教科書化學史料選用特點及其導學功能比較例談
——以“質量守恒定律的發(fā)現史實”為例

■張冰峰

教科書化學史料選用特點及其導學功能比較例談
——以“質量守恒定律的發(fā)現史實”為例

■張冰峰

化學史料教育元素導學功能比較研究

查閱《義務教育化學課程標準（2011年版）》，并沒有關于要進行化學史教育的課標要求，若搜索“化學史”或“科學史”關鍵詞，在三萬多字的“課程標準”正文中，只出現過三處：一處是要求運用有關探索原子結構的科學史實，使學生了解科學家嚴謹求實的科學態(tài)度；另兩處要求在創(chuàng)設教學情境中要運用化學史實等?？梢?，化學史在初中化學教學中的作用僅限于情感維度目標和課堂的情境創(chuàng)設。但是通過對現行義務教育教科書的比較發(fā)現，“化學史”也已成為化學教科書中重要的組成部分，突出表現為各種化學史料選用量明顯增加，不再是一些點綴性質的逸聞趣事，更不是嚴謹學科知識外加的一味“調味劑”，其承載著的教育教學功能也突出彰顯，充分體現了新課程培養(yǎng)學生具有科學和人文素養(yǎng)的育人理念。

1.化學史料素材選用特點比較分析

為方便著文與分析，本文以現行的義務教育階段的人教版、滬教版、魯教版三種教科書為分析對象，僅以有具體人物、事實、成果以及影響力等四個要素俱全作為標準所選擇的一類化學史料，不包括一些古代的發(fā)明和近代的科技成果（如C60的發(fā)現和發(fā)展史）等。具體選用的化學史料匯總表如下（見表1）：

三種教科書選用的化學史料中涉及古、今、中、外等各類科學家、化學家約23人，史料涉及宏觀物質性質認知，微觀粒子認識發(fā)展，元素規(guī)律發(fā)現，科技創(chuàng)造發(fā)明等。三種教科書密切結合三維目標選擇化學史料，且選擇數量非常接近，人教版9例，滬教版8例，魯教版9例，其中都選用的相同化學史料就有6例，分別是空氣成分的發(fā)現、人類對原子的認識、元素周期表的發(fā)展歷程、質量守恒定律的發(fā)現、酸堿指示劑的發(fā)現、侯氏制堿法等史料。

三種教科書雖然都選取了6例相同的化學史料，但陳述內容詳略差異較大。魯教版用49頁大篇幅介紹了元素周期表的發(fā)展歷程，且更為詳盡。從19世紀初元素種類的不斷發(fā)現開始，到1817年的德國化學家德貝萊納發(fā)現的“三元素組”的規(guī)律性，1862年法國科學家尚古多按相對原子質量遞增排列方式，1864年英國化學家紐蘭茲發(fā)現的“元素八音律”規(guī)律，1869年俄國化學家門捷列夫依據已知的63種元素相對原子質量遞增順序排列，得到的第一張元素周期表；而1913年美國科學家莫斯雷按原子的質子數對元素進行排序得到的元素周期表，更好地體現了元素性質周期性的變化規(guī)律。

表1三種教科書選用化學史料匯總表

教師在備課時，盡量廣泛閱覽，尤其可以借鑒不同版本上對同一化學史料的表述，以便修正或補充，這有利于學生知識的科學建構。

2.教科書中化學史料導學功能的例舉分析

據文獻數據分析，開展化學史教育的功能或價值主要包括7個方面：①提高學習興趣；②加深對知識的理解；③理解并掌握化學發(fā)展的歷程；④形成科學思想，掌握科學方法；⑤培養(yǎng)人文精神；⑥培養(yǎng)科學精神；⑦設置教學情境。分析不同版本教科書中選擇“化學史料”，或作為學生學習的情景材料，或作為知識理論的證明素材等，目的都是為實現對學生“知識與技能”“過程與方法”“情感態(tài)度價值觀”的三維目標的培養(yǎng)，教師需深入挖掘史料中隱含的教育教學因素，并結合具體化學知識教學設計，擇機滲透，發(fā)揮“導學”功能，以實現化學史教育的功能或價值。

下面以“質量守恒定律的發(fā)現史實”為例，談談其導學功能的運用。

2.1運用史料情景，設問激趣導學

激發(fā)學生學習興趣，需要創(chuàng)設有效的學習情景。有些化學知識的學習需要了解其產生的“前身”，而許多化學事實就是其前身來源的最好情景。如人教版在課題“質量守恒定律”第二小節(jié)中，有一段文字描述：“1774年拉瓦錫的精確定量氧化汞加熱分解實驗，發(fā)現反應前后各物質的質量總和沒有改變”，緊接教科書用“這難道是巧合嗎？”作為設問，教師則順勢“導學”，引入新課，啟發(fā)學生對化學變化中質量的關系的猜想與思考，激發(fā)學生動手探究的欲望，達到“悱憤”狀態(tài)。

2.2適時給予史料，啟迪思維導學

滬教版在課題“化學反應中的質量關系”中，運用“活動與探索”方式引導學生進行探究學習質量守恒定律，在“收集證據”環(huán)節(jié)，以“查閱資料”的方式給予了如下三段資料：

1673年英國化學家波義耳的“在敞口容器中加熱金屬，發(fā)現反應后容器中的物質質量增加了”的實驗；

1777年拉瓦錫在密閉容器中研究氧化汞的分解與生成中各物質質量之間的關系時的“質量相等”實驗，以及其得出的“質量守恒定律”結論；

后來，人們用先進的測量儀器，大量的實驗進一步確認了拉瓦錫結論的正確性。

教科書要求學生認真閱讀上述史實并思考回答兩個問題：“你有什么想法？”“你能得出什么結論？”

分析可知，滬教版這種編排的意圖是把“化學史料”作為學生探究性學習過程的一個材料，通過閱讀引發(fā)深入思考，培養(yǎng)學生多種能力。通過探索可知，其中所隱含的信息主要有兩點：其一，化學反應中的質量是守恒的，也已被實驗證實，學生要相信并接受“質量守恒定律”；其二，實驗中的“質量是否守恒”現象與容器的“敞口”“密閉”有很大關系；這些“想法或結論”信息對學生進行進一步的探究實驗設計的思路具有很好的啟迪作用。

2.3剖析史料信息，適時滲透導學

化學史料中所呈現的一些科學真理的發(fā)現過程隱含著許多信息，認真挖掘，能很好地指導我們學習再創(chuàng)新。魯教版教科書關于“質量守恒定律的發(fā)現簡史”的介紹就是很好的例證。

魯教版教科書詳細介紹了1673年的波義耳的敞口容器中的“質量增加”實驗和1777年拉瓦錫密閉容器中的“質量守恒”實驗，還插入介紹了1756年俄國化學家羅蒙諾夫的密閉容器的“質量守恒”實驗，其中特別介紹了俄國化學家羅蒙諾夫只是用金屬錫做實驗，雖然他反復實驗，得到相同的“質量守恒”結果，但卻未引起科學界的注意。而介紹拉瓦錫時卻特別強調他運用了更精確的稱量儀器，用多種金屬與非金屬進行實驗，并總結出當時的“物質不滅定律”。

上述史實中蘊含著很多的信息：

（1）實驗是否“質量守恒”與實驗體系的密封性關系密切。

（2）俄國羅蒙諾夫只用一種物質做實驗，雖然反復“質量守恒”，但仍然具有偶然性，只能成為一個事實結果，而不能上升成為一個結論或一個定律，所以這一發(fā)現當時并沒有引起科學界的注意。

（3）拉瓦錫運用更精確的稱量儀器實驗，讓實驗分析從定性到定量，更具說服力；用多種金屬與非金屬反應做實驗，結論更具廣泛性；能對實驗現象及時進行總結提升成為一個“定律”并積極著書推介，對化學的發(fā)展做出了杰出的貢獻，所以拉瓦錫成為“質量守恒定律”發(fā)現的“標志”人物。

（4）從時間上分析：1673年、1756年、1777年三個時間的實驗，時間跨越百年甚至更長，充滿著過程的艱辛與享受、假說的否定與肯定、理論的質疑和贊賞，表明化學理論定律的發(fā)現過程是曲折的，但還是在不斷前行完善中。

從上述分析可以發(fā)現，這段化學史料中涵蓋的“知識與技能”“過程與方法”“情感態(tài)度與價值觀”三個維度多層次的教育因素信息，教師應該在“導學”中擇機滲透，充分發(fā)揮信息的教育功效。

2.4搭建史實支架，引導探究導學

魯教版關于“質量守恒定律”的學習是采用了“科學探究”活動方式。教材沒有提供“現成”的驗證性實驗方案，而是讓學生從提供的20多種實驗儀器、試劑和“鹽酸與大理石反應、氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液、白磷與空氣中的氧氣燃燒”三個實驗原理中，自由選擇原理、選擇儀器和藥品，并獨立設計探究實驗方案，進行探究性實驗學習，并分析得出“質量守恒定律”的結論。教科書在此節(jié)的最后以“多識一點”欄目形式較詳細地介紹了“質量守恒定律的發(fā)現簡史”，作為拓展學習資料，完成學生的知識體系建構。

但在實際教學中發(fā)現，運用原教材的編排設計思路進行教學設計和導學，過程很不流暢，分析原因，發(fā)現是因為此項活動的探究開放度極大。學生在具體設計時要跨越三關：

第一關：如何從三個反應中選擇一個作為探究實驗設計的原理？其中的難點是學生如何厘清三種反應原理的本質差異是什么？每個反應與探究質量定律的實驗設計異同點是什么？

第二關：選定反應原理后，如何選擇藥品與儀器？此時學生的困難是要對教科書提供的20多種藥品與儀器的作用進行分析，如試管夾，塑料袋或氣球，放大鏡，細線等有何作用？只有弄清這些儀器的作用，才能科學合理的選擇實驗儀器，并組裝實驗裝置。

第三關：需要收集怎樣的實驗現象或實驗證據？科學的結論需要科學的現象與證據，因此特別需要學生在進行實驗前對實驗有效證據的預測，即需觀察到怎樣的實驗現象或收集哪些實驗證據等。在此基礎上還需考慮怎樣讓反應在安全的前提下發(fā)生，尤其是定量實驗中需要注意的操作步驟與細節(jié)等。

可見教科書的實驗設計對學生的實驗設計能力要求極高，學生在設計實驗時的表現為無思路或混亂，不知道實驗設計要達到的目的，實驗設計成敗的判斷依據是什么，實驗設計中影響因素是什么？也就是說，實驗設計缺少方向性，思路無序而無法作為。因此，可以利用書中提供的化學史料，挖掘其中可以發(fā)揮的“導學”功能因素，進行實驗設計導學，過程如下：

（1）創(chuàng)設問題情境：運用多媒體創(chuàng)設情境并提問：“在化學反應中，反應前后物質的質量守恒嗎？”

（2）探究實驗初步設計：請學生根據教科書提供的實驗試劑、儀器、反應原理，獨立設計探究實驗方案。此環(huán)節(jié)讓學生獨立分析實驗原理、實驗器材及其與實驗探究設計的目的關系，教師沒有具體指導性提示，讓學生自由思考，不禁錮學生實驗設計的思維，也許學生會有很多種方案，或成熟、或欠佳、或迷茫。

（3）請學生閱讀“質量守恒定律發(fā)現簡史”，并回答下列思考題：

為什么波義耳的實驗“質量增加了”，而俄國羅蒙諾夫和拉瓦錫的實驗卻“質量守恒”了？

為什么羅蒙諾夫和拉瓦錫的實驗都“質量守恒”，羅蒙諾夫沒有得出“質量守恒定律”，而拉瓦錫卻總結出“質量守恒定律”？

圍繞“質量守恒”設計實驗，選擇儀器組成的實驗體系一定要密封嗎？你能總結出一些設計的思路嗎？

還有哪些啟示？

（4）繼續(xù)完善設計方案，在小組內交流的基礎上選擇一種實驗方案繼續(xù)完善，組內合作進行實驗探究，完成實驗報告。

（5）全班展示交流：選擇與其他小組不同原理的實驗方案進行展示，分析實驗成敗的原因，總結分析得出質量守恒定律。

（6）微觀守恒分析：引導學生從微觀表征層面分析質量守恒的原因。

（7）檢測、反饋。

從以上導學環(huán)節(jié)可以看出，在學生實驗探究設計最需要幫助時，不是教師的“說”道，而是讓化學史料中的信息來發(fā)揮導學作用，并通過閱讀化學史料材料，培養(yǎng)學生的閱讀能力，有效信息攝取能力和思維遷移能力。

3.結束語

化學史實是優(yōu)質的教學資源，宋心琦教授認為科學史料的教育作用“更應當著眼于科學素質的培育和提高”，“但是在現實教學中，由于受到課程學時的限制和應試為主的影響，化學史料的選取存在著隨意性較大和教育價值取向狹窄等不盡人意之處”。對化學史料的整理、研究與教學被普遍忽視，化學史料好似教學中的“雞肋”被邊緣化或省略化，所以許多專家學者極力呼吁要加強化學史的教育，而這一切的轉變與落實關鍵在于教師。

首先要提高教師化學史教育的意識與素養(yǎng)；應該重視化學史料的學習，并作為對學生進行科學精神的核心理念熏陶和科學方法學習的載體；其次需要科學把握和落實新課程標準精神，進一步探討、研究化學史料的教育功能，務必扭轉“重增智輕育人”教育觀念。在課堂教學中，或相互借鑒專業(yè)化學史實書籍和不同教科書中的化學史實；或穿插講授，開設化學史專題講座；或組織化學史研究性課題活動、舉行化學史案例分析討論會；或利用化學史編制習題等多種方式，挖掘化學史料中蘊含的教育元素并潛移默化地融入教學，加深對化學學科科學本質的理解，促進學生形成科學思想和方法，培養(yǎng)學生更高尚的人文精神和科學精神。

（作者為江蘇省如皋市外國語學校教師）

通過對義務教育階段課程標準以及不同版本教科書中化學史選用和作用的比較分析，歸納了教科書選用化學史實的一些編寫特點。結合教學實際，建議在教學時要善于挖掘化學史料中隱含的教育元素，有機融合化學史教育，充分發(fā)揮化學史的教學導學作用，以期達到“勵志育人，增智添慧”的目的。