化学认识的程序操作，从狭义上说，即是指化学实验操作。这是化学认 识的根本途径。因为化学考察的对象虽然是化学物质自身的特性及其转化规 律，然而自然物纷然杂陈，千变万化，形成了无数具有宏观表现的分子原子 聚集态。这种研究对象的高度复杂化使得化学研究的困难程度大大增加，很 难获得比较理想的可观察状态，而往往要在对化学物质的组成和结构不甚了 解的情况下研究其反应特性，等等。这样，仅凭单纯的自然观察再加上抽象 的思想实验是难以把握如此高度复杂的对象系统的。因此，人类要获得关于 化学对象的大量真实情况并以此为基础构造化学对象的真实图景，就不能不 依赖于精密的化学实验操作。
一、实验操作的产生 化学实验操作是在时代特定的知识背景下以定性、定量相结合的方法，采用大量物理、化学的实验技术，分析、检验、合成各种化学物质，并通过 对它们的组成、结构、性质的深入研究达到对于化学研究对象的相对完整而 深刻的认识。化学是一门以实验为基础的科学，只有通过化学实验才能获得 有关的经验事实，才能在此基础上对大量的经验知识加以总结，并使之系统 化，构成一门既有坚实的经验基础，又有相应理论概括的成熟的科学。
亚里士多德曾经指出：“科学始于惊异，”①“通常的研究路线是从对我们来说较为容易和明白的东西进到就自然来说较为明白和易知的东西”②，“所 谓对我们来说明白易知的，起初是一些未经分析的整体物。”③人类最初对于 化学对象的看法正是出于一种整体的构想。亚里士多德把化学现象归结为 冷、热、干、湿四种基质的运动，这固然从整体上描绘了化学物质的运动和 作用，然而毕竟只能是基于自然观察的并非正确的猜测，还不可能有可靠的 实验支持。古希腊科学家对于实验操作的轻视使当时的理论化学和实用化学 之间失去了密切联系。在化学认识的过程中，建立化学的实验传统在很大程 度上也许要归功于炼金术士。他们为了要实现“点石成金”的梦想，坚持不 懈地进行了大量的化学实践并做了详细的观察记录，发现了许多化学物质的 特性，给后人留下了虽然错误百出然而毕竟是实践的丰富材料，特别是留下 了化学家在实验室里探索化学世界的奥秘的传统。严格意义上的近代化学实 验操作则是在化学确立为科学之后才出现的，尤其是天平（当时的精密测量 仪器）的广泛使用，以及一系列实验方法和实验室规则的建立，使化学迅速 跨入定量科学的行列。波义耳、凯文迪什、普利斯特列、拉瓦锡等人对此做 出了重大的贡献。
二、实验操作的意义 化学实验操作的确立对于化学科学的发展起了重大的作用。首先，化学实验提供了一个描绘化学研究对象的客观尺度，从而在根本上排除了对于化 学物质对象的纯粹思辨的研究方式；在另一方面也就现实地规定了化学研究 对象，使化学得以建立在科学事实的基础之上；其次，化学实验不仅提供了 大量准确的实证材料而且也为理论化学的研究提供了可靠的起点。化学理论① 亚里士多德：《形而上学》，商务印书馆，1959 年版，第 5 页。
② 亚里士多德：《物理学》，商务印书馆，1982 年版，第 15 页。
③ 同②。
的任务就是在于以科学的态度用有关化学对象本身的知识解释化学实验的结 果，并根据化学实验的结论评价和修正自己；第三，化学实验方法的确立造 就了近代化学的研究主体，随着化学实验室的建立和实验方法的普遍应用， 化学家的职能开始专门化，从而形成了一个专业化学家的集团；第四，化学 实验使化学得以实现从炼金术、医药化学等应用化学转化为以化学运动自身 为研究目的的独立的科学，化学实验室中产生出来的源源不断的成果促进了 理论化学研究的发展，同时也推动着化工生产实践的发展。
实验，一方面同纯粹思辨相对立，另一方面又同自然观察相区别。后者 主要是指不扰动客观对象而进行的纯粹观察，也同样是近代科学中的一种基 本方法。由于化学研究对象的复杂性，自然观察只能获得化学物质的外观以 及自然状态下发生的化学变化知识，不能提供多方面的较为深入的材料，其 局限是很明显的。而实验的方法则可以通过人为的控制手段排除那些自然状 态下化学现象对于化学本质的掩盖，或排除那些由于混杂大量偶然因素而造 成的对于化学事实的掩蔽和干扰，从而能够使研究对象的本质更直接地暴露 出来。实验方法还可以反复模拟那些自然界中不常出现的情况，例如超高压 或超低温等情况，使人们有可能在便于观察的条件下进行操作，并通过多次 的重复来尽量排除主观因素的干扰。我们看到，正是依靠化学的实验方法， 化学家才可能获得那些便于分类、采集、分析的翔实的实证材料。化学就是 对于这些实证材料的合理解释，并运用这种解释为化工生产实践服务。
三、实验操作的要素
化学实验的类型各个不同，然而归结起来却都包含三个要素：操作者、 实验对象和实验手段。实验操作者是进行化学实验研究的主体，承担着组织、 设计和实施整个化学实验的任务。实验对象是化学实验过程中所考察的化学 客体，可以是自然物，也可以是人工制成品。化学实验通过对无限多物质形 态的某一部分或某一方面的考察而获取基本的化学认识材料。实验手段是指 使实验得以实现所需要的物质条件（化学实验室、仪器设备等）。化学实验 手段表现出双重功能：一方面，由于实验者的设计思想、主观意图不能直接 作用于研究对象，而只有通过实验手段才能物化为现实过程；另一方面，由 于实验操作的复杂性，实验的结果也不是以直观的形式呈现于操作者的，而 必须经过观测仪器这一中介。例如，对于所得化学产品的结构分析就必须借 助于结构测定仪器才能得到确定的结果。一个完整的实验过程包含许多环 节，实验者发挥其作用的一个重要方面就在于如何把它们合理地联结起来， 沿着最佳途径来实现既定目标。操作者是整个化学实验操作的中心。他的心 理素质、精神状态、智能水平、知识背景等都极大地影响着化学实验操作的 成效。一个优秀的化学实验家应当善于发现化学现象之间的本质联系，设计 出合理的实验程序，为科学发现创造良好的条件。此外，还要对化学实验过 程中的异常现象（机遇）具有高度的敏感性，并善于从中发掘出重大的突破 点。同一实验由不同的操作者进行操作，其成果往往有高低之分。这里就体 现出了化学实验主体对实验过程的巨大影响。
四、实验操作的程序 化学实验过程是人们在一定的实验思想指导下，借助于仪器设备，通过对各种物理量的测定（反应过程的监控和反应结果的测试）来揭示化学物质 的某一或某些方面特性的过程。化学实验的程序由三个步骤构成：（1）准备 实验，（2）实施阶段，（3）处理结果。
准备阶段的任务首先是明确实验目的。科学研究始于问题，化学实验一 般是针对某一特定问题而设计的。同时，还要选择（也许是不自觉地）一定 的背景理论作为设计指导。接下来是依据既定的目的和背景理论进行实验设 计，包括实验内容的安排，条件的选择，仪器精度要求，材料的配备等，同 时还要规定实验结果的处理方式（包括表述形式）。对于实验计划的制订应 是在实验前首先在思想中完成整个实验操作的图景，以保证实际操作的切实 可行，实现预期目的。化学实验的设计，则要求设计者具备进行缜密的逻辑 思维的能力，从多个方案中选取最佳者。此外，预见能力也是十分重要的。 不充分的准备很可能导致不成功的实验。实验者往往不能够从这样的实验中 获取最大量、最有价值的信息。当然，实验之前是无法完全预见实验进程的。 因而实验设计也不是绝对的，往往需要在实验进行过程中做一些修改。这种 修改是有限度的。否则就改变了这一实验的性质。而实验设计在实施中的一 贯性（即使是一个不甚合理的设计）在科学上也是有其固有价值的。
实施阶段是化学实验操作者操作特定的仪器设备以作用于化学研究对象（同时也有不断的反馈）的过程。这是化学实验过程中的现实活动，是化学 实验思想的现实化。
处理结果阶段是对观察记录的分析和数字结果的整理，还要讨论整个实 验进程和成效，进行总结评估。首先，关于实验数据的可靠性，要应用误差 理论进行评析，在可能的限度内把误差减到最低程度。接着是对实验的总结 评估：实验是否给出预期的结果，实验结果对于回答实验者所提出问题的圆 满程度等。应当看到，实验主体对实验结果的认识程度影响着下一个实验的 选择和设计。我们可以把化学实验程序表示为如下的模式：实验操作者对于实验结果的分析和思考，可能导向新的问题和新的实验设 计；还可能对原来的设计产生怀疑并进行彻底的修正。这里有两种情况，一 种是依据原来理论的再设计；一种是更换指导理论的再设计。具体的过程当 然要更为复杂。化学实验过程是一个开放的动态的循环过程，从旧的问题到 新的问题，从粗糙的设计到合理的设计，一步一步地深入探究化学世界。
五、实验操作的类型及特点
化学实验从内容上可分为基础研究和应用研究（包括开发研究）。前者 解决化学基础理论研究中提出的问题；后者是直接为化工生产实践服务的。 从方法上可分为定性实验和定量实验，在很多情况下往往是定性定量相结 合。从实验材料的消耗量上看，可分为常量、微量、半微量、痕量实验等。 当前，在科学技术革命浪潮的推动下，现代化学实验研究出现了许多新的特 点。第一是理论性大为增强。同传统化学蔑视理论思维的倾向相反，现代实 验化学家无不自觉地以化学理论为指导来设计和实施化学实验。这种现象的 出现，一方面是化学研究对象的日益复杂使人们对化学理论指导的要求大大 加强了；另一方面也是现代数学和物理学成功地向化学进行渗透的结果。第 二个特点是现代化学实验的高度仪器化。由于现代物理学和计算机科学的高 度发达，提供了大量精密可靠的自动迅速的测量手段，并很快在化学实验研究中得到了广泛的应用。例如激光技术在分析化学中的应用大大提高了化学 分析的精度。今天，化学家们比以往任何时候都更加依赖于那些庞大复杂的 仪器设备。第三个特点是化学实验内容的急剧扩充。当代化学研究的领域同 物理学、生物学领域的重叠日益明显，因而在许多情况下的化学实验都同时 意味着是多学科的协作。这不仅丰富了化学研究的对象，也给化学实验研究 带来了许多新的方法和新的思路。第四个特点是基础研究和应用研究的紧密 结合，基础研究的成果向具体应用转化的周期越来越短。现代化学正朝向更 加社会化的方向努力发展。
六、实验操作的局限 化学研究依赖化学实践以取得自己的实证材料，化学学科的科学性建立在化学实验科学性的基础上。实验的兴起和应用保证了化学研究建立在客观 的基础之上。然而实验方法也同样具有局限性。实验方法与单纯的自然观察 的区别就在于后者是在对自然现象不加控制的情况下进行考察，而前者则需 要程度不同地给对象以扰动，在人为的有利条件下进行观察。科学研究是主 体从客体的活动中获取经验材料的过程，必须尊重客体的客观性。实验方法 虽然具有简化和纯化实验对象以更好发挥主体作用的优点，但毕竟是以影响 客体的自然状态为代价的。实验，对化学家来说，是排除干扰以求得明晰结 论的活动，而本身却又恰恰是意味着对实验对象的干扰。化学客体作为实验 对象的存在也就意味着要改变它的活动状态，因而被研究的对象从来就不是 以自然的（纯粹客观的）状态呈现于主体的。对象呈现于主体的方式取决于 主体对于它的作用方式。这个问题又可以从两个方面进行考虑：首先，由于 理论对观察的渗透，因而绝对客观的实验报告是不存在的。背景理论在实验 开始之前就已经发挥着作用了；其次，化学实验中仪器测量的可靠性建立在 物理理论的基础之上，量子力学的测不准原理已经对旧的测量客观性信念构 成了冲击，提出了主客体不可分的问题。主体因素对于实验的强烈影响，改 变了人们对化学实验客观性的认识，然而这并不意味着我们只能采取彻底经 验主义的立场，进而否认客观对象的存在或走向不可知论。无论怎样理解主 观性，化学实验毕竟是以客观化学物的存在为前提的。就化学实验本身来说， 本来无所谓是非，问题在于人们怎样理解和分析，从而建立正确的化学世界 图景。因此，人的主体性在化学研究中的作用不应当仅仅被看成是认识的局 限。相反，也是人的认识能动性的一个重要表现，是人类能够不断突破陈见 的束缚，不断取得进步的自然基础。
七、精神操作
广义的化学程序操作，除实验操作之外，还包括非仪器的操作，也可以 称之为精神操作。后者主要指科学研究过程中的思维活动，包括“纸笔的操 作”（数学演算和逻辑演算）和语言操作。精神操作也有它必须遵循的一整 套规则、程序和方法。它们是人类思维活动规律的总结。精神操作的范围不 是无限的，而必须最终有可能同仪器操作构成联系。一切科学理论都必须落 实在实验操作的基础之上。物理概念、化学概念，都不能只为我们的直观或 想象所把握，而是以实验室中进行的各种特定的操作及其效果来定义的。化 学语言应当是简洁、明白、无歧义的，而这只有通过与化学经验事实进行联 系和对照才有可能做到。
任何科学都不能停留在对其研究对象的单纯的经验描述阶段，化学也不 例外。化学精神操作的涵义就是创造化学概念范畴系统，并通过它们的展开建立化学理论体系，使化学家们有可能在思想中考察和掌握化学对象。近代 实验科学由伽利略开创了传统，促进了数学方法与实验观察相结合，即动手 与动脑的结合。化学精神操作（理论思维）对化学学科的形成与发展起了重 大作用。化学成为一门独立的学科，是以元素的科学定义为其肇始的。正是 借助于元素、燃素等一系列范畴，化学家才能在茫茫的化学物质的丛林之中 把握自己的研究对象。化学史上每一次重大的突破无不与化学精神操作的巨 大成就相关。门捷列夫、范特霍夫、阿累尼乌斯、凯库勒等杰出的化学家的 名字是同他们所首创和阐释的化学概念范畴紧密地联系在一起的。由于化学 是一门经验性很强的学科，因而能够提出一个有创见的理性的概念，其意义 就更加难以估量。当代化学还只能说是处于从经验科学向理论科学的过渡之 中，现有的化学理论还不足以对化学物质世界的作用规律给出一个统一、精 确和完善的解释。这也就成了未来理论化学发展的一个带有方向性的任务。 当然，精神操作也不可能代替实验操作。它依赖于后者所提供的经验材料， 依赖于后者对其结论的最终检验。精神操作和实验操作都是化学家掌握化学 研究对象的有力工具，两者统一于人类对化学物质对象的日益深刻的化学认 识过程。
