淺談化學(xué)史之于概念知識(shí)教學(xué)的價(jià)值

趙俊安　陸國志

摘要：概念知識(shí)是化學(xué)教學(xué)中最重要的概念之一，但由于其過于抽象，往往成為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)的巨大阻礙?；瘜W(xué)史記錄了概念從產(chǎn)生至今，推廣與爭辯的全過程，分析了化學(xué)史創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、激發(fā)認(rèn)知沖突、促進(jìn)知識(shí)遷移的三個(gè)教學(xué)價(jià)值，并舉例說明了如何在課堂中發(fā)揮化學(xué)史的教學(xué)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：化學(xué)史;概念性知識(shí);課堂教學(xué)

概念性知識(shí)是一種較為抽象的、概括的、有組織的知識(shí)類型。概念性知識(shí)具有廣泛的遷移性，通過概念性知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，能夠幫助學(xué)生理解相關(guān)的事實(shí)性和程序性知識(shí)，發(fā)展邏輯性思維，有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。但由于概念性知識(shí)的抽象性、教學(xué)發(fā)揮的有限性以及教師對其教學(xué)難度、重要性的認(rèn)識(shí)不夠等因素，往往會(huì)造成概念性知識(shí)課堂教學(xué)方法單一，枯燥乏味，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生不能充分認(rèn)識(shí)該部分知識(shí)的價(jià)值，難以進(jìn)行有效的遷移活動(dòng)，不利于科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

在歷史的背景下展開概念教學(xué)可以有效建立學(xué)生對概念性知識(shí)的深度理解，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》在課程基本理念、課程結(jié)構(gòu)以及教學(xué)實(shí)施建議中多次提到利用化學(xué)史引導(dǎo)學(xué)生理解概念[1]。因此，從化學(xué)史中學(xué)習(xí)概念性知識(shí)是非常重要的。

一、例談概念教學(xué)價(jià)值

（一）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引導(dǎo)概念建立

斯菲爾德認(rèn)為“學(xué)習(xí)始于情境，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)體驗(yàn)解決問題所帶來的快樂?！备拍钚灾R(shí)的學(xué)習(xí)重在概念的建立，在課堂教學(xué)中如果將注意力集中在對概念的文字解釋和訓(xùn)練鞏固上，便難以讓學(xué)生對概念進(jìn)行深度理解，通過創(chuàng)設(shè)情境可以幫助學(xué)生有效建立概念?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》要求教師在教學(xué)中注重情境的創(chuàng)設(shè)，以此來促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，在其中課程內(nèi)容部分的情景素材中也有許多運(yùn)用化學(xué)史創(chuàng)設(shè)情境的建議。由此可以看出新課標(biāo)對科學(xué)史的情境價(jià)值的重視。

從建構(gòu)主義的角度來看，科學(xué)概念的建立與發(fā)展本身就是科學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要部分。利用化學(xué)史創(chuàng)設(shè)情境的目的在于引導(dǎo)學(xué)生反思所學(xué)科學(xué)概念的先驗(yàn)知識(shí)，學(xué)生理解概念的過程應(yīng)該與概念的歷史發(fā)展相平行[2]。例如在氧化還原反應(yīng)教學(xué)中，關(guān)于氧化還原的本質(zhì)的思想史就可以作為一個(gè)很好的概念構(gòu)建情境。氧化還原反應(yīng)理論的發(fā)展共分為三個(gè)階段，其產(chǎn)生始于拉瓦錫推翻了燃素說。1772年拉瓦錫開始研究燃燒問題，隨著不斷地實(shí)驗(yàn)，漸漸地對燃素說產(chǎn)生了懷疑，后來他總結(jié)了自己的研究成果并撰寫成了《燃燒理論》，文章中闡述了氧化學(xué)說[3]。這一階段科學(xué)家總結(jié)了很多物質(zhì)與氧氣的反應(yīng)，進(jìn)而提出了氧化反應(yīng)，認(rèn)為其本質(zhì)是有氧氣參與反應(yīng)，與初中化學(xué)中的氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)的概念相同，以第一階段歷史為背景創(chuàng)設(shè)涉及學(xué)生已有知識(shí)的問題情境，引發(fā)學(xué)生對初中所學(xué)習(xí)的氧化與還原的概念的反思?？茖W(xué)是不斷發(fā)展、前進(jìn)的，氧化還原本質(zhì)發(fā)展的第二階段是在19世紀(jì)，隨著化合價(jià)的概念的提出，科學(xué)家們又將涉及化合價(jià)升高的一類反應(yīng)歸并為氧化反應(yīng)，化合價(jià)降低的一類反應(yīng)歸并為還原反應(yīng)，直到1970年科學(xué)家對氧化數(shù)做出了嚴(yán)格的定義，氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)由此轉(zhuǎn)變成元素氧化數(shù)的升降[4]。第三階段是20世紀(jì)初，由于成鍵電子理論的建立，得失電子成為了氧化還原的本質(zhì)。在第二、三階段的歷史情境中嵌入自主探究活動(dòng)，將教學(xué)方式由直接呈現(xiàn)最終知識(shí)轉(zhuǎn)變成從概念發(fā)展的角度引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念的深度理解，更能提升學(xué)生證據(jù)推理等科學(xué)素養(yǎng)。

（二）激發(fā)認(rèn)知沖突，培養(yǎng)批判思維

概念性知識(shí)是基于主觀和經(jīng)驗(yàn)的，具有試探性，其產(chǎn)生與發(fā)展必然蘊(yùn)含著人類的推理、想象和創(chuàng)造力，在不同時(shí)期的社會(huì)和文化背景下都是根深蒂固的。在教學(xué)中如果單純地從現(xiàn)有的概念去告訴學(xué)生，不利于學(xué)生形成認(rèn)知上的矛盾沖突，導(dǎo)致學(xué)生對知識(shí)僅是淺嘗輒止，無法對其進(jìn)行更深的理解?？茖W(xué)史有助于提升課堂的挑戰(zhàn)性，幫助學(xué)生深度體驗(yàn)概念的發(fā)展過程，提高批判思維和推理能力，將科學(xué)史作為科學(xué)教學(xué)背景，能夠?yàn)閷W(xué)生提供更多深入發(fā)展批判性思維的機(jī)會(huì)[5]。教師在講授概念性知識(shí)時(shí)，應(yīng)結(jié)合同一概念性知識(shí)在不同歷史背景下的不同依據(jù)與理解，通過再現(xiàn)歷史辯論、歷史實(shí)驗(yàn)、閱讀和理解科學(xué)文獻(xiàn)等方式認(rèn)識(shí)概念。

以元素周期律的教學(xué)為例，通過元素周期律的學(xué)習(xí)學(xué)生能夠從更宏觀的視角重新審視元素及其化合物的相關(guān)知識(shí)，促進(jìn)分類觀的形成。在教學(xué)中，為了幫助學(xué)生理解概念，可以利用元素周期律發(fā)現(xiàn)史的三段重要科學(xué)史背景將教學(xué)過程分為三個(gè)部分，并讓學(xué)生思考“科學(xué)家為何要對元素進(jìn)行分類”“最初科學(xué)家對元素是如何進(jìn)行分類的”“為什么不同時(shí)期元素周期表有不同的表現(xiàn)”“不同時(shí)期元素排序的依據(jù)是什么”。元素排序最初的背景是道爾頓的原子學(xué)說的提出，從德貝賴納的三元素組、尚古多爾的圓柱形螺旋圖，邁爾制作的六元素表、牛蘭茲的八音律元素表，一直到1869年門捷列夫的元素周期表的創(chuàng)立，科學(xué)家們都認(rèn)為元素是按元素的原子量進(jìn)行排列的;1913—1914年莫斯利通過陰極射線轟擊不同元素發(fā)現(xiàn)當(dāng)由周期表的一個(gè)元素過渡到下一個(gè)元素時(shí)，原子序數(shù)N變化一個(gè)單位，揭示了原子序數(shù)和核電荷數(shù)之間的關(guān)系;1913—1925年隨著四個(gè)量子數(shù)以及洪特規(guī)則、泡利原理的相繼發(fā)現(xiàn)，人類對元素周期律的本質(zhì)有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)[6]。以這三個(gè)時(shí)間段科學(xué)家們對元素周期律的不同理解，將教學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)分成三個(gè)部分，以這種方式不僅可以推動(dòng)學(xué)生對概念的理解與應(yīng)用，還可以有效實(shí)現(xiàn)必修與選修之間的銜接。在各部分歷史認(rèn)識(shí)教學(xué)中插入基于該時(shí)期理論相應(yīng)的能夠解決的化學(xué)問題的練習(xí)，可以為學(xué)生解答課前提出的疑問，并通過激發(fā)對已有經(jīng)驗(yàn)的反思，提高對主觀和意識(shí)形態(tài)偏見的認(rèn)識(shí)，發(fā)展批判性思維。

（三）銜接知識(shí)遷移，突破教學(xué)難點(diǎn)

概念性知識(shí)由于其高度的抽象性，為教師教授和學(xué)生學(xué)習(xí)都造成了一定程度的困難。概念所涉及的知識(shí)較為繁雜，難以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的遷移活動(dòng);概念本身的文字表述不合理以及同一概念詞在不同科學(xué)語境或生活語境中的不同含義，機(jī)械的照搬教材上的內(nèi)容，會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤觀念和理解誤差，難以達(dá)到好的教學(xué)效果。深度理解概念之前需要首先了解豐富的相關(guān)背景知識(shí)，而學(xué)生們的知識(shí)基礎(chǔ)并沒有非常深厚且閱讀能力不強(qiáng)，所以即使讀懂了教材上的概念文字，也很難更深入地了解概念;化學(xué)概念很多都是宏觀與微觀結(jié)合，需要有較好的抽象思維，而一部分學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平仍處于形式運(yùn)算階段，所以在學(xué)習(xí)概念時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大困難。運(yùn)用化學(xué)史進(jìn)行概念教學(xué)，可以幫助學(xué)生將科學(xué)理解為為了回答特定時(shí)期提出的問題而進(jìn)行的人類活動(dòng)，以此克服錯(cuò)誤的觀念和理解的困難。在不同的歷史時(shí)期，科學(xué)家們其實(shí)并沒有應(yīng)用我們現(xiàn)在的概念術(shù)語來思考，而是使用了邏輯與認(rèn)識(shí)論的工具來獲得深度的認(rèn)識(shí)[7]。所以通過化學(xué)史引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)概念的起源、發(fā)展與期間的學(xué)術(shù)爭鳴可以為學(xué)生提供完整的背景知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對概念的深度理解;并通過重復(fù)發(fā)展期間科學(xué)家們做過的推論或驗(yàn)證操作，可以有效地進(jìn)行知識(shí)的遷移應(yīng)用。

以化學(xué)鍵的教學(xué)為例，其教學(xué)困難主要有兩個(gè)方面：一是部分學(xué)生對“鍵”的來自生活語言和科學(xué)語言中不同意義的理解困難;二是部分學(xué)生很難將化學(xué)鍵知識(shí)與其他化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)聯(lián)系在一起。關(guān)于化學(xué)鍵的歷史研究為解決以上問題提供了一個(gè)很有效的線索，從19世紀(jì)道爾頓原子論的提出到20世紀(jì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)原子可再分，化學(xué)鍵理論的發(fā)展從“電化二元論”到“八隅規(guī)則”再到離子鍵與共價(jià)鍵概念的提出，通過了解化學(xué)鍵的“前世今生”，可以更好地幫助學(xué)生建立化學(xué)鍵的概念，理解化學(xué)鍵真正的意義;通過讓學(xué)生了解化學(xué)鍵概念的提出解決了哪些當(dāng)時(shí)存在的問題以及還有哪些問題未解決的歷史，可以促進(jìn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，例如，阿倫尼烏斯的“電離學(xué)說”并未很好地說明離子的電荷是如何產(chǎn)生的，可以引導(dǎo)學(xué)生依循科學(xué)家的思維運(yùn)用離子鍵知識(shí)來解釋。這樣的教與學(xué)的方式不需要非常困難的概念工具和抽象思維，非常適合高中生。

二、結(jié)語

化學(xué)概念性知識(shí)對學(xué)生來說一直是比較難學(xué)、枯燥的模塊之一，很多時(shí)候?qū)W生難以理解概念性的知識(shí)的原因一方面是難以產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面是自身認(rèn)為概念知識(shí)難以理解而產(chǎn)生的恐懼心理。將化學(xué)史融入課堂教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣，讓他們通過認(rèn)識(shí)概念在歷史上的產(chǎn)生、發(fā)展與應(yīng)用，有助于化解在教學(xué)過程中主觀和客觀兩方面遇到的不同困難?；瘜W(xué)史的教學(xué)價(jià)值還有很多，有待更多的學(xué)者去探索，但只有依據(jù)知識(shí)本身以及相關(guān)的歷史來制定化學(xué)史在教學(xué)中的角色，才能發(fā)揮化學(xué)史在教學(xué)過程中的最大價(jià)值。

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項(xiàng)目：該文為吉林師范大學(xué)教育科研振興基金重點(diǎn)項(xiàng)目“基于教師專業(yè)發(fā)展的職前培養(yǎng)與職后培訓(xùn)一體化模式創(chuàng)新研究”（jsjkzx201402）的部分成果

作者簡介：趙俊安，男，滿族，吉林遼源人，碩士，研究方向：中學(xué)化學(xué)教學(xué)。

*通訊作者：陸國志，男，漢族，吉林四平人，碩士，教授，研究方向：化學(xué)課程與教學(xué)論。