆者從以下六個方面來論證現行化學教材“質量守恒定律”的表述不夠嚴謹，有悖邏輯。

1 數學的角度

化歸思想是數學研究活動中的一種基本思想，它是指將未知的、陌生的、復雜的問題通過某種變換轉化為已知的、熟悉的、簡單的問題，從而使問題得到順利解決。進行數學研究時，等號前面是待求解的未知量，等號后面則是確定的已知量，這種約定俗成的表達次序符合化歸思想的運用規律。如果不作出這樣的約定，很容易造成理解上的混亂?，F舉例如下：

題目A： 已知∠α，求作∠β，使得∠β=∠α。

題目B： 已知∠α，求作∠β，使得∠α=∠β。

很明顯，題目A是一道比較簡單的數學問題;但面對題目B，嚴謹的數學工作者都會覺得很疑惑。究其原因，是因為等號前后的未知量和已知量的次序顛倒了，不符合化歸思想的運用規律。從數學的角度來看，反應物的質量總和是已知量，應當置于等號后面，產物的質量總和是未知量，應當置于等號前面，不能顛倒次序。

2 邏輯學的角度

因果關系是現實世界中最重要、最基本的一種邏輯關系。在化學反應中，反應物與反應物的質量總和是因，產物與產物的質量總和是果;反應物與反應物的質量總和在化學反應前就是確定的，產物與產物的質量總和產生在化學反應后，是未知的。在邏輯學中，人們常用未知的“果”去和確定的“因”相比較，不用確定的“因”去和未知的“果”相比較，這與數學的化歸思想是一致的。因此，“反應物的質量總和等于產物的質量總和”的表述是不符合邏輯的。

3 計量學的角度

科學計量的程序是： 在測量前，必須先確定好參考物（標準），然后運用科學的方法對被測物進行測量，測量的結果其實就是將被測物和參考物相比較后得出的結論。測量結果的正確表述可能是“被測物大于、等于或者小于參考物”，而“參考物大于、等于或者小于被測物”則是錯誤的表述。譬如使用天平測量某物體的質量時，我們是將被測物體放置于天平的左側托盤內，然后不斷加減砝碼到天平右邊的托盤內以及移動天平的游碼，直至天平完全平衡。假設此時右邊的砝碼加上游碼剛好是1千克，正確表述該測量結果應該是“該物體的質量等于1千克”，而“1千克等于該物體的質量”則是錯誤的表述?；瘜W變化中，反應物的質量總和是參考物，而產物的質量總和則是被測物，質量守恒是指化學反應后被測物的質量沒有發生變化依然等于參考物的質量，所以正確的表述應當是“產物的質量總和等于反應物的質量總和”。

4 物理學的角度

物理學因其發展歷史進程中和數學走得最近，所以數學的嚴謹性已經深深滲入到它的每一個角落。相對來說，物理學比化學等其他自然科學要更嚴謹一些，所以它應該能夠提供一些樣板給我們作為參考，以光的反射定律為例：“實驗證明，光發生反射時，反射光線、入射光線與法線在同一平面內;反射光線和入射光線分別位于法線的兩側;反射角等于入射角”。顯然，入射角是確定的因，反射角是未知的果，故該定律中“反射角等于入射角”的表述完全符合邏輯學的因果邏輯和數學的化歸思想。據筆者所知，尚未發現有嚴肅的科學文獻將光的反射定律表述成“實驗證明，……入射角等于反射角”。因此，“反應物的質量總和等于產物的質量總和”的表述邏輯與光的反射定律的表述邏輯不相容。

5 語言習慣的角度

假如某棵桃樹春天開了100朵花，夏天結了100個桃，人們會說“這棵桃樹夏天結果的數量等于它春天開花的數量”，而不會說“這棵桃樹春天開花的數量等于它夏天結果的數量”。又譬如，我們描述一對父子的相貌特別相像時，習慣的說法是“這兒子長得真像他父親”，而如果有誰說“這父親長得真像他兒子”，肯定會淪為笑柄。由此可見，現行化學教材關于質量守恒定律的表述也不符合日常的語言習慣。

6 與其他觀點的探討

針對現行化學教材“質量守恒定律”的表述，有幾種支持的主流觀點，筆者在此將與這些觀點的探討闡述如下。

觀點A： 現行化學教材“質量守恒定律”的表述符合權威詞典的解釋。

《中國大百科全書（第二版）》是這樣表述質量守恒定律的：“在任何與周圍隔絕的體系中，不論發生何種變化或過程，其總質量始終保持不變?；蛘哒f，化學變化只能改變物質的組成，但不能創造物質，也不能消滅物質，又稱物質不滅定律?！盵1]據此有觀點認為現行化學教材“質量守恒定律”的表述符合權威詞典的解釋。依照《現代漢語詞典（第6版）》的解釋，“變”的基本釋義是： 和原來不同。顯然，“不變”的基本釋義應當是： 和原來相同。因此，筆者認為《中國大百科全書（第二版）》的表述“……其總質量始終保持不變……”應當是指化學反應后生成的各物質的質量總和，等于參加反應的各物質的質量總和，而非“參加化學反應的各物質的質量總和，等于反應后生成的各物質的質量總和”。所以現行化學教材“質量守恒定律”的表述實際上違背了《中國大百科全書（第二版）》的權威解釋。

《化學辭典（第二版）》是這樣表述質量守恒定律的：“即物質不滅律。在化學反應中，物質的組成、性質可以變化，但質量不改變;即反應物的總質量等于產物的總質量……”[2]，認為現行化學教材關于質量守恒定律的表述符合權威詞典的觀點很可能來源于此。筆者查閱了另外三部權威化學詞典工具書，詳細情況列表如下（見表2）。

顯然，表2中三部權威工具書關于質量守恒定律的表述邏輯和內涵是完全相同的，都表述為“產物的質量總和等于反應物的質量總和”，均與現行化學教材關于質量守恒定律的表述邏輯和內涵不一致。所以，現行化學教材關于質量守恒定律的表述符合權威詞典的解釋的觀點是非常片面的。

再者，權威也不一定完全正確。歷史上類似這樣的例子有不少，最有名的例子莫過于托勒密的日心說和亞里士多德關于自由落體運動的觀點。唯有經得起科學和事實檢驗或者符合邏輯的觀點才是正確的。

觀點B： 現行化學教材“質量守恒定律”的表述來自歷史傳承。

1947年的《開明化學新教本》關于質量守恒定律的表述“一切的化學變化，變化之前的質量總和，必與變化后所生成的各物質的質量總和相等”[6];新中國成立后1953年蘇聯編譯本教材關于質量守恒定律的表述“參加化學反應的物質的總重量，必等于反應后生成的物質的總重量”[7]。上述淵源形成了現行化學教材“質量守恒定律”的表述來自歷史傳承的觀點。筆者認為： 排除當時質量和重量的概念混淆不清的問題，上述《開明化學新教本》與新中國成立后的蘇聯編譯本教材的表述都存在和現行化學教材同樣的問題，這種表述違背了因果邏輯，是有瑕疵的;歷史傳承不應當傳承有瑕疵的知識。

觀點C： 質量守恒定律不過是用數量關系表達物質不滅的觀點，不需要過分較真反應物質量總和與產物質量總和在表述時前后的次序。

筆者認為： 如果等號前后的兩個事物沒有前因后果聯系，僅存在數量關系或互為因果關系，表述時確實無需區分前后次序;但是如果等號前后兩個事物存在前因后果關系，表述二者數量關系時必須明確前后次序。從某種程度來說，我們可以把反應物當做父親，產物當做孩子，反應物的質量總和看做父親的相貌，產物的質量總和看做孩子的相貌，“反應物的質量總和等于產物的質量總和”的表述，相當于說父親的相貌像孩子的相貌，完全不符合邏輯和日常的語言習慣，必須更正過來。符合邏輯的表述，可以使得一條科學定律更嚴謹、更完美。

綜上六點所述，筆者建議： 從科學嚴謹的角度出發，現行化學教材應將質量守恒定律的表述修改為“大量實驗證明，化學反應后生成的各物質的質量總和，等于參加反應的各物質的質量總和。這個規律就叫做質量守恒定律”。這樣的表述邏輯與其他基礎科學理論的表述邏輯完全相容，準確地表述了質量守恒定律的本質，體現了科學定律的嚴謹性。

教材可以看作是每一個學生學習的出發原點，是我們絕大多數人衡量其他知識的標桿。要培養學生嚴密的邏輯思維能力和嚴謹的表述表達能力，教材的示范作用就顯得極其重要，這就要求教材的每一個細節都應該做到盡善盡美。因此對于教材上的內容，哪怕是細微的完善，也是有百利而無一害的。

參考文獻：

[1]中國大百科全書總編委. 中國大百科全書（第二版）[K]. 北京： 中國大百科全書出版， 2009： 28～427.

[2]周公度主編. 化學辭典（第二版）[K]. 北京： 化學工業出版社， 2010： 796.

[3]顧翼東主編. 化學詞典（第二版）[K]. 上海： 上海辭書出版社， 2003： 529.

[4]曹錫章主編. 英漢化學辭典[K]. 北京： 清華大學出版社， 2015： 627.

[5]柯清水編著. 正文化學新辭典[K]. 香港： 正文書局有限公司， 1980： 317.

[6]沈鼎三編著. 開明化學新教本（上冊）[M]. 上海： 上海開明書店， 1947： 13.

[7][蘇聯]列夫欽科. 人民教育出版社編譯. 高級中學課本·化學（第一冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 1953： 18.