下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
理性与经验的关系问题是近代认识论最重要的议题之一。理性主义和经验主义这两大理论阵营的分歧和争论影响到人类知识领域的各个方面。生活化学实验的设计与创新也不例外，既有基于理性主义的原理推导方法，也有基于经验主义的经验实证方法，还有将理性主义与经验主义结合起来的综合方法。
理性主义和经验主义有着古老的历史起源，在古代和中世纪都能找到其倾向和表现。在漫长的发展过程中，它们既相互对立、相互斗争，又相互影响、相互渗透。在近代哲学中具有举足轻重的地位，并对德国古典哲学、马克思主义哲学和现代西方哲学产生了深远的影响。
在古代，科学技术很不发达，但也诞生了很多朴素的科学教育思想，中世纪以来的科学教育思想都能从古代找到根源。我国古代的墨子具有经验主义思想，古希腊的柏拉图（Plato）具有理性主义思想。
墨子是我国先秦诸子中比较系统地研究人的认识过程的哲学家。他认为认识的形成经历了四步：①知，材也。即人们对客观事物的认识有赖于经验材料。②虑，求也。即必须通过进一步思考才能构成求知的动机。③知，接也。即人们只有通过前后联系，才能获得知识。④智，明也。即只有通过详明的检验，才能证实认识的正确与否。根据认识的来源，他把经验知识分为三种：亲知、闻知和说知。亲知是亲身经历的直接经验，闻知是听来的间接经验，说知是推想出来的知识。他特别重视亲知，认为直接经验比间接经验更重要更可靠。
理念论是柏拉图哲学的本体论。他认为理念是唯一存在的事实，是事物存在的原因。理念是客观的，是不依赖于人的主观意识而存在的实体。他的认识论认为，知识就是对理念的认识，知识的对象不是我们的感官所接触到的具体事物，而是理念本身。只有认识到理念才是真正的知识，才是真理，感觉世界只是理念的影子。在论证理念时，涉及了概念、判断、推理的逻辑问题，并运用了归纳、演绎和反证等逻辑技巧。
在中世纪，宗教神学极端排斥科学。当时占有绝对统治地位的古典教育体系根本没有科学教育的丝毫席位。但是科学革命却相继发生。从哥白尼到开普勒实现了近代天文学革命，从波义耳到拉瓦锡实现了近代化学革命，从伽利略到牛顿实现了近代力学革命，从维萨留斯到哈维实现了近代人体生理学革命。各个科学领域都发生了翻天覆地的变化，并以越来越快的速度发展起来。科学革命突破了宗教神学的束缚，使人们看到了科学的重要价值，萌发了科学教育思想，为科学教育走进学校课堂打开了沉重的大门。这一时期具有影响的科学教育思想主要是以弗兰西斯·培根（Francis Bacon）和以约翰·洛克（John Locke）为代表的经验论以及以勒内·笛卡尔（René Descartes）为代表的理性论。
培根被称为“近代科学教育之父”。他认为，感觉是一切知识的源泉。要获得知识就要面对自然，面对事实，以经验观察为依据。在培根晚年撰写的《新大西岛》一书中，他构想了所罗门之宫，里面拥有进行科学研究所需要的各种仪器和设备，还有学术交流和学术奖励制度。为了推进科学教育，培根主张应该做好四件事：①建立图书馆；②建立生物园；③建立自然博物馆；④建立实验室。
洛克是唯物主义经验论集大成者。他把文艺复兴和科学革命中形成的有价值的思想系统化，通过自然科学的发展，冲破神学禁锢，形成了“心灵白板”说。他认为，不存在作为知识源泉和基础的天赋观念，人生之初，心灵犹如一块白板，没有任何标记，只有后得的经验才能在这块白板上写上观念的文字。人们的认识是在主观感觉与感觉对象的相互作用中产生的。
从培根到洛克，科学研究中的分析方法、归纳方法逐渐形成。从此，西方学者把分析和归纳作为科学研究的主导方法。这些方法与数学方法、实验方法结合起来，构成了近代科学的基本手段。
笛卡尔的科学研究领域极其广泛，在数学、哲学、物理学、化学、生物学、天文学、气象学等领域都有杰出贡献，特别是他创立的解析几何，成为后来牛顿、莱布尼兹建立微积分大厦的重要基础。解析几何的创立也为物理学研究提供了一个新的很有效的数学工具。
笛卡尔并不排斥经验在认识中的作用。不过他认为，单纯经验可能错误，不能作为真理标准。我们已有的观念和论断很多是极其可疑的。为了追求真理，必须对一切都尽可能地怀疑。这种怀疑不同于否定一切知识的不可知论，而是以怀疑为手段，达到去伪存真的目的。怀疑是一种理性活动，“理性”是人生来就具有的判断和辨别是非真伪的能力。理性是世间分配得最均匀的东西，人人都有一份，不多不少。“我怀疑”就是“我思想”，也就是“我思故我在”，这是笛卡尔全部哲学的第一原理。数学是理性能够清楚明白理解的，所以数学的方法可以用来作为求得真理的方法。因而在科学方法论上，与培根提倡的分析归纳法不同，笛卡尔提倡数学演绎方法。
理性主义与经验主义对于生活化学实验设计均有指导作用。基于理性主义的设计方法是从实验原理切入，采用演绎法，推导出相应的实验步骤与实验现象。这种设计方法由于从源头上找到了实验关键，因此具有较高的成功率和研究效率。化学史上，舍勒和普利斯特里虽然分别在拉瓦锡之前制取出了氧气，但由于他们受燃素学说这一理论的错误影响，没能正确揭示氧气的真相。而拉瓦锡当时正在构建燃烧学说，这一理论指引他正确地认识氧气，并给氧气命名，从而永载史册。可见，理论对于实验现象的解释是何等重要。生活化学实验设计的原理知识主要来自无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等学科，具体内容详见本章第2节。
基于经验主义的设计方法是根据已有生活经验或实验事实，提出研究假设，再通过实验法对研究假设进行验证，从而得出研究结论。研究结论正确与否还需要接受后续检验。最简单的经验主义设计方法是试误法。即根据经验，凭着感觉，通过多次尝试得到实验结果。试误法具有极大的偶然性和不确定性。比经验法更好的实验设计方法是正交试验法。这种方法能用有限次数的实验获得相对全面而科学的研究结果，具体内容详见本章第3节。