高中必修教科書化學(xué)史的素養(yǎng)功能及應(yīng)用策略

唐勁軍 郭明魁 林小榮

摘? ?要

化學(xué)史承載著重要的素養(yǎng)發(fā)展功能。以舊人教版教科書為參照，對新人教版必修教科書中化學(xué)史內(nèi)容變化及新增化學(xué)史內(nèi)容的學(xué)科核心素養(yǎng)功能進(jìn)行分析，提出化學(xué)史的應(yīng)用策略，為開展“素養(yǎng)為本”的化學(xué)教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞

高中化學(xué)教材 化學(xué)史? 學(xué)科核心素養(yǎng)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）指出，結(jié)合人類探索物質(zhì)及其變化的歷史與化學(xué)科學(xué)發(fā)展的趨勢，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的基本原理和方法，形成化學(xué)學(xué)科的核心觀念[1]。以化學(xué)史為素材，引導(dǎo)學(xué)生了解化學(xué)概念、原理的形成和發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識實(shí)驗(yàn)在化學(xué)科學(xué)發(fā)展中的重要作用[2]、教科書是課程的具體化，其化學(xué)史內(nèi)容一直備受關(guān)注。國內(nèi)已有相關(guān)研究主要有：關(guān)于化學(xué)史的教學(xué)功能研究，如化學(xué)史融入教學(xué)的實(shí)踐與探索[3]、化學(xué)史的科學(xué)本質(zhì)教育功能[4-5];基于化學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)研究，如融入化學(xué)史的“四線式”教學(xué)模式構(gòu)建[6]、基于科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)層次分析[7];關(guān)于化學(xué)史的教材研究，如不同時期教科書中化學(xué)史變化研究[8]、運(yùn)用化學(xué)史發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)策略研究[9]等。但隨著新課標(biāo)發(fā)布，教科書中化學(xué)史內(nèi)容已有較大變化，在學(xué)科核心素養(yǎng)方面也賦予了新的功能?；趯W(xué)科核心素養(yǎng)視角，以舊版教科書為參照，對人教版必修教科書中化學(xué)史內(nèi)容變化及新增化學(xué)史內(nèi)容的學(xué)科核心素養(yǎng)功能進(jìn)行分析，提出化學(xué)史的應(yīng)用策略，為開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)提供參考。

一、必修模塊化學(xué)史新增內(nèi)容的素養(yǎng)功能分析

我們對必修教材各章節(jié)中新增或變動的化學(xué)史內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對史料內(nèi)容承載的素養(yǎng)功能進(jìn)行分析，見表1。對新教科書中化學(xué)史內(nèi)容的刪減、呈現(xiàn)欄目變化情況進(jìn)行分析，具體見表2。由表1、表2可以看到，必修教材新增27處，刪除7處，另有2處從活動欄目轉(zhuǎn)到了正文。刪除的化學(xué)史多為常識性介紹，或是學(xué)生已經(jīng)熟知的內(nèi)容，新增化學(xué)史內(nèi)容或相關(guān)欄目為教學(xué)增加了新素材，有助于學(xué)生更好地理解化學(xué)原理。

1.“方法引導(dǎo)”中的素養(yǎng)功能

“方法引導(dǎo)”是新增的教材欄目，其編入的化學(xué)史內(nèi)容體現(xiàn)了新課標(biāo)提出的“結(jié)合歷史引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)基本原理和方法”的要求。例如，第一章第二節(jié)新增電離模型的發(fā)展。介紹化學(xué)家在認(rèn)識電離現(xiàn)象時提出的電離模型，努力尋找證據(jù)去證實(shí)或證偽，不斷修正、提出新的模型，如阿倫尼烏斯研究電解質(zhì)稀溶液的導(dǎo)電性時提出電離模型，經(jīng)過長期論證，發(fā)現(xiàn)其可以解釋很多現(xiàn)象，從而被現(xiàn)代科學(xué)接受。該化學(xué)史內(nèi)容能夠幫助學(xué)生理解假說、模型在科學(xué)研究中的作用與意義，發(fā)展模型認(rèn)知素養(yǎng)。

2.“科學(xué)史話”中的素養(yǎng)功能

“科學(xué)史話”欄目中的化學(xué)史較多，功能較為全面。例如第二章第一節(jié)新增科學(xué)史話中的侯德榜與侯氏制堿法。侯德榜心懷祖國，致力于振興民族工業(yè)，毅然放棄在美國的優(yōu)厚待遇回國負(fù)責(zé)技術(shù)開發(fā)工作。在抗戰(zhàn)時期艱苦的條件下，經(jīng)數(shù)百次實(shí)驗(yàn)，確定了聯(lián)合制堿法。侯德榜為了維護(hù)國家利益開展艱苦卓絕的探索，體現(xiàn)了強(qiáng)烈的社會責(zé)任和民族使命感。該內(nèi)容讓學(xué)生體會“科學(xué)知識是嵌入在人類社會及文化中的”本質(zhì)[10]，從國家與民族的角度認(rèn)識科學(xué)，并以此形成正確的科學(xué)價(jià)值觀，堅(jiān)定學(xué)好化學(xué)為國家做貢獻(xiàn)的信念。

3.“科學(xué)·技術(shù)·社會”中的素養(yǎng)功能

“科學(xué)·技術(shù)·社會”是教材新增欄目，所包含的化學(xué)史主要涉及化學(xué)學(xué)科前沿及其應(yīng)用，可以讓學(xué)生了解化學(xué)理論與相關(guān)技術(shù)的新發(fā)展。例如第八章第二節(jié)中DDT的應(yīng)用發(fā)展，介紹DDT最初為人類的衛(wèi)生防疫事業(yè)發(fā)揮了重大作用，然而DDT的大量使用對昆蟲的天敵產(chǎn)生毒害，對環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面作用，一些國家因此禁止生產(chǎn)和施用DDT。“DDT的功與過”可以啟發(fā)學(xué)生辯證地看待科學(xué)技術(shù)在社會發(fā)展中的作用與影響，對科學(xué)、社會中的關(guān)鍵問題做出正確判斷。

4.正文中的素養(yǎng)功能

新教材把部分原處在活動欄目中的化學(xué)史內(nèi)容移到了正文，以凸顯其學(xué)科核心素養(yǎng)功能。例如第六章第一節(jié)“人類對能量的利用”，教材把該化學(xué)史放到正文，讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)的能量變化在人類生活、社會發(fā)展中的重要作用。該化學(xué)史內(nèi)容可發(fā)展學(xué)生的變化觀念與平衡思想，加深對化學(xué)學(xué)科價(jià)值的認(rèn)識，樹立正確的科學(xué)觀念。

5.插圖中的素養(yǎng)功能

必修教材新增了3處具有中國特色的化學(xué)史插圖，可以利用它們開展愛國主義教育，增強(qiáng)民族自信，提升社會責(zé)任感的教學(xué)功能。例如第六章第二節(jié)高爐煉鐵，課本將原來的19世紀(jì)歐洲的煉鐵高爐圖改為我國首鋼的煉鐵高爐圖，讓學(xué)生看到我國工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，增強(qiáng)民族自豪感，激勵學(xué)生為民族復(fù)興而學(xué)好化學(xué)。

二、必修模塊化學(xué)史的應(yīng)用策略

1.利用概念演變史發(fā)展模型認(rèn)知能力

對模型認(rèn)知的深入理解能夠促進(jìn)學(xué)生建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架[11]，我們可以利用化學(xué)史突出模型演變過程中概念的作用，從初始概念起，隨著科學(xué)發(fā)展引出后一個概念，直到最新的概念。例如第四章第一節(jié)的原子結(jié)構(gòu)模型演變。原子結(jié)構(gòu)模型最初由道爾頓提出，認(rèn)為原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，不可再分;隨著電子發(fā)現(xiàn)，湯姆孫提出棗糕模型;之后盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出核式結(jié)構(gòu)模型;此后量子力學(xué)出現(xiàn)，玻爾提出了新的模型，認(rèn)為電子只能在確定的軌道做圓周運(yùn)動，被稱為玻爾原子模型;現(xiàn)代隨著量子力學(xué)的發(fā)展，人們提出了電子云模型，認(rèn)為電子沒有確定的軌道，電子在原子核外呈現(xiàn)概率分布。原子結(jié)構(gòu)模型的演變經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論推導(dǎo)，為模型的建構(gòu)和完善提供了證據(jù)，即模型認(rèn)知過程。通過該模型的演變，使學(xué)生感受到模型認(rèn)知在科學(xué)研究和化學(xué)學(xué)習(xí)中的作用，發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。

2.利用實(shí)踐探究史發(fā)展科學(xué)探究能力

運(yùn)用化學(xué)史的實(shí)踐探究案例，讓學(xué)生認(rèn)識科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動[12]。我們可以將教材中的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐探究史設(shè)計(jì)成情境素材，引導(dǎo)學(xué)生思考工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的探究歷程，發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)。例如第二章第一節(jié)中純堿的生產(chǎn)歷史，可以引導(dǎo)學(xué)生了解3種制堿法的原理，比較其優(yōu)缺點(diǎn)，從生態(tài)文明的角度思考侯氏制堿法的意義。指導(dǎo)學(xué)生查閱資料，開展探究學(xué)習(xí)，通過比較、分析、歸納發(fā)現(xiàn)探索新的制堿法，既要克服之前工藝不足，也要考慮節(jié)約設(shè)備成本、減少環(huán)境污染等。讓學(xué)生認(rèn)識到工藝流程設(shè)計(jì)要考慮原料、設(shè)備、環(huán)境等多方面因素，發(fā)展科學(xué)探究能力。

3.利用化學(xué)家事跡培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度

化學(xué)家的事跡蘊(yùn)含嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、堅(jiān)持真理的科學(xué)態(tài)度。將化學(xué)家的事跡設(shè)計(jì)成情境問題，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)態(tài)度。例如第四章第二節(jié)，可以設(shè)計(jì)問題“當(dāng)布瓦博得朗測得鎵的密度時，門捷列夫?yàn)槭裁礇]有直接用他的結(jié)果進(jìn)行后續(xù)研究？”引導(dǎo)學(xué)生思考討論，認(rèn)識到門捷列夫沒有盲從布瓦博得朗的結(jié)果，而是通過縝密分析，發(fā)現(xiàn)了理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異，體現(xiàn)了門捷列夫嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。針對布瓦博得朗重新測定鎵的密度的史實(shí)，設(shè)計(jì)問題“布瓦博得朗為什么沒有直接反駁門捷列夫，而是堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)探索？”引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到布瓦博得朗尊重客觀事實(shí)，在認(rèn)真思考門捷列夫觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重新測其密度，最終測得鎵的準(zhǔn)確密度，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論預(yù)測，以此發(fā)展學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、敢于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度與精神。

4.利用中國化學(xué)貢獻(xiàn)培養(yǎng)社會責(zé)任與民族自信

化學(xué)史內(nèi)容中新增了多處中國化學(xué)成就，以及中國化學(xué)家做出巨大科學(xué)貢獻(xiàn)的史實(shí)，契合了“課程思政”的理念。在化學(xué)教學(xué)中利用這些內(nèi)容幫助學(xué)生樹立“四個自信”，提高民族自豪感與社會責(zé)任感，發(fā)揮學(xué)科育人價(jià)值。例如緒言和第七章第四節(jié)都介紹了我國科學(xué)家首次合成牛胰島素。由于胰島素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，合成難度大，直到1958年《自然》雜志還斷言“人工合成胰島素在相當(dāng)長時間里未必會發(fā)生”。然而，中國科學(xué)家卻在這場全球科學(xué)家的競賽中領(lǐng)先，1965年，我國首次人工合成結(jié)晶牛胰島素[13]。以邢其毅教授為代表的中國科學(xué)家在這項(xiàng)研究中做出了巨大貢獻(xiàn)。利用科學(xué)史中的“中國故事”，提高學(xué)生的民族自信心，樹立熱愛科學(xué)、報(bào)效祖國、造福人類的遠(yuǎn)大理想。

5.利用化學(xué)史落實(shí)“教、學(xué)、評”一體化

將化學(xué)史設(shè)計(jì)成學(xué)習(xí)素材和測試題的問題情境，為落實(shí)“教、學(xué)、評”一體化提供載體。教科書的正文和習(xí)題都增加了化學(xué)史內(nèi)容，尤其是新增的化學(xué)史情境習(xí)題，發(fā)揮了化學(xué)史在測評中的作用，使得化學(xué)史貫穿“教、學(xué)、評”的全過程。例如第四章復(fù)習(xí)題8題，該題主要考查學(xué)生對元素周期律（表）探索史的理解，并在此基礎(chǔ)上對未知的119號元素進(jìn)行位置與性質(zhì)的預(yù)測，該題是課本中元素周期表內(nèi)容的延伸與拓展。學(xué)生需要根據(jù)史料，提出預(yù)測或假說，闡述合理的解釋，探查學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1][2][11][12] 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：2，72，6，4.

[3] 張志紅.化學(xué)史融入教學(xué)的實(shí)踐與探索[J].教學(xué)與管理，2020（28）：53-55.

[4] 嚴(yán)文法，王小梅，李彥花.新課標(biāo)視域下化學(xué)史的科學(xué)本質(zhì)教育功能研究[J].化學(xué)教學(xué)，2020（01）：3-7.

[5] 胡勝利，陸亞君，劉曉玲，等.不同科學(xué)史設(shè)計(jì)對高一學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀發(fā)展的影響——以原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史為例[J].化學(xué)教育，2012，33（07）：24-27.

[6] 張鳳英，劉子忠.化學(xué)史融入中學(xué)化學(xué)課程“四線式”教學(xué)模式的構(gòu)建[J].化學(xué)教育（中英文），2019，40（17）：50-57.

[7] 孟獻(xiàn)華，倪娟.基于科學(xué)發(fā)展歷史的教學(xué)設(shè)計(jì)層次分析[J].化學(xué)教育（中英文），2018，39（01）：33-38.

[8] 曾兵芳，蔡彩芳.我國高中化學(xué)教科書中化學(xué)史的變化研究[J].化學(xué)教育（中英文），2019，40（21）：90-95.

[9] 周業(yè)虹.基于教科書化學(xué)史素材發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)策略[J].化學(xué)教學(xué)，2020（09）：36-40.

[10] Lederman N.G.Abd-el-Khakjick F.，Bell R.L.et al.Views of Nature of Science Questionnaire：Toward Valid and MeaningfulAssessment of Learners Conceptions of Nature ofScience[J].JournalofResearchin Science Teaching，2002，39（06）：497-521.

[13] 劉立雄，張順清.第二冊 第七章 糖類 油脂 蛋白質(zhì)——人類重要的營養(yǎng)物質(zhì)教與學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2004（04）：53-54.

【責(zé)任編輯? 郭振玲】