数学是东海 化学是西湖

2026-05-12 11:39   来源: 互联网

许多中学生在还没有开始学习化学时,就已对化学学科产生了恐惧。其实,与早在小学一年级就开始并一直连续学习的数学相比,数学是东海,中学阶段最后登场的学科——化学是西湖。

一、数学是东海

东海是中国东部的边缘海,北起长江出海口北岸到韩国济州岛一线,北面是黄海;东北面经由韩国济州岛至日本五岛列岛,再至日本长崎半岛南端一线经由朝鲜海峡和日本海相通;东面是日本九州岛、琉球群岛、中国台湾岛岛链,该岛链以东是一望无际的太平洋;南以台湾岛最南端的鹅銮鼻到广东省汕头市的南澳岛一线同南海分界,总面积约77万平方千米,海水平均深度约370米。    

数学是关于数量、结构、变化、空间、信息等概念的一门学科,英语为mathematics,缩写为math或maths。    

在人类社会的发展进程中,数学发挥着不可替代的作用。数学发展之早、内容之广,是其他学科无法比拟的。在文字出现以前,人类已经通过判断事物的大小、数量的多少、物质的形状、猎物的位置、猎物的奔跑速度和方向等,而使用到了数学。到了文明社会,数学的研究、教学与应用被提高到相当的高度,古代中国就把数学能力列为“六艺”之一,古埃及金字塔印证了修建时代的数学发展成就,古巴比伦创造的60进位制是现代时间、角度的计算基础,古印度人发明的“阿拉伯数字”成为世界上广泛使用的简易符号;古希腊人继承和发扬了各文明古国的数学成就,将数学研究、数学教育、数学应用、数学猜想等领域推向更高更深,得出数学是所有学科之母,是哲学、建筑、艺术、科学,乃至文学的基础的共识;人民教育出版社出版的《义务教育教科书·数学》(七年级·上册)开头《编者的话》,先是引用了华罗庚所说的话:“宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之变,生物之谜,日用之繁,数学无处不在”来阐明数学的广博与通用性,又激励学生说:“数学使人更聪明。数学是锻炼思维的体操。学习数学能使我们更合乎逻辑、更有条理、更严密、更精确、更深入地思考和解决问题,能增强我们的好奇心、想象力和创造性,有助于提高学习能力。懂得并能运用数学,就意味着你有更多的机会和选择。”     

中华民族的血脉、文脉保持延续,数学也得以持续发展、普及和传播。中国数学在世界上曾长期处于领先地位,对世界数学的发展做出了不可磨灭的贡献,也影响、启迪了世界上其他国家的数学家,许多外国数学家因为学习、参悟了中国数学知识,帮助他们提高了数学水平,在其本国成为了受人尊敬的数学大家。

下面列举古代中国和古希腊在数学方面的一些成就。每一位数学家也都只是沧海一粟,这些数学家和他们的学生、他们的学生的学生、他们的著作、他们的思想,构成数学的茫茫东海。

中国唐朝的李淳风(602年-670年),是一位天文学家、数学家、易学家,自幼聪慧好学,博览群书,是世界上第一个给风定级的人,还和袁天罡一起著作了天机无限的《推背图》。李淳风有幸得到初唐两位有作为的皇帝——唐太宗和唐高宗的赏识,因而得以施展才华。唐高宗显庆年间,李淳风牵头,率领国子监算学博士梁述和太学助教王真儒等人审定并注释了《算经十书》。《算经十书》是对唐朝及以前最具影响力的十部数学著作进行归纳、整理、注释,而形成的合集,被唐高宗颁令作为国子监算学馆的教材使用。《算经十书》包括:

1.《周髀算经》。原名《周髀》,原作者不详,列入“算经十书”时加“算经”二字。书中有周公与商高二人以问答的形式提出问题和解决问题,与《论语》的作者类似,是学生记录老师、下级记录上级言论的书籍,因此可推断该书最早版本应成书于西周初年,后人又在其基础上不断补充修订。

"周髀"为周代天文测量的标杆(标准度器),类似于后来的商鞅方升(秦国、秦朝颁布的的标准量器,该方升容积为现在的202.15cm³,现收藏于上海博物馆)、秦铜权(秦统一中国以后颁布的标准衡器,现收藏于秦始皇帝陵博物院的两枚铜权,约合现在的250克),"髀"指直立的八尺表杆(股),它的表影为勾,二者互相垂直构成直角三角形,进而进行天文测算。《周髀》内容涉及天文和数学,探讨天文测量与几何计算。在数学史上首次记载了勾股定理(商高定理)及其使用方法,首次记载了早期圆周率"径一周三"的近似数值,在古代数学史中具有奠基性地位;

2.《九章算术》。作者不详。从西汉早期丞相张苍和天文学家、理财家耿寿昌等增补删订看,其成书应该早于秦朝,全书分9章,246个例题,

第一章“方田”:讲述不同平面几何图形面积计算方法。

第二章“粟米”:讲谷物粮食按比例折换的比例算法。

第三章“衰分”:讲按比例递减分配的问题。

第四章“少广”:讲已知面积、体积,反求边长或棱长。

第五章“商功”:讲工程土石方量、体积的计算。

第六章“均输”:讲合理摊派赋税、调度劳役的方法。

第七章“盈不足”:讲通过两次假设解决盈亏问题。

第八章“方程”:讲一次方程组解法问题。

第九章“勾股”:讲利用勾股定理求解社会生活的问题。

《九章算术》堪称《算经十书》中最重要的一部,书中有世上首次提到分数问题,世上最早开平方、开立方的方法,世上最早完整的线性方程组的解法,首次使用了负数、提出了正负数的加减法则、使用了正负数的乘除法,提出直角三角形勾、股、弦的通解公式。

魏晋时期刘徽作《九章算术注》;

3.《海岛算经》。作者就是魏晋时期作《九章算术注》的刘徽,于公元263年编著完成的测量数学著作,该书通过9道题,提供了对“可望不可及”的山高、谷深、距离等的测量手段,其中二次、三次或四次测望法,成为测量学历史上领先的方法 ,还首次在解决数学问题中应用极限概念;

4、《孙子算经》。共三卷,64 道数学应用题,成书年代约为公元4世纪,大概是因为原书序的第一句是“孙子曰:夫算者……”,故取名《孙子算经》,真正的作者已无考证。该书详细讨论了以十进位值制记数法下长度、质量、体积/容积的单位制定制度,还有筹算的布算规则,阐述了圆周率约等于三(周三径一)、根号2约等于1.4(方五斜七),给出了乘法口诀表,以及给出了白银、铅、铜、铁、玉、石等物质的密度。筹算法则、 “物不知数”题、“鸡兔同笼”题对后世影响深远;

5、《张丘建算经》。作者是北魏时期的张邱建,大约作于5世纪后期,该书共三卷93题,涉及测量、纺织、交换、纳税、土木工程、冶炼、利息等各方面的计算问题,应用到了算术、代数、几何知识,书内还有最大公约数和最小公倍数的应用问题,还有等差级数问题。最著名的是提出了不定方程组 —— 百鸡问题,给出答案但没有具体说明其解法,引发了后人关于“百鸡问题”解法的研究;

6、《五曹算经》。北周数学家甄鸾(535年—566年)的数学著作,五曹是五个官署(部门),该算经共记录了67个问题,分别用来解决 “田曹”的农田面积测量、“兵曹”的军事配置、“集曹”的贸易交换、“仓曹”的粮食税收和“金曹”的丝织交易,具有很高的实用价值;

7、《五经算术》。北周数学家甄鸾的数学著作,全书共两卷,对儒家经典中出现的数学计算问题进行注释,除涉及传统的“五经”——《诗经》《尚书》《礼记》《周易》《春秋》外,还包含了《周礼》《仪礼》《论语》《左传》等儒家经典,帮助读者理解并应用传统经典著作,同样具有很高的实用价值;

8、《夏侯阳算经》。作者夏侯阳生平不详,有说其为东晋人士的,也有说是北魏人士,还有说是唐朝人的。全书分三卷,有关于赋税、物价、利息、运输、工程等实际问题的83道数学应用题。该书具有一定的数学难度,例如“筹算捷法”、“十进小数应用”、乘除数分解的“单行布算法”,当时的学员们想必是非常头疼;

9、《缉古算经》。又做《辑古算经》,作者王孝通,唐代算历博士,毕生喜好数学,基于认为《九章算术》和《缀术》存在不足,而对其进行修正完善。《缉古算经》共收20题,其中包括用比例知识来确定月球与太阳的相对位置的问题、土木建筑和水利工程中的挖土、填土计算问题、解直角三角形有关问题。在世界上最早提出了三次方程式及其解法,对数学发展贡献很大;

10、《缀术》。作者是南北朝时期的祖冲之(429年—500年)、祖暅[gèng]之(456年—536年)父子。《缀术》内容极其深奥,涉及高次方程、逐次逼近的极限思想、抽象几何定理,远超当时官方数学教育水平,《隋书·律历志》就评价该书“学官莫能究其深奥,是故废而不理”。到了唐朝,纵使该书被收入官方的《算经十书》,作为国子监算学科科目的核心教材,但因其内容艰深,仍然很难流传。到了北宋时期,《缀术》彻底失传。为保持“十书”数目的完整,南宋时将“十部算经”的辅助读本《数术记遗》增补进来,作为新的第十部数学著作;

10+1、《数术记遗》。作者为东汉末年的天文学家和数学家徐岳(约185年—约227年),该书以与刘洪(东汉天文学家和数学家,徐岳的老师)问答的形式,讲述了14种计算方法。也就是在这部书中,出现了算盘的样式和珠算定名,这在世界珠算史上留下了光辉的一页,徐岳也被认为是珠算始祖。清代哲学家、思想家、考据学家和经学家戴震,将其校订并录入了《四库全书》。

《算经十书》可简记每书第一个字,即“周九海孙张,五五夏缉缀(数)”。

中国以外的其他三大文明古国,古巴比伦、古埃及、古印度,由于血脉、文脉被斩断,数学研究也随之终结。所幸的是,地理上与古巴比伦、古埃及较近的古希腊,接收并发展了数学事业,在当时,几乎每一位古希腊的哲学家、天文学家、地理学家、物理学家都在数学方面有很高的造诣。下面介绍几位影响力比较大的古希腊数学家:

1、泰勒斯(Thales,约公元前624年—公元前546年)。是把古希腊打造成数学、哲学、天文学沃土的奠基人,被称为古希腊第一位科学家。早年作为商人,曾游历古巴比伦、古埃及等地,掌握了古代流传下来的天文学和几何学知识。在古埃及,他利用测量自身日影及金字塔日影,通过比例关系计算出金字塔的高度,解决了法老多年来盼望了解金字塔高度的诉求,如此简单明了的方法使法老极其惊讶,可见泰勒斯在继承的同时,对数学知识进行了发扬和创新。泰勒斯为数学从古埃及、古巴比伦向古希腊的传播做出了突出贡献,他将在古埃及和古巴比伦学到的知识进行了整理、抽象与再创造。对数学最重要的贡献是开启了几何命题的逻辑证明(如证明对顶角相等、直角都相等、等腰三角形的底角相等,证明直径等分圆周,提出圆周角定理、泰勒斯定理;用两个三角形的两对对应角及这两对对应角所夹边相等,即角边角“RSR”,证明这两个三角形全等),这标志着人类对客观事物的认识由感性上升到理性,在数学史上是不寻常的飞跃。

泰勒斯创立了伊奥尼亚学派(也叫爱奥尼亚学派、米利都学派);

2、毕达哥拉斯(Pythagoras,约公元前580年—公元前490年)。在古希腊数学与哲学领域起到了承前启后的作用:他继承泰勒斯所开启的理性传统,又把数学、宗教、宇宙观相融合,深刻影响了当时及以后西方的科学与思想发展。提出地球是球形的毕达哥拉斯及其追随者认为“数即万物,万物皆数”, 企图用数来解释一切,认为平面图形中最美的是圆形、立体图形中最美的是球形,最早发现了“黄金分割”规律,提出了西方的勾股定理(毕达哥拉斯定理),将算术和几何紧密联系起来,将抽象的算术关系表现为“几何可视化”,进一步体现了“数—形统一”的思想。

毕达哥拉斯创立了既带有学术色彩,又带有宗教色彩毕达哥拉斯学派;

3、柏拉图(Plato,公元前427年—公元前347年)。古希腊伟大的思想家、哲学家、教育家、数学家,柏拉图的老师苏格拉底、柏拉图本人、柏拉图的学生亚里士多德,被并称为希腊三贤。柏拉图在约公元前387年在雅典城外的西北角创立了“柏拉图学院”,这所学院是西方最早的有完整组织体系的高等学府之一。柏拉图非常重视数学,强调数学在智力训练方面的作用,主张通过几何的学习来培养逻辑思维能力,他的数学观对后世影响极大。

柏拉图培养出了创立“比例论”、穷竭法思想的欧多克索斯(Eudoxus)和“形式逻辑”的奠基者亚里士多德(Aristotle)等大家;

4、欧几里得(Euclid,约公元前330年—公元前275年)。古希腊杰出的数学家,所著《几何原本》对数学的发展产生了深远的影响,被誉为“几何学之父”,其贡献和影响在数学史上无可替代。《几何原本》全书共分13卷,包含5条“公理”、5条“公设”,以及23个定义和467个命题;

5、阿基米德(Archimedes,公元前287年—公元前212年)。说出“给我一个支点,我就能撬起整个地球”这般豪言壮语的物理学家阿基米德,其实还是一位伟大的数学家,在数学方面有着极为光辉灿烂的成就,他在数学方面的著述有《论球和圆柱》、《圆的度量》、《抛物线求积法》、《论螺线》、《论锥型体与球型体》、《数沙者》等十余部,阿基米德和后世的牛顿(1643年—1727年)、高斯(1777年—1855年)并列为世界三大数学家。阿基米德的《方法论》中的数学思想已经“十分接近现代微积分”,是对数学上“无穷”的早期研究。阿基米德利用“逼近法”计算出球面积、球体积、椭圆面积、抛物线面积,后世的数学家据此发展成近代的“微积分”。阿基米德还利用割圆法求得π的近似值,算出球的表面积等于其内接最大圆面积的四倍,推导出圆柱内切球体的体积等于圆柱体积的三分之二(他的墓碑上就刻着这个定理),研究出螺旋形曲线的性质,首创了一套记大数的方法,该方法简化了记数的方式;

6、阿波罗尼奥斯(Apollonius,约公元前262—约公元前190年)。是与欧几里得、阿基米德齐名的古希腊数学家,著有《圆锥曲线论》,对圆锥曲线进行了深入研究,提出了椭圆、抛物线、双曲线等数学术语,并探索使用类似于现今的直角坐标系的轴线的方法,有早期坐标制思想;

7、埃拉托斯特尼(Eratosthenes,约前275—前194年)。古希腊杰出的数学家和天文学家、地理学家,对地图学的卓越贡献来自他对数学的发展与应用。他的名著《对地球大小的修正》,书名就比较震撼,他首创了一种测量地球圆周长度的方法,获得了第一个科学的数据。他利用坐标原理以经纬线绘制出了世界地图。他首创了“地理学”这个名词,并被尊称为“地理学之父”。以他为名的“素数筛子”,即“埃拉托斯特尼筛法”,用逐步筛除非素数的方法查找出所有小于某一给定整数N的素数,这一数学思想被现代计算机领域所使用;

8、喜帕恰斯(Hipparchus,约公元前190年—公元前125年),他的名字还有被译作——依巴谷、伊巴谷、希巴恰斯、希巴克斯的。是古希腊天文学家、数学家。他编制出当时已知的1022颗恒星的位置一览表,“星等”的概念也是由他首先提出来的。数学方面的成就,一是创立了三角学和球面三角学。二是提出了“托勒密定理”,该定理内容为“对于一个内接圆的四边形,四边形的对角线乘积等于两组对边乘积之和”,这一关于圆内接四边形的重要几何学定理由喜帕恰斯提出,被托勒密在其著作《天文学大成》中引用,从而得名,该定理后来成为了天文学和几何学的基础知识;

9、尼科马霍斯(Nicomachus of Gerasa,约公元100年前后)。从外文名来看,当时名叫“尼科马霍斯”的人不少,而且不乏名人,我们所说的是出生于“杰拉萨”(今约旦的杰拉什)的那位“尼科马霍斯”,在约公元 100 年前后比较活跃。尼科马霍斯是“新毕达哥拉斯学派”代表人物,强调数具有神秘的属性和力量,主张算术的优先性,其现存著作包括数学方面的《算术入门》与音乐方面的《和声手册》。《算术入门》共52章,分上、下两卷,是一本真正脱离几何形式的算术著作,为希腊数学开辟了的新途径,是算术独立发展的里程碑,对后世数学发展产生了深远影响,影响长达千年之久。该书系统阐述了数的理论,涉及数的分类、数的性质,还有数的神秘性,把几何化数论转为纯算术研究,研究几何级数、算术级数、调和级数的特性,提出了“尼科马霍斯定理”,该书促使亚历山大数学研究的重心转向算术领域;

10、丢番图(Diophantus,约246年—330年)。不知道是哪个高人把这位古希腊数学家、代数学重要创始人的名字译成这样,好像是北宋派往辽国(或金国)的间谍失职了似的。丢番图所著的《算术》原13卷,现存10卷,分希腊文本6卷和阿拉伯文本4卷,共收录了290个问题 。丢番图发明了当时的未知数符号 、平方符号、立方符号、四次方符号、等号等便于表示不同内容的代数符号,用纯代数方法解方程,丢番图在数论方面的贡献也非常大。《算术》对后世的影响仅次于《几何原本》。

古希腊著名数学家简单记忆法:一是“五丝(五斯:泰勒斯、毕达哥拉斯、阿波罗尼奥斯、喜帕恰斯、尼科马霍斯)连两图(柏拉图,丢番图),里得(欧几里得)爱(埃拉托斯特尼)米德”。二是类似五笔字型字根的方式,即“泰毕柏欧阿,阿埃喜尼丢”。

纵使人类历史上出现了如此之多的数学家,也取得了一定的数学成就,但人类研究数学、利用数学,所涉及的范围尚属有限,深度也很有限,这样的深度与广度是人类目前能力所及的。因此,用南海,乃至某大洋来比喻数学,未免太过夸张,用东海,比较合适。

填充满数学东海的,是几千年来人们对数学的不断追求与探索。在人类研究和利用数学的几千年里,有参悟天道的部落首领,有聪明智慧的能工巧匠,有天赋异禀的数学天才,有知识渊博的科学巨匠,有善于归类的能人异士,还有热爱学术的政府官员,更有用“猜想”吸引几代人、难倒几代人、折服几代人的数学家和猜想家,他们共同成为数学发展的不竭源泉;随着人口爆炸、教育普及,学数学的人越来越多;伴随着网络计算机的发展和个人电脑的增多,数学研究和数学教育越来越便利化;在教育内卷的大环境下,参与内卷的家长数量和学生数量与日俱增,数学辅导班遍地开花,数学题数量越来越多、难度越来越大、范围越来越广、花样越来越新奇。称数学是东海,正是因为有着海量的数学人才、海量的数学从业者、海量的学生、海量重视数学的学生家长、海量的数学著作、海量的数学题。

77万平方千米的东海,可以用北纬21°54′~33°17′、东经117°05′~131°03′这样的数字圈定其大致范围,也可以用具体交叉的经纬度数值标明任意一点的位置,还可以以长江入海口北岸为基点,用方向、角度和距离找到任意一点的具体位置;77万平方千米的东海,可以用点、线段、曲线画出它的图形;77万平方千米的东海,其实只是地球球面的一小部分,约占地球表面积的1.39x10-5。

东海的水温、海浪、海水盐度,渔业产量,都可以用折线图、柱状图记录。

东海的海滨,早期人类惊恐的眼神是对数学的迷茫与好奇;东海海面到大陆架,是从小学到中学的数学内容;东海海面到大陆坡,是大学、数学研究机构、数学家的教学与研究范畴;东海海沟,是数学猜想家、数学狂人的乐园;东海往东跨过第一岛链,是留给人类继续开发探索的数学汪洋。

如果垂直于东海海面作一条直线,原点是海平面,向上是正方向,单位长度为1米,形成一条长长的数轴,那么,-2719米就是东海最深的地方冲绳海槽,-370米就是东海的海水平均深度,0米就是海平面,+4米就是上海浦东国际机场的海拔,+503.6米就是东海内部岛屿的海拔最高处——舟山群岛中的舟山岛(不考虑沿海大陆和第一岛链各岛屿)。

海豚跃出东海海面,形成优美的抛物线;东海红虾的身形,是潇洒的双曲线;冷冻着的舟山带鱼并列摆放,很容易让人联想到平行线。

东海作为副热带海域,年蒸发量平均约为2300毫米,77万平方千米的东海每年向大气输送177.1万立方米水汽,这些水汽不仅直接影响东海海面及沿海地区的降水和温度、湿度分布,对远距离的高原、沙漠、湖泊、草地、农田也会产生影响。就像数学能影响到各个学科、各行各业一样。

来自长江、钱塘江等河流的淡水与泥沙,是数学发展的营养;来自太平洋的黑潮,是人们所面临未知数学知识的挑战;来自空中的降水,是宇宙对于人类研究数学的启迪。东海海底的古海滩、古堤岸,是人类与数学的渊源;海滩捡拾贝壳的孩子,是人类对数学懵懂的认识;游泳场嬉戏的人群,是小学生对于数学浅显的理解;扬帆起航的健将,是中学生对数学初尝的探索;舟山渔场的捞捕,是数学对人类的馈赠;冲出第一岛链的舰船,是数学人昂扬的斗志。

数学是东海,你可以尽情遨游!


二、化学是西湖

化学,是到初中三年级才登场的学科。

许多初一、初二的学生,都或多或少地存在对初三将要接触的化学的恐惧,预判化学会很难,自己很难学好。其实,化学无论从范围上还是深度上,与大家熟悉的数学相比,就好像西湖比之于东海,不是可怕而是可亲,学习起来并不困难。

到初中三年级才设置化学学科,原因是学习化学需要一定的数学和物理基础。

化学在人类发展史上所起的最关键的作用,是火的使用,用火、留火、生火,既促进了人类智力的发展,又成为了人类与猛兽、与自然较量的工具。人类在陶器瓷器制作、冶金、生物等领域探索和应用着化学知识,但没有确立化学作为一门独立学科的地位,化学成为一门独立学科并受到重视,至少比数学晚4000年。

化学学科的奠基、化学教学与研究的腾飞 ,要归功于以下几位科学家:

1、英国物理学家、化学家罗伯特·波义耳(Robert Boyle,1627年—1691年)。化学科学的开山鼻祖,近代化学的奠基人,世界上第一个科学描述了“化学元素”的人,他所著的《怀疑派化学家》(The Skeptical Chemist)于1661年出版问世,该书对化学学科的确立和发展产生了重大影响。化学史家都毫无争议地把1661年作为近代化学的元年,具有科学精神的马克思和恩格斯也同意这一观点。

顺便说一下,波义耳是一位多学科爱好者,在科学研究上的兴趣广泛。除化学外,他还研究过气体物理学、气象学、光学、热学、电磁学、物质结构理论,也涉猎过哲学和神学。他提出了著名的波义耳定律(人类历史上的第一个被发现的“定律”),影响并培养出了另一位著名科学家罗伯特·胡克(Robert Hooke,1635年—1703年,又译罗伯特·虎克,提出关于材料弹性性质的基本定律——胡克定律);

2、法国化学家安托万•洛朗•拉瓦锡(Antoine-Laurent de Lavoisier,1743年—1794年)。被后世尊称为"现代化学之父"。 拉瓦锡的杰出成就是将化学从定性向定量的转变。他因提出氧化学说、反对燃素说而闻名,1777年确立了硫只包含一种元素而不是一种化合物、1778年命名了氧气、1783年命名了氢气、1787年预言了硅的存在并第一个确立硅的存在。1787年之后,拉瓦锡的社会职务渐重,可用于科学研究时间较少,但他与克劳德·贝托莱等人合作,编制了一套简洁的化学命名法,编写了第一份广泛的元素清单,出版了史上第一部现代化学教科书《化学命名法》(Méthode de nomenclature chimique)。他用自己大量精确的定量实验证实了质量守恒定律;

3、英国科学家约翰·道尔顿(John Dalton,1766年—1844年)。 于1803年提出原子论,认为物质由不可分的原子构成,不同元素的原子性质和质量不同,原子按整数比结合而成化合物。原子论为现代化学奠定了基础。道尔顿最先着手测定原子量工作,并发表第一张原子量表,为测定元素原子量工作开辟了道路;

4、 意大利物理学家、化学家阿莫迪欧·阿伏伽德罗(Amedeo Avogadro,1776年—1856年)。于1811年提出了“同温、同压、同体积的气体,所含的分子数相同”,分子的概念横空出世。分子学说的提出,能比较圆满地解决原子论在对一些化学现象进行解释时所遇到的困难,把人们对物质的结构和性质的理解带入一个新境界。

取值为6.02×1023/mol的阿伏伽德罗常数,就是以他的名字命名的;

5、俄国化学家德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫(Дмитрий Иванович Менделеев,1834年—1907年)。1869年,门捷列夫发现元素周期律。门捷列夫求学的年代,化学已经成为一门独立学科,一些主要元素已被发现。门捷列夫发现随着相对原子质量的递增,元素的性质呈现出周期性的变化,遂将当时已知的63种元素编制成一个表格。元素周期律的发现和元素周期表的制成,为化学研究提供了重要的理论指导,有力地推动了化学学科的发展。

化学的发展,使人类通过化学药物治愈了多种疾病,通过化肥提高了农作物产量,通过除草剂降低了劳动强度和提高了种植规模,通过化工手段制作出了汽油、煤油、柴油以供交通工具使用,通过化学方式开发新能源和新材料……。化学,使人类生活变得丰富多彩。

西湖,江南三大名湖之一,假如做一个全国范围的问卷调查,中国最知名的湖当属西湖。西湖位于白居易“江南忆,最忆是杭州”的中国浙江省杭州市,西湖环湖线总长18.05千米,南北长3.3千米、东西宽2.8千米,湖面面积为6.38平方千米,平均水深 2.27 米,最深约5米,汇水面积为21.22平方千米。欣赏西湖,当以21.22平方千米的汇水面积为范围,甚至是从西湖放眼四顾目所能及的范围,而不应以6.38平方千米水面为界。

不计自然形成之因素,人为的力量使西湖与海隔断、从海湾转型为淡水湖泊的,当首推东汉时会稽郡议曹(即郡吏)华信。据《钱塘记》所记,西湖本与海通,华信提议建设一条大塘(大堤)来防止海水的侵入,之后,华信主持了这条大塘的修建。华信采取了初期高价支付土石方钱、后期又宣布不再收购土石方(后期运来的土石方被人们丢弃在大塘附近,没有人把运来的土石方运走,官府白得了大量的土石方)的策略,成功汇集了修建大塘的材料,顺利完成了大塘修建。因为官府用大价钱引诱百姓采挖、运输土石方,人们为了钱而蜂拥采运土石方,官府为了少花钱不守信用,人们得不到钱而丢弃土石方,总之整个过程都与钱有关,于是这条大塘被称为“钱塘”。“钱塘”的出现,有效阻断了海水的内侵,西湖逐渐形成。华信对西湖形成所起的作用,与波义耳对化学科学的创立所起的作用相同。

西湖形成后,几度坍堤、淤塞、被私占瓜分,是唐朝白居易主修了“白堤”恢复了西湖的湖堤,是宋朝苏轼主修了“苏堤”清除了西湖的淤泥、连接了西湖南北、分隔出景致各异的外西湖和里西湖,是明朝杨孟瑛清退了蚕食侵占湖面、湖堤的富豪,修建了“杨公堤”,确立了西湖作为为大众提供休闲赏景场所、提供饮用水、提供灌溉水、提供鱼虾莲藕、提供便利交通的宝地。白居易,像不像规范化学命名的拉瓦锡?苏轼,像不像提出原子的道尔顿和提出分子的阿伏伽德罗?杨孟瑛像不像把元素排序、创作出元素周期表的门捷列夫?

学过化学的人,观光西湖时,会不由自主地将美景置于化学视角之下来欣赏,以清朝康熙帝于康熙三十八年(1699年)南巡时亲自题写御碑的“西湖有十景”为例:

1、苏堤春晓,“苏堤春晓”名称的由来,应当是某山水画家在春季绘画了以苏堤为主景的西湖山水画的题名,康熙帝题写的御碑位于苏堤压堤桥南端。苏堤东西两侧划分出了无机化学与有机化学,苏堤的六桥是门捷列夫为尚未发现的元素留有的空位,苏堤春晓如“催化剂”,提高了游人游览西湖的兴致;

2、曲院风荷,位于西湖西侧,西湖最大水源金沙涧由此流入,曲院原名麯院,是南宋时宫廷酒坊之所在地,康熙帝题写的御碑位于苏堤跨虹桥畔。“麯”字与酒有关,让人联想到化学反应,夏日的清风里,红色、粉红色、黄色、紫色、白色的荷花亭亭玉立,那是荷花花瓣细胞中的花青素随pH值的变化所孕育出的不同花色;

3、平湖秋月,位于西湖孤山东南角的滨湖地带、白堤西端南侧,康熙帝题写的御碑位于景区内。当秋高气爽,湖面平静如镜,又值皓月当空,空中月与水中月交相辉映。水中月看似与空中月大小、形状、颜色相等,但实际上已不是相同的物质,就像化学反应方程式一样,各反应物与各生成物之间虽然用等号连接,但是等号两侧的物质不同。同时,虽然化学反应方程式等号两侧的物质不同,但是等号两侧参加化学反应的相对原子质量、相对分子质量是相等的,质量是守恒的;

4、断桥残雪,位于白堤东端,康熙帝题写的御碑位于断桥东端北侧。历史上屡毁屡建的“断桥”之桥不知初建于何年,也不能板上钉钉地说其名称就是怎样怎样得来的,但如果与“残雪”匹配,那就是把关注点集中在了雪后远观桥面了。雪后初晴,西湖四周远山银装素裹、西湖湖水晶莹剔透,当桥上出现“已断的”桥面时,整个桥就成为了一个金属活性顺序表,“断点”处是氢元素,“断桥”部分是活性强的金属元素,“残雪”部分是活性弱的金属元素;

5、花港观鱼,地处苏堤南段西侧,是一个独立成景的大公园,有花、有港、有络绎不绝的观光客、有数以万计的金鳞红鱼,公园的核心部分是红鱼池,康熙帝题写的御碑位于鱼池畔,乾隆游此地后作诗“花家山下流花港,花著鱼身鱼嘬花”。金鳞红鱼之所以能够健康生长,是因为鱼鳞表面有一层保护粘液,粘液主要成分是蛋白质和粘多糖,是天然的高分子材料;

6、柳浪闻莺,位于西湖东南岸,康熙帝题写的御碑位于景区内。该处的历史脉络是:南宋的皇家园林“御景园”→元朝的荒芜之地“散景园”成为穆斯林的集中墓地→明朝仅剩下破旧的柳浪桥和华光亭→清朝康熙帝题写的“柳浪闻莺”,刻碑后被当地官员放置在园区北侧一块空地上→1937年12月24日侵华日军进入杭州,将大本营设置在此(当然不是墓地里)→1954年开始将穆斯林坟墓迁出(仅留下元末明初穆斯林诗人丁鹤年的墓地,丁鹤年还是一位养生家,“鹤年堂”就是他创办的养生堂和医馆,一生行医济世,深受百姓爱戴)→1963年12月在友谊园景区立“日中不再战”石碑,碑文由时任日本岐阜市市长的松尾吾策于1962年题写(与之对应,由时任杭州市市长王子达书写的“中日两国人民世世代代友好下去”碑文,刻碑立于日本岐阜市的友谊园内。杭州市同岐阜市于1979年结为友好城市)→历经解放后几十年的建设,这里恢复成为了柳绿莺啼、人流如织的人间天堂。

微风中轻扬的柳絮与柳枝间穿梭的黄莺,恰似化学实验中冷凝管里升腾的蒸汽与管壁上回流的液滴;

7、三潭印月,被誉为“西湖第一胜境”,西湖第一大岛叫三潭印月岛,同湖心亭、阮公墩一起统称小瀛洲,空中俯瞰为田字形,岛于湖中,岛内又有湖,从岛外有呈等边三角形分布的三个石塔,每个塔的塔身中空并设有五孔,康熙帝题写的御碑位于曲桥旁。 “三潭”中有数字“三”,能与之对应的,是被一元人民币采用的这湖中三座石塔,“三潭”起初是不是由“三塔”谐音而来,可以这么认为。“印”字本义为摁、按压,石塔那五个相同大小、相同高度的圆孔,如果夜幕下在孔中点燃蜡烛,圆形烛光映于湖中,仿佛月亮的倒影一般,即使天空没有月亮,湖中也有被石塔“按住”跑不掉的月影。该景象中三座石塔是化学中的同位素,比如氢的同位素氕(1H,原子核内只含有1个质子,没有中子,天然丰度为99.985%)、氘(2H,原子核内含有1个质子和1个中子,天然丰度约0.016%;)、,氚(3H,原子核内含有1个质子和2个中子,天然丰度低于0.001%,具有放射性,半衰期为12.46年),或者碳的同位素碳十二(¹²C,原子核内含6个质子和6个中子,天然丰度约98.89%)、碳十三(¹³C,原子核内含6个质子和7个中子,天然丰度约1.11%)及碳十四(14C,原子核内含6个质子和8个中子,具有放射性,半衰期5730年,天然丰度10-10%);

8、双峰插云,从西湖西望,天目山余脉环抱西湖的部分,矗立着南高峰(海拔257米)和北高峰(海拔314米),南宋时得名“两峰插云”,清康熙帝南巡时改题“双峰插云”并立碑,碑亭在杭州灵隐路洪春桥畔。该景象是元素周期表,第1周期是两个峰顶,分别是南高峰封顶“氢”和北高峰封顶“氦”,第2周期是两个紧靠峰顶的部分,分别是南高峰的“锂铍”和北高峰的“硼碳氮氧氟氖”,第3周期是两个峰的下部,分别是南高峰的“钠镁”和北高峰的“铝硅磷硫氯氩”,第4周期是两个峰的底座和所坐落的天门山余脉的顶部,那就是“钾钙钪钛钒铬锰铁钴镍铜锌镓锗砷硒溴氪”,天目山余脉山体,是元素周期表的第5、第6、第7周期;

9、雷峰夕照,位于西湖以南、净慈寺前的夕照山上,清朝康熙帝和乾隆帝所写御碑在夕照山御碑亭院内,距离雷峰塔遗址约93米。雷峰塔建于五代(975年),以晚霞镀塔,佛光普照而闻名。历经千年的砖瓦在夕阳下泛起红色,就像是岁月对宝塔进行缓慢风化–氧化–着色过程,夕照不过是短暂的光,而塔的颜色记忆里,却是无数个昼夜交替中静静发生的微弱化学变化;

10、南屏晚钟,位于西湖南岸的南屏山一带,康熙帝题写的御碑位于净慈寺寺院门前。每当南屏山北麓净慈寺10吨重巨钟的钟声响起,钟声响彻整个西湖,这钟声,像易溶物质,整个西湖区域则是足量的溶剂,溶解得彻底、均匀。

西湖十景的简单记忆法有两个,一是“四季(春晓、夏荷、秋月、冬雪)观闻印(观鱼、闻莺、印月),峰峰(双峰、雷峰)南屏钟(南屏晚钟)”。二是“春风湖桥鱼(春晓、风荷、平湖、断桥、观鱼),三柳云夕钟(三潭、柳浪、插云、夕照、晚钟)”。

东海雄浑壮阔,西湖婉约灵秀;东海气势磅礴,西湖精巧玲珑;东海能带走哀愁,西湖可提供宁静;

既然你对数学没有恐惧,那就放下对化学的恐惧;既然你能每天花几个小时的时间研究数学题,那就花数学五分之一的时间把化学学好;既然你能在数学的东海遨游,那就尽情享受化学的西湖带给的惬意。

研究数学和物理的人,研究得太深了会成为哲学家,研究化学的人,研究得太深了会成为发明家和企业家。数学是东海,很深,化学是西湖,很香。(文/杜金东)



责任编辑:Linda
分享到:
0
【慎重声明】凡本站未注明来源为"环球新闻网"的所有作品,均转载、编译或摘编自其它媒体,转载、编译或摘编的目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其他问题需要同本网联系的,请在30日内进行!

未经许可任何人不得复制和镜像,如有发现追究法律责任 粤ICP备2020138440号