融合化學(xué)史教學(xué)三問

摘要： 結(jié)合幾則公開發(fā)表的教學(xué)設(shè)計，就融合化學(xué)史的教學(xué)是照顧歷史事件還是知識體系，是遵循歷史時序還是認知順序，是進行事件重復(fù)還是改造重演等問題進行了討論，以便探尋融合化學(xué)史教學(xué)的更優(yōu)途徑。

關(guān)鍵詞： 融合化學(xué)史； 化學(xué)教學(xué)； 教學(xué)設(shè)計

文章編號： 1005-6629（2018）7-0036-04 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

近年來化學(xué)教師對“科學(xué)給人以知識，科學(xué)史則給人以智慧”的認同度不斷提高，融合化學(xué)史教學(xué)的話題受到了廣泛關(guān)注?！吨袑W(xué)化學(xué)教與學(xué)（復(fù)印報刊資料）》2018年第1期設(shè)置“融合化學(xué)史教學(xué)”專題，收錄了2017年發(fā)表在化學(xué)教學(xué)類雜志上的有關(guān)“氯氣”[1]“二氧化碳”[2]“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”[3]“元素周期表的誕生和發(fā)展”[4]等4則課例（下文引用時直接指明課例名稱，不再標注出處）。這些課例對如何在教學(xué)設(shè)計中融合化學(xué)史、破解教學(xué)難點、發(fā)展學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀，具有一定的指導(dǎo)意義和參考價值。然而，科學(xué)發(fā)現(xiàn)“既是必然的，又是偶然的”，“是偶然性和必然性的辯證統(tǒng)一”，特別是人類的早期發(fā)現(xiàn)經(jīng)常是“通過偶然性揭示必然性”，這樣就使得不同科學(xué)家的先后發(fā)現(xiàn)之間不一定存在遞進與推演關(guān)系[5]。于是相關(guān)課例引發(fā)了筆者對化學(xué)教學(xué)如何更好地融合化學(xué)史的追問與思考。

1 是照顧歷史事件還是知識體系

人教版高中教科書中的“氯氣”，由1774年瑞典化學(xué)家舍勒（Scheele， 1742～1786）在用濃鹽酸處理軟錳礦時發(fā)現(xiàn)一種黃綠色的氣體，到1810年英國化學(xué)家戴維（H. Davy， 1778～1829）確認是氯氣的“科學(xué)史話”引入，并在“思考與交流”欄目設(shè)置有關(guān)“從發(fā)現(xiàn)到確認長達30多年的史實的啟示”和“舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣的化學(xué)方程式”兩個問題；然后介紹氯氣的氣味、狀態(tài)等物理性質(zhì)，氯氣與金屬、非金屬反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)；在“氫氣在氯氣中燃燒”實驗之后的“思考與交流”欄目中，給出有關(guān)“對燃燒條件與本質(zhì)有什么新認識”的問題；在“自來水廠用氯氣消毒”的事實之后，介紹氯氣在水中的溶解性，氯氣與水的反應(yīng)，次氯酸的強氧化性、漂白性、弱酸性和不穩(wěn)定性，以及氯氣消毒自來水的缺點和替代品，并安排潮濕和干燥氯氣漂白性的對比實驗；再由氯氣在水中溶解度小，次氯酸不穩(wěn)定、難以保存等事實引出漂白液和漂白粉的話題，并介紹氯氣與堿的反應(yīng)；最后介紹氯氣的用途以及安全使用的有關(guān)問題[6]。

“氯氣”的教學(xué)設(shè)計是針對人教版教科書進行的，并在教科書介紹的舍勒發(fā)現(xiàn)黃綠色氣體到戴維將其確認為氯氣的30多年之內(nèi)，挖掘和增加了其他有關(guān)氯氣性質(zhì)的史料，包括1874年貝托萊證實氯水有漂白作用；1789年臺奈特將氯氣通入石灰乳制得漂白粉；1809年蓋·呂薩克和泰納用氯氣制得鹽酸。教學(xué)設(shè)計以這些史料的發(fā)展軌跡為線索，先后組織了氯氣的實驗室制法和物理性質(zhì)，氯氣與水的反應(yīng)和氯水的性質(zhì)，氯氣與Ca（OH）2等堿的反應(yīng)，氯氣與氫氣的反應(yīng)等知識的探究和學(xué)習(xí)。作者反思時認為，“乍看縱橫交錯，像一盤散沙似的教學(xué)流程，其實是有一條隱性的線索貫穿始終”，也就是“以氯氣的發(fā)展歷程為線索”，采用“歷史線、探究線和知識線的三線結(jié)合”。其實科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程“相對無序”的歷史事實，決定了完全按科學(xué)史實的時序進行教學(xué)程序的設(shè)計，最終“一盤散沙”的可能性是難以避免的，甚至還可能出現(xiàn)知識點的缺漏等現(xiàn)象，像“氯氣”的教學(xué)設(shè)計就沒有涉及氯氣與金屬的反應(yīng)，也沒有將學(xué)生對氯氣與氫氣反應(yīng)的認識提升到氯氣具有氧化性的層面，當(dāng)然最后更沒有安排知識系統(tǒng)化整合的環(huán)節(jié)。

雖然課程改革倡導(dǎo)從傳統(tǒng)的重學(xué)科知識體系完備性、重知識結(jié)構(gòu)輕能力培養(yǎng)的教育模式，向提升學(xué)生能力水平、促進其全面發(fā)展的新模式的轉(zhuǎn)變，但也不是不要學(xué)科知識體系或知識結(jié)構(gòu)，而且掌握相應(yīng)的學(xué)科知識是學(xué)生全面發(fā)展的基礎(chǔ)。所以，對于課堂教學(xué)要不要在課程標準的框架下追求知識系統(tǒng)性的問題，答案是顯然的。事實也表明，結(jié)構(gòu)化程度高的知識才容易被提取和運用，從而實現(xiàn)問題解決并獲得新的知識。不管是否融合化學(xué)史，教學(xué)都應(yīng)該幫助學(xué)生實現(xiàn)知識的整合和系統(tǒng)化，對于融合化學(xué)史而可能導(dǎo)致“一盤散沙”的現(xiàn)象，更應(yīng)該采取一定的補救措施。目前幫助學(xué)生知識結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化的常用方法是指導(dǎo)或帶領(lǐng)學(xué)生用思維導(dǎo)圖整合知識，如果融合化學(xué)史的“氯氣”教學(xué)設(shè)計，最后用相應(yīng)的思維導(dǎo)圖建構(gòu)知識體系，就可以使學(xué)生從整體上把握知識，彌補因為照顧歷史事實而可能導(dǎo)致的知識松散甚至缺漏現(xiàn)象，達到歷史事件和知識體系兩相兼顧的良好效果。

2 是遵循歷史時序還是認知順序

人教版義務(wù)教育教科書中的“二氧化碳”，包括顏色、狀態(tài)、氣味、密度、溶解性等物理性質(zhì)，能與水、Ca（OH）2等反應(yīng)以及不支持燃燒的化學(xué)性質(zhì)，用澄清石灰水的檢驗方法，相關(guān)用途以及對生活和環(huán)境的影響[7]。融合化學(xué)史和生活的“二氧化碳”教學(xué)設(shè)計，與“氯氣”教學(xué)設(shè)計的思路基本相同，只是在“歷史線、活動線、知識線”三線結(jié)合的基礎(chǔ)上增加了“生活線”，具體是以化學(xué)家對二氧化碳的認識發(fā)展（歷史線）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，讓學(xué)生通過實驗探究（活動線）挖掘出化學(xué)史蘊含的知識（知識線），再用學(xué)到的知識解決生活中的問題（生活線）。其中的歷史線完全是事件發(fā)生的先后順序： 17世紀初海爾蒙特首次發(fā)現(xiàn)二氧化碳（密度比空氣大）；1755年布萊克分離出二氧化碳（用澄清石灰水檢驗）；1766年卡文迪許研究二氧化碳溶解性（二氧化碳能溶于水），1774年貝克曼研究二氧化碳與水的反應(yīng)（二氧化碳能與水反應(yīng)）。由于二氧化碳的知識比較簡單，教科書中的內(nèi)容與相關(guān)歷史事件基本匹配，所以，相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計也比“氯氣”的教學(xué)設(shè)計顯得清晰和結(jié)構(gòu)化。當(dāng)然，如果最后能用思維導(dǎo)圖建構(gòu)知識體系，那就更為完美了。

“二氧化碳”和“氯氣”的教學(xué)設(shè)計都以歷史線索貫穿始終，那么，融合化學(xué)史的教學(xué)設(shè)計是不是都可以或都必須遵循歷史的時序呢？研讀“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”的教學(xué)設(shè)計可以發(fā)現(xiàn)，問題的答案是否定的。人教版高中教科書中編排的“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”，首先是聯(lián)系有關(guān)導(dǎo)電現(xiàn)象給出電解質(zhì)的定義，“在水溶液或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔锝凶鲭娊赓|(zhì)”；接著解釋酸、堿、鹽在水溶液中導(dǎo)電的原因，是“因為它們在溶液中發(fā)生了電離，產(chǎn)生了能夠自由移動的離子”，并以NaCl為例說明形成水合離子的過程，還配了NaCl在水中的溶解和電離示意圖；然后結(jié)合HCl、H2SO4和HNO3的電離方程式，從電離的角度概括出酸的本質(zhì)；最后是“思考與交流”欄目，要求學(xué)生“從電離的角度概括出堿和鹽的本質(zhì)”[8]。但教科書的設(shè)計沒有涉及“電解質(zhì)在水溶液中電離的自發(fā)性”和“電離時能量的來源”等問題，這可能使學(xué)生產(chǎn)生“電解質(zhì)在通電條件下才會電離”的錯誤認識。為了突破相應(yīng)的難點，“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”的教學(xué)設(shè)計充分利用化學(xué)史，在相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)中，將電離理論發(fā)展史的片段和創(chuàng)建電離學(xué)說時所構(gòu)建的相關(guān)示意圖提供給學(xué)生，讓他們提出電解質(zhì)溶液中離子來源的主張，或思考電解質(zhì)電離時能量的來源，并通過相應(yīng)的實驗進行驗證。其中所提供的電離理論發(fā)展史或電離學(xué)說示意圖，都沒有嚴格遵循歷史時序，而是經(jīng)過了必要的重構(gòu)和加工。

再看電解原理的教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)人教版高中教科書中的電解原理之前，曾兩次接觸過電解水的實驗。一是在初中化學(xué)“水的組成”部分，用以說明“水不是一種元素，是由氫、氧兩種元素組成的”[9]；二是在高中化學(xué)“氣體摩爾體積”部分，用以說明產(chǎn)物中H2和O2的物質(zhì)的量之比等于氣體體積之比[10]。從化學(xué)發(fā)展史來看，電解是從水開始的，戴維發(fā)現(xiàn)元素的一系列實驗則是從電解水到電解水溶液再到電解熔融物[11]。為此，有“電解原理”教學(xué)設(shè)計也從電解水開始，一方面因為“電解水”是學(xué)生的已有知識，符合“從學(xué)生已有知識經(jīng)驗出發(fā)”的教學(xué)原則；另一方面，電解的歷史是從“電解水”開始的，又“遵循歷史時序”。電解水看起來是學(xué)生的已有知識，其實學(xué)生只知道電解水的產(chǎn)物而不知道其中離子的放電原理，水中存在的H+和OH-與電解產(chǎn)物H2和O2之間，不像教科書設(shè)計的CuCl2溶液中Cu2+和Cl-與電解產(chǎn)物Cu和Cl2之間那樣的對應(yīng)，再有水是弱電解質(zhì)，初中化學(xué)介紹電解水時注解要加Na2SO4或NaOH增強導(dǎo)電性。所以電解原理教學(xué)從水開始，其難度和復(fù)雜性遠大于教科書設(shè)計的氯化銅溶液。因為分析CuCl2溶液的電解，開始是不涉及水的，考慮水時便自然引出離子的放電順序。也就是說，從電解水開始電解原理的教學(xué)，不像教科書經(jīng)典設(shè)計的那樣符合學(xué)生的認知規(guī)律[12]。所以，在歷史時序與認知順序之間，認知順序顯得更為重要。

3 是進行事件重復(fù)還是改造重演

“元素周期表的誕生和發(fā)展”的教學(xué)設(shè)計是對教科書中元素周期表知識的拓展，以促進學(xué)生對相關(guān)科學(xué)本質(zhì)的理解。全課安排了三個學(xué)生活動： （1）對與“元素周期表的誕生和發(fā)展”相關(guān)的6項重要歷史事件（如表1所示）按照時間先后進行排序；（2）根據(jù)X（鎵）、Y（鍺）、Z（碘）三種元素的相對原子質(zhì)量、原子體積、比重以及部分化學(xué)性質(zhì)，確定它們在門捷列夫第一張元素周期表中的位置；（3）結(jié)合門捷列夫第一張元素周期表中碘與碲倒置的矛盾，進一步理解元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系（見表1）。

對于設(shè)計中的三個學(xué)生活動，作者自認為是“具有思維容量”的。其實，只是對歷史事件排序問題的難度稍大一點，一是因為隱去了具體時間，二是雖然設(shè)計的答案是⑤④②⑥①③，但僅從事件的邏輯關(guān)系來看該答案不是唯一的。由于早期不同科學(xué)家的先后發(fā)現(xiàn)之間不一定有邏輯關(guān)系，而且成果的公開時間和發(fā)表范圍還存在一定的差異，這就決定了讓學(xué)生對隱去時間的歷史事件進行排序是沒有太大意義的，苯結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是最好的例證。一般認為苯的結(jié)構(gòu)是凱庫勒于1865年的夢中發(fā)現(xiàn)的，然而有資料證明洛希米特早在1861年就發(fā)表了苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這比凱庫勒早4年。但是洛希米特的成果“因為它是私下印行的，而且當(dāng)時也沒有讓真正理解它的化學(xué)家讀到”，從而耽誤了被廣泛認同的時機[13]。另外，學(xué)生有了教科書中元素周期律和元素周期表的知識以后，再讓他們根據(jù)性質(zhì)確定某些元素在原始殘缺周期表中的位置，是沒有什么思維容量可言的。

早在煉丹術(shù)和煉金術(shù)時期，人們就已經(jīng)注意到化學(xué)反應(yīng)中存在量的關(guān)系，隨著天平的使用與改進，海爾蒙特進行了著名的“柳樹實驗”，波義耳發(fā)現(xiàn)了金屬煅燒所得灰燼總是重于原來金屬的現(xiàn)象。到1756年前后，羅蒙諾索夫才比較清楚地表達了化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒的思想。拉瓦錫在1789年出版的《化學(xué)綱要》中用清晰的語言表達了質(zhì)量守恒定律。1905年愛因斯坦提出相對論，人們又認識到質(zhì)量守恒定律所存在的局限。初中化學(xué)教學(xué)給“質(zhì)量守恒定律”只安排了一個課時，要在“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)中融合化學(xué)史，顯然是不可能完全重復(fù)從海爾蒙特開始的全部實驗，那只能是根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)生實際對科學(xué)家的探索歷程進行加工改造和精心設(shè)計。先可以引導(dǎo)學(xué)生利用已有知識形成假說，然后用封閉體系中的實驗驗證假說，再用開放體系中的實驗深化認識并形成結(jié)論。最后，可以給學(xué)生介紹從質(zhì)量守恒定律到質(zhì)能守恒定律的發(fā)展簡史，引導(dǎo)學(xué)生認識自己的發(fā)現(xiàn)路徑與科學(xué)家的不同以及科學(xué)知識需要不斷地修正和完善，從而使學(xué)生對科學(xué)探究的主觀性和科學(xué)知識的暫時性等科學(xué)本質(zhì)有一個顯性的認識[14]。

生物的個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)展都遵循重演律。在教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生盡快學(xué)會和掌握間接知識，可以采取與重演律對應(yīng)的“重演教學(xué)法”[15]。在科學(xué)文化知識按照“指數(shù)規(guī)律”膨脹和發(fā)展的情況下，“重演教學(xué)法”可以在相對短促而狹小的教學(xué)時空中，引導(dǎo)學(xué)生“摘要”式地重復(fù)前人的主要研究方法、實驗手段和思維過程，以獲得良好的教學(xué)效果?？茖W(xué)知識體系的每一個概念或規(guī)律，都需要科學(xué)家經(jīng)歷漫長的發(fā)現(xiàn)之旅，甚至需要幾代人的共同努力，特別是科學(xué)知識的再生產(chǎn)過程與生產(chǎn)過程之間在目的、情境等方面存在著明顯的差異，所以，科學(xué)知識的再生產(chǎn)過程對生產(chǎn)過程的重演，不可能也不需要完全重復(fù)科學(xué)家的探索歷程。經(jīng)過加工改造了的“摘要”式重演，雖然沒有原始的科學(xué)知識生產(chǎn)過程那樣的艱辛與獵奇，但能夠讓學(xué)生親歷適合自己的研究，并生產(chǎn)出屬于自己的科學(xué)知識，同時對有關(guān)的科學(xué)本質(zhì)形成正確的理解?；诳茖W(xué)本質(zhì)教育的“元素周期表的誕生和發(fā)展”教學(xué)設(shè)計，只要像“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)那樣，給學(xué)生提供有關(guān)史料事實，就能讓他們從中體會到科學(xué)是一個開放的系統(tǒng)，科學(xué)知識具有相對的穩(wěn)定性、不斷發(fā)展和進步的科學(xué)本質(zhì)。

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