化學(xué)史在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

蔡綠艷

摘 要 化學(xué)史在化學(xué)教學(xué)中的育人價值受到越來越多一線教師的關(guān)注，但是應(yīng)用化學(xué)史教學(xué)的效果卻參差不齊。以初中化學(xué)教學(xué)中化學(xué)史的具體應(yīng)用實例展開論述，建議教師以化學(xué)史為背景創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境和試題情境，優(yōu)化化學(xué)史實的呈現(xiàn)內(nèi)容，豐富化學(xué)史資料的呈現(xiàn)方式，多角度應(yīng)用化學(xué)史素材，讓學(xué)生分工合作、自主查閱整理化學(xué)史料，活化化學(xué)史的應(yīng)用，利用化學(xué)史達成育人功能，進而實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)及終身學(xué)習(xí)能力的目標。

關(guān)鍵詞 初中化學(xué)史 情境 學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)

化學(xué)史是化學(xué)科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，是人類探索和改造物質(zhì)世界的歷史[1]，它記載著化學(xué)理論的發(fā)展歷程，體現(xiàn)了化學(xué)思想的形成及演變過程，是一代又一代化學(xué)研究者智慧的結(jié)晶，傳承著化學(xué)先輩們敢于質(zhì)疑、勤于思考、鍥而不舍、刻苦鉆研的科學(xué)精神……化學(xué)史中潛藏著獨具魅力的教育屬性，是促進學(xué)生形成科學(xué)素養(yǎng)和提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。

近年來，化學(xué)史因其獨特的教育價值已成為化學(xué)教學(xué)研究的熱點。但是在實際教學(xué)中，由于課堂時間有限，許多一線教師只是簡單地將化學(xué)史做一下介紹或讓學(xué)生自主閱讀，沒有深挖化學(xué)史中隱藏著的育人價值，無法使化學(xué)史發(fā)揮出真正的作用。那么，如何將化學(xué)史應(yīng)用到初中化學(xué)課堂教學(xué)中，精準高效地發(fā)揮化學(xué)史的教學(xué)價值？筆者結(jié)合自身的教學(xué)實踐，認為可以從以下幾方面進行嘗試。

一、用化學(xué)史創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲，促進化學(xué)知識的構(gòu)建

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認為，教學(xué)要為學(xué)生巧妙創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)主題的情境，梳理新舊知識之間的線索，促進學(xué)生建構(gòu)知識的順利進行。教師在教學(xué)過程中可以利用化學(xué)的發(fā)展史來構(gòu)建真實的學(xué)習(xí)情境，加深學(xué)生對新知識的理解，恰當選用歷史上一些科學(xué)家的觀點沖突和化學(xué)知識的動態(tài)更迭，為學(xué)生主動建構(gòu)化學(xué)知識作鋪墊。

例如，“水的組成”一課，就可利用化學(xué)史料來創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。筆者先呈現(xiàn)給學(xué)生古人關(guān)于水是構(gòu)成萬物的元素之一的相關(guān)論點：公元前6世紀到7世紀，古希臘學(xué)者泰勒斯認為，水是組成一切的元素;亞里士多德認為，世界是由水、火、土、氣和以太五種元素相互作用形成的;我國古代先人提出的五行學(xué)說主張，世界上的一切都是由金、木、水、火、土五種基本元素的運動產(chǎn)生的。然后，再用以上古人對世間萬物組成元素的共同認知“水是構(gòu)成萬物的元素之一”為情境素材，創(chuàng)設(shè)問題情境“水是構(gòu)成世間萬物的基本元素嗎？”，給學(xué)生對水的認識制造前置沖突。接著，再引入另外三則化學(xué)史：1781年，普里斯特利將“易燃空氣”（氫氣）和空氣混合裝入干冷的玻璃瓶中后，用電火花引爆，發(fā)現(xiàn)瓶壁有水珠;卡文迪許又用純氧代替空氣重復(fù)了這一實驗，仍發(fā)現(xiàn)瓶壁有水珠生成;1782年，拉瓦錫重復(fù)了普里斯特利和卡文迪許的實驗后，在一根紅熱的槍管中通入了水蒸氣，也得到了“易燃空氣”（氫氣），因此，他得出結(jié)論——水不是元素，而是氫和氧的化合物。這樣，筆者利用18世紀科學(xué)家們通過實驗獲得的對水的認識，為學(xué)生正確構(gòu)建“水是由氫元素和氧元素組成的”這一化學(xué)知識作了鋪墊。最后，進行水的電解和氫氣的燃燒這兩個實驗，使學(xué)生通過實驗驗證來最終確認水的組成。

課程標準強調(diào)教學(xué)情境需具有真實性，而化學(xué)史不僅是真實的教學(xué)情境，還能為學(xué)生提供質(zhì)疑、猜測、分析、驗證等契機，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，使學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)中來，為學(xué)生主動構(gòu)建知識提供推進劑。

二、合理呈現(xiàn)化學(xué)史內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生體驗科學(xué)探究的思路和過程，提高科學(xué)探究能力

化學(xué)史作為科學(xué)史的一個分支[2]，包含著許多科學(xué)的探索過程。課堂教學(xué)中可借助化學(xué)史這一載體，引導(dǎo)學(xué)生重走化學(xué)家的探究之路，復(fù)現(xiàn)化學(xué)家研究和發(fā)展化學(xué)概念、化學(xué)理論的思索過程，讓學(xué)生體驗科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)、探索新問題的真實經(jīng)歷，使學(xué)生領(lǐng)悟知識背后所蘊含的科學(xué)思想和科學(xué)方法[3]。

例如，在學(xué)習(xí)“利用酸堿指示劑檢測溶液的酸堿性”時，首先，筆者給學(xué)生介紹“波義耳偶然中發(fā)現(xiàn)酸堿指示劑”的故事——波義耳在一次實驗中不小心將濃鹽酸濺到一束紫羅蘭上，為了洗掉花瓣上的酸，他把花浸泡在水中，過一會兒，他驚奇地發(fā)現(xiàn)紫羅蘭變成了紅色[4]。然后，讓學(xué)生基于上述故事情境思考：是什么物質(zhì)讓紫羅蘭花變成紅色？其他的酸會不會也能使紫羅蘭花變成紅色？如何證實？你有什么辦法可以辨別一種溶液是不是酸？酸會使紫羅蘭花變成紅色，也會使其他花汁變色嗎？接著，讓學(xué)生動手試試，并把實驗結(jié)果與同學(xué)分享;接著，再讓學(xué)生根據(jù)實驗結(jié)果思考：花汁遇到其他溶液一定都變成紅色嗎？最后，讓學(xué)生將制作的花汁滴加到其他溶液中試驗一下……這樣，通過一系列遞進性問題引導(dǎo)學(xué)生親身探索科學(xué)家是如何通過偶然捕捉到的實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)酸堿指示劑的，培養(yǎng)學(xué)生愛思考、善于思考的習(xí)慣。

以化學(xué)史為媒介，以問題為中心展開教學(xué)，通過提問、設(shè)問、追問及適時點撥的方式將知識、能力、情感滲透在師生的課堂互動之中，讓學(xué)生在問題解決過程中學(xué)習(xí)化學(xué)家在研究過程中所運用的假設(shè)、實驗、觀察、比較、歸納、演繹等科學(xué)方法，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

三、利用信息技術(shù)，豐富化學(xué)史呈現(xiàn)方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神

教育心理學(xué)知識告訴我們：人類獲取知識，單靠聽覺只能記憶約1/6，單靠視覺只能記憶約1/4，而同時使用視聽兩種感覺，則能記憶大約2/3[5]。利用信息技術(shù)教學(xué)，將化學(xué)史制作成集“文本、圖像、聲音、動畫、視頻”于一體的教學(xué)素材，采用圖文并茂、聲畫共舉的方式將其展現(xiàn)給學(xué)生，使抽象、枯燥、晦澀難懂的知識變得具體、有趣、淺顯易懂。

例如，“原子的構(gòu)成”一課，筆者將原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展史制作成微課，通過圖文并茂、聲畫同步的講解，先讓學(xué)生了解人類對原子結(jié)構(gòu)的認識先后經(jīng)歷了“道爾頓的實心球模型”“湯姆生的葡萄干面包式模型”和“盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型”，利用微觀動畫模擬，幫助學(xué)生建構(gòu)多種原子模型，使抽象的概念具體化、模型化，促進了學(xué)生對知識的認知和理解，讓學(xué)生感悟到為了揭示原子結(jié)構(gòu)的奧秘，一代又一代的科學(xué)家所付出的艱辛與努力。對于“盧瑟福用α粒子轟擊金箔”的實驗則通過視頻還原并再現(xiàn)歷史上的實驗場景，引導(dǎo)學(xué)生用觀察到的現(xiàn)象去驗證、分析湯姆生原子模型假說的真?zhèn)?，嘗試根據(jù)α粒子轟擊金箔后的運動軌跡修正原子結(jié)構(gòu)的理論，并將之與盧瑟福的觀點作對比，讓學(xué)生初步體驗依據(jù)實驗提出假說、進行推理、建構(gòu)模型等科學(xué)方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家們敢于質(zhì)疑與善于思考的科學(xué)精神。

在課堂教學(xué)中化學(xué)史不僅能以教師的口述或文字資料的方式傳授，更應(yīng)該順應(yīng)時代的發(fā)展，以更新穎的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，如可以通過制成微課或邀請學(xué)生角色扮演的形式再現(xiàn)化學(xué)史實，讓學(xué)生“親眼目睹”知識的動態(tài)演變過程，感悟科學(xué)精神，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。

四、找準切入點，多角度發(fā)揮化學(xué)史的教學(xué)價值，助力三維目標的達成

不同的化學(xué)史素材具有不同的教育價值，有的能增進學(xué)生對化學(xué)知識的理解，有的能啟迪學(xué)生的化學(xué)思維[6]，有的能促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，有的能培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，有的能引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀和價值觀[7]，等等。而同一個化學(xué)史素材的教育功能也可能隨其呈現(xiàn)形式和提問方式的變化而發(fā)生變化。因此，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標尋找教學(xué)內(nèi)容與化學(xué)史之間的契合點，多方位、多角度地挖掘化學(xué)史的教育價值，提升學(xué)生的知情意行。

1774年，法國化學(xué)家拉瓦錫用金屬燃燒實驗證明燃燒是金屬與空氣中的“上等純空氣”作用的結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)了金屬燃燒后余下的“空氣”不支持燃燒和呼吸，第一次明確提出空氣是由氧氣和氮氣組成的[8]14。這一史實，在不同的學(xué)習(xí)階段有著不同的育人價值。例如，在學(xué)習(xí)“空氣的組成”時，可增加在拉瓦錫得出空氣成分之前，瑞典科學(xué)家舍勒和英國化學(xué)家普里斯特利也分別制得了氧氣，使學(xué)生體會科學(xué)家們?yōu)榱颂骄靠諝獾慕M成所付出的艱辛;在學(xué)習(xí)“燃燒的條件”時，又可將舍勒和普里斯特利與拉瓦錫發(fā)現(xiàn)氧氣的時間作比較，分析說明普里斯特利受當時“燃素說”的影響，未能揭開燃燒現(xiàn)象的本質(zhì)，而拉瓦錫不迷信權(quán)威，敢于質(zhì)疑“燃素說”，以科學(xué)的實驗現(xiàn)象作為證據(jù)支撐，指出燃燒是可燃物與氧氣發(fā)生的氧化反應(yīng)，借此可對學(xué)生進行世界觀、人生觀的滲透教育。

拉瓦錫所進行的著名的“二十天實驗”，通過加熱曲頸甑中汞的實驗，測得空氣中氧氣的體積大約占1/5。這一史料可用于講解汞與氧氣在加熱時會且只會與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成固態(tài)的氧化汞，造成甑內(nèi)氣壓減小，使學(xué)生明白所選擇的耗氧劑應(yīng)保證反應(yīng)易進行、只能與氧氣發(fā)生反應(yīng)、且燃燒后生成的產(chǎn)物不能是氣態(tài)的;再介紹汞有毒而紅磷無毒，更適用于課堂實驗。這樣，學(xué)生對課本中“測定空氣中氧氣含量”的實驗也就知其然，更知其所以然了。在學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”時，又可將拉瓦錫“二十天實驗”發(fā)現(xiàn)的“在密閉容器中加熱金屬使之轉(zhuǎn)化為金屬灰時，容器的質(zhì)量并未改變”，與波義耳在一個敞口的容器中加熱金屬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后容器中物質(zhì)的質(zhì)量增加了[8]101進行對比，讓學(xué)生思考兩位科學(xué)家的測量結(jié)果為何會有差異，從而了解實驗研究時裝置是否密閉對實驗結(jié)果的影響，保證學(xué)生在設(shè)計后續(xù)具體實驗方案時能考慮得更周密。

近年來，國外教育專家倡導(dǎo)將History，Philosophy and Sociology of Science教育（簡稱HPS教育）的理科教學(xué)模式融入義務(wù)教育階段的理科課程中，即教師在課堂上應(yīng)當有機地滲透科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會學(xué)的思想，加深學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認識與理解[9]。要提高HPS教育的實效性，要求教師要儲備豐富的化學(xué)史知識。因此，教師平時應(yīng)多查閱與化學(xué)史有關(guān)的文獻資料，結(jié)合教學(xué)目標，多視角地運用化學(xué)史素材，最大限度地發(fā)揮出化學(xué)史的教育價值。

五、精選以化學(xué)史為情境的試題，彰顯學(xué)科育人價值，提高學(xué)生分析和解決問題的能力

以化學(xué)史為情境的試題除了直接考查化學(xué)歷史事件及化學(xué)歷史人物外，也可以將化學(xué)家的研究過程作為題干，考查學(xué)生能否找出化學(xué)家在探索中所采用的科學(xué)方法和所蘊含的科學(xué)思想，還可以考查學(xué)生是否能用所學(xué)的化學(xué)知識辯證地分析科學(xué)家所得出的概念和理論，對科學(xué)家形成公正、全面的評價。

例題1 [2021年福建省中考化學(xué)試卷第12題第（1）小題]英國學(xué)者R·坦普爾論證了我國古代冶鐵技術(shù)世界第一。早在公元前4世紀，中國已廣泛利用鐵礦石與木炭生產(chǎn)生鐵，并加入“黑土”以降低生鐵的熔化溫度;公元前2世紀，中國人發(fā)明了“充氧”等煉鋼法。

①“黑土”含有磷酸鐵（FePO4），其中磷元素的化合價為___________。

②生鐵生產(chǎn)過程中，一氧化碳與氧化鐵在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________。

③煉鋼中“充氧”的目的是降低生鐵中的_________，獲得性能更好的鋼。

例題1選取我國古代文明中先進科技事例為試題情境，弘揚了我國古代燦爛的文明文化、早期的科學(xué)成就和創(chuàng)新精神，以增強學(xué)生的民族自信和文化自信，培育愛國情懷。

例題2 [2020年福建省中考化學(xué)試卷第11題第（3）小題]道爾頓原子學(xué)說的部分觀點如下：①原子是不可分割的實心球體;②物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的;③同種元素的所有原子的質(zhì)量完全相同。現(xiàn)代科學(xué)證實以上觀點均不確切，請選擇其中一個觀點簡要說明：_________。

例題2以道爾頓的原子學(xué)說為試題情境，讓學(xué)生利用初中所學(xué)的“原子的構(gòu)成”相關(guān)知識來闡述自己的觀點，有利于鍛煉學(xué)生利用所學(xué)化學(xué)知識解決新情境問題的能力，使學(xué)生認識到知識發(fā)展的階段性，同時，給學(xué)生留下科學(xué)知識的建構(gòu)是不斷建立和推翻的過程。

化學(xué)史具有豐富的教育和評價功能[10]，因此，它在課程目標的落實以及化學(xué)核心素養(yǎng)的培育中有著不可替代的作用。編制及選用化學(xué)史情境試題，不僅能達到檢測學(xué)生知識能力掌握情況的目的，還能拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域，使學(xué)生見識歷史上重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，也能傳遞科學(xué)思想和方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)基本素養(yǎng)，促進學(xué)生更好地理解化學(xué)史上的科學(xué)事實、科學(xué)方法和科學(xué)精神。

六、細化任務(wù)要求，查找整理化學(xué)史料，提升學(xué)生獲取信息能力

獲取信息的能力是新時代人才應(yīng)具備的能力素質(zhì)之一。教科書中的化學(xué)史往往比較簡要但又意義非凡，這些具有重要意義的化學(xué)史背后肯定有值得學(xué)生汲取的知識財富和精神財富，倘若都在課堂上加以介紹顯得不切實際。而最有效的途徑之一就是讓學(xué)生在問題任務(wù)驅(qū)動下去查閱相關(guān)的化學(xué)史資料，檢索整理出有價值的信息，作為新課學(xué)習(xí)的先導(dǎo)材料，為新知識的習(xí)得作鋪墊。由于課堂教學(xué)時間較短，可將有些與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的化學(xué)史設(shè)置成問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生搜集相應(yīng)材料并進行小組合作交流，從而培養(yǎng)學(xué)生查找、獲取、整理信息的能力。

例如，在“元素符號”的教學(xué)前，筆者讓學(xué)生查閱古代煉金術(shù)士所用的各種金屬元素符號和道爾頓的元素符號，了解兩種符號所代表的意義，思考這兩種表達方式的不足。在學(xué)生得知“煉金術(shù)士所用符號與物質(zhì)組成沒有實質(zhì)的關(guān)系，且不同的煉金術(shù)士對同一個符號的釋義有時也不同”“道爾頓的元素符號表示方式繁瑣、記憶困難”后，再給學(xué)生介紹沿用至今的化學(xué)元素符號的書寫方式，讓學(xué)生體會現(xiàn)用的元素符號的簡便性和統(tǒng)一性，認識到元素符號不僅為學(xué)習(xí)和研究化學(xué)帶來了方便，也給各個國家進行化學(xué)學(xué)術(shù)交流提供了通用的符號語言，從而避免了因死記硬背而使學(xué)生產(chǎn)生的枯燥感和畏難情緒。在學(xué)習(xí)元素周期表時，筆者將“元素周期表的由來”“門捷列夫根據(jù)元素周期表預(yù)言了哪些元素”“元素周期表的確立有什么意義”“各種各樣的元素周期表”等化學(xué)史內(nèi)容作為課外自主選擇性作業(yè)，讓學(xué)生先分組收集查閱資料，分類整理，再帶到課堂與同學(xué)交流。

總之，在初中化學(xué)教學(xué)中，教師可根據(jù)教學(xué)目標甄選、整理化學(xué)史素材，設(shè)計出以化學(xué)史為背景的教學(xué)主題和習(xí)題，將化學(xué)史和化學(xué)教學(xué)內(nèi)容有機結(jié)合起來，促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：趙曉梅）