借助化學(xué)史料 培育核心素養(yǎng)

李小芬

摘要：化學(xué)史料豐富多彩，蘊(yùn)含多種教學(xué)功能，文章提出借助化學(xué)史料培育化學(xué)核心素養(yǎng)的五個(gè)方面：以史明志，情感共鳴，培育科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng);以史探理，感受創(chuàng)新，培育科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng);以史質(zhì)疑，體驗(yàn)過程，培育證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng);以史為鏡，尋求本質(zhì)，培育宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng);以史為范，重視科研，培育變化觀念與平衡思想素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)史料;化學(xué)核心素養(yǎng);教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（ 2019）09-0019-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.005

化學(xué)史是自然科學(xué)發(fā)展史和人類文明發(fā)展史的重要組成部分，蘊(yùn)含了大量科學(xué)探究過程及人文歷史背景[1]。利用化學(xué)史料，可以幫助學(xué)生了解在科學(xué)研究的漫漫長河中，今天所學(xué)的化學(xué)知識(shí)是如何形成的;感受科學(xué)家在面對困難時(shí)是如何思考和探究的。借助化學(xué)史料，可以有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

對比《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)版）》和《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》關(guān)于化學(xué)史料的內(nèi)容，筆者發(fā)現(xiàn)，2017年版的化學(xué)課標(biāo)更加注重化學(xué)史育人功能的開發(fā)，不論在數(shù)量上還是在呈現(xiàn)形式上，都充分體現(xiàn)了化學(xué)史教育的重要性。

利用化學(xué)史料為載體，重構(gòu)化學(xué)課堂，是推動(dòng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)展核心素養(yǎng)的重要途徑，值得一線化學(xué)教師深思和踐行。

一、以史明志、情感共鳴，培育科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)

在化學(xué)史的發(fā)展過程中，有很多激勵(lì)人心的真實(shí)故事，教師可以圍繞教材中的一些核心概念，搜集歷史資料，設(shè)計(jì)一系列互動(dòng)歷史故事，并用多媒體手段將材料融入化學(xué)教學(xué)中，不僅可以豐富課堂教學(xué)過程，更可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。

教學(xué)片斷：鹵代烴和DDT

化學(xué)史料：1939年，瑞士科學(xué)家米勒發(fā)現(xiàn)DDT具有優(yōu)異的廣譜殺蟲作用，他因此獲得了1948年的諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。但是，DDT這一歷史上最著名的有機(jī)氯殺蟲劑僅僅用了20年，便逐漸在全球范圍內(nèi)遭到禁用，有人甚至認(rèn)為這是一個(gè)發(fā)“錯(cuò)”了的諾貝爾獎(jiǎng)。人們發(fā)現(xiàn)，DDT相當(dāng)穩(wěn)定，能在自然界滯留較長時(shí)間，并可以通過食物鏈富集在動(dòng)物體內(nèi)，形成累積性殘留，給人體健康和生態(tài)環(huán)境造成不利影響。DDT事件留給人類的思考是深刻而長遠(yuǎn)的。

討論：你們對這個(gè)歷史事件有何看法？

教學(xué)價(jià)值：科學(xué)技術(shù)是把雙刃劍，讓學(xué)生充分感受科學(xué)發(fā)展的道路布滿荊棘，教育學(xué)生要正確分析歷史事件，既可以學(xué)習(xí)科學(xué)家的科研精神，又可以學(xué)習(xí)科學(xué)家勇于承認(rèn)錯(cuò)誤、并進(jìn)一步改進(jìn)的人文品質(zhì)。

二、以史探理、感受創(chuàng)新，培育科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng)

重演科學(xué)史中的重要實(shí)驗(yàn)或重大發(fā)展階段，學(xué)生可以體驗(yàn)科學(xué)發(fā)展的實(shí)際過程。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師可以采用先演繹再歸納的方式，利用教材和相關(guān)史實(shí)模擬歷史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)和探究過程，然后得出知識(shí)理論。

教學(xué)片斷：苯環(huán)結(jié)構(gòu)的探究

化學(xué)史料：19世紀(jì)歐洲許多國家都使用煤氣照明，煤氣通常是壓縮在桶里貯運(yùn)，人們發(fā)現(xiàn)這種桶里總有一種油狀液體，但長時(shí)間無人問津。英國科學(xué)家法拉第花了整整五年時(shí)間從這種液體中提取到了一種無色油狀液體——苯。法拉第發(fā)現(xiàn)苯后，對苯的組成進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)苯僅由碳、氫兩種元素組成，其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.3%，苯的相對分子質(zhì)量為78，確定分子式為C6H6。

討論：從分子式來看，苯分子遠(yuǎn)沒有達(dá)到飽和，那么，它的分子結(jié)構(gòu)如何呢？

學(xué)生：可能含碳碳雙鍵或碳碳三鍵。

實(shí)驗(yàn)：在試管中加一滴管苯，再加入5滴酸性高錳酸鉀溶液，充分振蕩，觀察現(xiàn)象。

結(jié)論：高錳酸鉀不褪色，說明沒有三鍵或雙鍵。

化學(xué)史料：當(dāng)時(shí)科學(xué)家凱庫勒對苯分子中6個(gè)碳原子和6個(gè)氫原子的排布，曾先后考慮過幾十種排布法，但卻都經(jīng)不起推敲，也解釋不了關(guān)于苯的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。1865年的一天晚上，在思考苯的結(jié)構(gòu)時(shí)，不知不覺進(jìn)入了夢鄉(xiāng)，朦朧中，他看到碳原子形成的長列像蛇一樣，突然間，蛇咬住了自己的尾巴，形成一個(gè)環(huán)狀……凱庫勒猛然驚醒了，受夢的啟發(fā)，凱庫勒迅速畫出了苯分子的結(jié)構(gòu)，這就是流傳至今的凱庫勒式。

教學(xué)價(jià)值：利用此歷史材料進(jìn)行苯環(huán)結(jié)構(gòu)的教學(xué)，既可以體驗(yàn)科學(xué)探究的過程和方法，又可以感受科學(xué)家對科學(xué)研究的敬業(yè)精神，同時(shí)也明白在科研之路上，沒有天才，有的只是科學(xué)家孜孜不倦的科研精神和永不言棄的毅力。

三、以史質(zhì)疑、體驗(yàn)過程，培育證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)

學(xué)習(xí)的過程，就是知識(shí)不斷擴(kuò)展和提升的過程。科學(xué)教學(xué)的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)學(xué)生錯(cuò)誤概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)化。科學(xué)在其發(fā)展的歷史過程中，也不斷糾正和更新，所以科學(xué)史是幫助學(xué)生形成科學(xué)思維的有益資源。

教學(xué)片斷：原子結(jié)構(gòu)的演變

化學(xué)史料：19世紀(jì)初道爾頓最先提出實(shí)心球模型一湯姆森于1897年開始研究陰極射線，發(fā)現(xiàn)金屬中都存在帶負(fù)電荷的粒子，即“電子”，提出新的模型，被稱為“葡萄干面包式”模型→盧瑟福于1907年利用鐳等放射性元素產(chǎn)生帶正電的α粒子，使其穿過鉛板的小孔，射向極薄的金箔，證明不是實(shí)心球體，并提出了原子內(nèi)部電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的行星模型→1913年，玻爾修正了原子模型，提出電子沿穩(wěn)定軌道運(yùn)動(dòng)→1926年，薛定諤波動(dòng)方程建立，提出現(xiàn)在原子結(jié)構(gòu)的電子云概念。

教學(xué)價(jià)值：利用原子結(jié)構(gòu)的演變過程為載體，讓學(xué)生感受到科學(xué)研究中不斷質(zhì)疑并提出新方案的研究過程，認(rèn)識(shí)到學(xué)無止境的科研路上，只要不斷鉆研，終會(huì)有新的突破;同時(shí)，讓學(xué)生堅(jiān)定敢于質(zhì)疑的科學(xué)探究精神，明確化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要價(jià)值;體驗(yàn)證據(jù)推理和模型認(rèn)知的素養(yǎng)。

四、以史為鏡、尋求本質(zhì)，培育宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng)

奧斯本提出，應(yīng)該讓學(xué)生參與歷史上科學(xué)家的問題解決過程，以此體會(huì)科學(xué)方法[3]。課堂上，教師可以利用歷史材料，鼓勵(lì)學(xué)生參與歷史問題的討論，并適時(shí)提出科學(xué)家研究過程的猜想，引導(dǎo)學(xué)生利用宏觀現(xiàn)象進(jìn)行微觀探析。

教學(xué)片斷：化學(xué)反應(yīng)的方向

化學(xué)史料：鈦被譽(yù)為“21世紀(jì)金屬”，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、醫(yī)療等領(lǐng)域。第一次制得純凈的鈦在1910年，但早在1791年科學(xué)家就在金紅石礦物中發(fā)現(xiàn)了鈦元素。當(dāng)時(shí)科學(xué)家們就設(shè)想通過以下兩步反應(yīng)來制備鈦：

第一步：Ti02（s）+2Cl2（g） =TiCl4（1）+02（g）

第二步：TiCl4（l）+2Mg（s）=Ti（s）+2MgCl2（s）

然而，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)第一步反應(yīng)在任何溫度下都不能向正向進(jìn)行，于是他們意識(shí)到化學(xué)反應(yīng)具有方向性。

討論l：如果你是18世紀(jì)的科學(xué)家，如何解釋制備鈦的第一步反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行？

討論2：19世紀(jì)初的科學(xué)家們曾認(rèn)為決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素就是反應(yīng)熱。放熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，而吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進(jìn)行。你同意這種觀點(diǎn)嗎？

化學(xué)史料：1855年，克勞修斯首次大膽提出熵的概念（符號(hào)S），用來表示體系的混亂程度。1869年，德國化學(xué)家霍斯特曼在研究NH4Cl受熱分解過程時(shí)運(yùn)用了熵的概念，指出這一過程和液體蒸發(fā)過程遵守同樣的規(guī)律即熵增有利于自發(fā)進(jìn)行，把熵的概念首次推廣到化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域。1878年，美國科學(xué)家吉布斯在大量理論研究的基礎(chǔ)上提出判斷化學(xué)反應(yīng)方向的綜合判據(jù)：在一定的溫度和壓強(qiáng)下：△H-T△SO，反應(yīng)非自發(fā);△H-T△S=0，反應(yīng)達(dá)平衡態(tài)。

討論3：經(jīng)過討論，請同學(xué)們分析溫度、焓變和熵變對反應(yīng)自發(fā)性的影響。

教學(xué)價(jià)值：認(rèn)識(shí)到科學(xué)發(fā)展過程中，科學(xué)家也會(huì)陷入僵局，碰到暫時(shí)無法解決的難題，但是在追求真理的過程中，只要努力終將有所收獲。利用宏觀的現(xiàn)象，結(jié)合微觀的原理和本質(zhì)，試圖找到解決問題的方法，最終會(huì)有重大的突破。對于學(xué)生而言，歷史是明鏡。循著科學(xué)家的腳步，感受科學(xué)的發(fā)展過程，將為今后的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

五、以史為范、重視科研，培育變化觀念與平衡思想素養(yǎng)

科學(xué)史融入課堂教學(xué)實(shí)踐并不是簡單的移植介紹過程，多角度分析并利用材料是教學(xué)的關(guān)鍵。在材料的收集和整理過程中，我們總會(huì)發(fā)現(xiàn)同一時(shí)期不同科學(xué)家研究同一個(gè)課題，并取得不同的成果。這些材料，可以經(jīng)過恰當(dāng)加工，然后運(yùn)用到課堂教學(xué)中，促進(jìn)學(xué)生積極思考，參與知識(shí)的構(gòu)建與問題的解決，形成動(dòng)態(tài)的、變化的知識(shí)觀，提升解決問題的能力。

教學(xué)片斷：合成氨的過程

化學(xué)史料：對比能斯特和哈伯的研究，猜想哈伯方案脫穎而出的原因[4]。

討論1：對比兩位科學(xué)家的方案，你覺得哪種更適合工業(yè)生產(chǎn)？

討論2：為什么增大壓強(qiáng)，有利于增加平衡氣中氨氣的含量？

教學(xué)價(jià)值：通過了解合成氨過程的艱辛和科學(xué)家研究的過程，讓學(xué)生體驗(yàn)化學(xué)變化的條件，認(rèn)識(shí)條件對化學(xué)反應(yīng)速率和限度的影響;感受化學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、勇于挑戰(zhàn)的激情，體會(huì)科學(xué)團(tuán)隊(duì)合作的重要性;學(xué)習(xí)科學(xué)家在解決實(shí)際問題時(shí)鍥而不舍的執(zhí)著與富有創(chuàng)造性的思維過程。

六、總結(jié)反思

經(jīng)過筆者的實(shí)踐，讓化學(xué)史融人課堂的教學(xué)，深受學(xué)生的喜歡，在實(shí)際的操作中，要注意以下幾個(gè)問題：

1.素材充分挖掘，體現(xiàn)功能價(jià)值

化學(xué)史的來源廣泛，有蘇教版化學(xué)教科書上的拓展視野欄目;有新課標(biāo)（2017年版）中提到的學(xué)生活動(dòng)、情境素材建議;有教學(xué)參考書上的案例賞析;更有各類化學(xué)核心期刊上的關(guān)于化學(xué)史教學(xué)的優(yōu)秀論文等等。從時(shí)間的角度來說，可以選用古代化學(xué)史以弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化;也可以選用新增化學(xué)史以促進(jìn)學(xué)科本質(zhì)理解;更可以選用近現(xiàn)代史以認(rèn)識(shí)科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀。只要教師能充分挖掘，合理利用，定能給學(xué)生一個(gè)全新的學(xué)習(xí)視角。

2.教師多讀多看，促進(jìn)專業(yè)發(fā)展

化學(xué)史豐富多彩，這就要求教師多讀多看，不斷積累，才能正確理解教學(xué)內(nèi)容，合理處理教學(xué)設(shè)計(jì)。若教師缺乏較高的學(xué)科素養(yǎng)，也就不能有效地利用化學(xué)史料進(jìn)行教學(xué)，即使介紹相關(guān)史料，也不能充分發(fā)揮其功能。因此，化學(xué)教師需要加強(qiáng)學(xué)習(xí)修養(yǎng)，更新教育觀念，不斷彌補(bǔ)專業(yè)知識(shí)、提升創(chuàng)新能力，努力提高專業(yè)水平，成為不斷發(fā)展的優(yōu)秀教師。

參考文獻(xiàn)

[1]徐勝龍.近二十年化學(xué)史教育的變遷及啟示[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（11）：34-36

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[3]孟獻(xiàn)華，倪娟.基于化學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)模型與應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2016（1）：74-81

[4] 白建娥，利用化學(xué)史進(jìn)行素養(yǎng)為本的教學(xué)[J]中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（10）：17-20