化學(xué)史的教育價值及教學(xué)策略

劉翠 邢蓓蓓

【摘 要】化學(xué)史是人類寶貴的精神資源，是化學(xué)課堂的生動素材，其教育價值主要體現(xiàn)在智育、德育及美育三個方面。研究化學(xué)史的教育價值和教學(xué)策略，有利于在化學(xué)教學(xué)中開展化學(xué)史教育，完善化學(xué)教學(xué)功能，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)史;教育價值;教學(xué)策略

【中圖分類號】G633.8? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2022）51-0024-04

【作者簡介】1.劉翠，江蘇師范大學(xué)（江蘇徐州，221116）化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院副教授;2.邢蓓蓓，江蘇師范大學(xué)（江蘇徐州，221116）化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院實驗師。

化學(xué)史是描述人類在長期社會實踐中形成的關(guān)于化學(xué)知識的歷史?；瘜W(xué)史的內(nèi)容是寶貴的人類精神資源， 是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的生動素材。[1]《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中的“情境素材建議”里提供了大量化學(xué)史素材，如電離理論、元素周期律的發(fā)展、氯氣的發(fā)現(xiàn)、人工合成氨、人工合成尿素、青蒿素的提取、氧化還原理論、核外電子運動模型等的歷史發(fā)展過程。研究化學(xué)史的教育價值和教學(xué)策略，有利于在化學(xué)教學(xué)中開展化學(xué)史教育，完善化學(xué)教學(xué)功能。

一、 化學(xué)史的教育價值

1.智育的價值

澳大利亞學(xué)者馬修斯曾提出將科學(xué)史融入科學(xué)教學(xué)能夠使教材更具人性化，吸引學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念的理解和對科學(xué)方法本質(zhì)的認(rèn)識?？茖W(xué)史還可以使學(xué)生了解科學(xué)知識的不定性與可變性，培養(yǎng)學(xué)生的批判意識。[2]化學(xué)史是科學(xué)史的重要分支，將其與化學(xué)教學(xué)相融合，對學(xué)生智力的增長有著獨特的價值。

化學(xué)史能夠促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建化學(xué)知識，理解化學(xué)學(xué)科本質(zhì)，掌握化學(xué)方法。例如，教師篩選典型、重要的化學(xué)史素材，多角度地展示人類對微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識過程和科學(xué)理論豐富與發(fā)展的過程，讓學(xué)生體會到技術(shù)手段和實驗證據(jù)對理論發(fā)展的促進(jìn)作用，從而提高學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識。

化學(xué)史創(chuàng)設(shè)的探究情境，有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判與質(zhì)疑精神?；瘜W(xué)史素材能讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)研究的過程不是一蹴而就的，在這個過程中可能會有困惑、矛盾或質(zhì)疑，不同的化學(xué)家也會有不同的主張，化學(xué)進(jìn)步的歷史是化學(xué)家不斷修正錯誤、追求真理的歷史。美國學(xué)者凱里和史密斯對現(xiàn)代的科學(xué)課程進(jìn)行評論時提出：實驗和動手做科學(xué)的科學(xué)教學(xué)過程有助于學(xué)生提升實驗設(shè)計及操作能力， 但是如果學(xué)生不能理解這些過程與技能對建構(gòu)科學(xué)知識的作用， 他們就不可能獲得對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識。[3]換句話說，用傳統(tǒng)的脫離情境的方式講述實驗技能、開展化學(xué)探究，不能讓學(xué)生獲得對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識;而利用豐富的化學(xué)史素材創(chuàng)設(shè)生動的教學(xué)情境，則有利于學(xué)生體會實驗技能及探究過程對化學(xué)研究的重要作用，促使他們通過探究構(gòu)建自己的科學(xué)知識體系，并在探究的過程中學(xué)會批判與反思，從而提升知識水平和能力。

2.德育的價值

化學(xué)史極具德育價值。美國科學(xué)史學(xué)家薩頓認(rèn)為科學(xué)史不僅是對科學(xué)事實的記錄、對學(xué)科思想或概念的鑒定，還是一門有道德教育意義的學(xué)問?？茖W(xué)史是一座聯(lián)結(jié)科學(xué)文化和人文文化的橋梁。[4]化學(xué)史使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)家也是普通人，化學(xué)家的努力往往具有連續(xù)性，在化學(xué)家的身上化學(xué)知識與智慧并存。這可以使學(xué)生更好地理解與評價科學(xué)事業(yè)， 激發(fā)其探究科學(xué)的熱情， 培養(yǎng)其堅韌不拔的意志。化學(xué)史德育的價值主要體現(xiàn)在它能促使學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，樂于探索與實踐，學(xué)會批判與創(chuàng)造，培養(yǎng)愛國主義與辯證唯物主義精神等。

3.美育的價值

化學(xué)家在追求真理的同時也在追求著美，化學(xué)學(xué)科本身既體現(xiàn)著真又蘊藏著美。英國科學(xué)家麥卡里斯特認(rèn)為現(xiàn)代科學(xué)最引人注目的特征之一，就是許多科學(xué)家都相信他們的審美感覺能夠引導(dǎo)他們到達(dá)真理。[5]可見，化學(xué)家追求真理的過程便體現(xiàn)著對美的追求?；瘜W(xué)的美有多種，如和諧美、對稱美、守恒美、秩序美、實驗美等。學(xué)生在探究實驗的過程中，能夠發(fā)現(xiàn)實驗裝置的和諧、實驗現(xiàn)象的奇妙、實驗方法的巧妙等，體會到克服困難、解決問題、獲得新知的美妙感與幸福感，從而認(rèn)同化學(xué)家們發(fā)現(xiàn)化學(xué)之美的歷程和追求真理的精神。

二、 化學(xué)史的教學(xué)策略

1.有機融合策略

英國學(xué)者孟克和奧斯本于1997年提出6段式化學(xué)史教學(xué)融合模式（見圖1），該教學(xué)模式僅適用于所學(xué)內(nèi)容是化學(xué)史上某個科學(xué)家曾經(jīng)研究過的自然現(xiàn)象[6]，具體教學(xué)環(huán)節(jié)如下。

該模式的特點為：（1）將科學(xué)史的學(xué)習(xí)與當(dāng)前的科學(xué)概念和理論的學(xué)習(xí)有機地融合在一起，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)和建構(gòu)知識;（2）將科學(xué)史的學(xué)習(xí)與問題解決的探究過程有機結(jié)合，使學(xué)生認(rèn)識到探究過程不是一帆風(fēng)順的，可能會出現(xiàn)突發(fā)情況、遭遇失敗，需要不斷調(diào)整計劃，多次嘗試;（3）通過探究活動實現(xiàn)觀念轉(zhuǎn)變，形成正確的科學(xué)觀念。該教學(xué)模式要求化學(xué)教師對所要開展的實驗教學(xué)相關(guān)的歷史背景、教學(xué)目標(biāo)及問題設(shè)計等有明確的認(rèn)識，從而幫助學(xué)生研究化學(xué)史、理解科學(xué)知識。

以蘇教版高中化學(xué)必修第一冊專題3第一單元“氯氣的發(fā)現(xiàn)與制備”為例，教學(xué)設(shè)計思路如下。

第一階段：教師講述海水中含有大量的氯元素，但其單質(zhì)氯氣的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡匀唤缰胁淮嬖谟坞x態(tài)的氯，氯都以化合態(tài)的形式存在。將濃鹽酸與二氧化錳混合在一起，可制備出氯氣。教師演示實驗室制備氯氣（見圖2），請學(xué)生觀察。

第二階段：教師講述實驗原理MnO2+4HCl（濃） [? ?△? ?] MnCl2+Cl2↑+2H2O。

第三階段：教師請學(xué)生閱讀氯氣的發(fā)現(xiàn)史，包括舍勒、戴維等科學(xué)家開展的研究工作，分析舍勒把濃鹽酸與軟錳礦混合在一起加熱的實驗原理，并與教師的演示實驗進(jìn)行比較。

第四階段：教師提出氯氣廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，原材料及氯氣的價格是篩選氯氣制備方法的重要因素。請學(xué)生閱讀19世紀(jì)科學(xué)家發(fā)明的電解飽和食鹽水制備氯氣的方法，分小組設(shè)計實驗方案，模擬工業(yè)制備氯氣的過程。（見圖3）

第五階段：小組之間分享設(shè)計方案，選出最佳實驗方案。教師展示制備氯氣的裝置并完成氯氣制備實驗，請學(xué)生觀察和記錄實驗現(xiàn)象。

第六階段：教師講述電解飽和食鹽水發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式，并介紹氯堿工業(yè)。教師請學(xué)生閱讀教材中的《學(xué)科提煉》欄目，思考電解對化學(xué)學(xué)科及人類社會發(fā)展的促進(jìn)作用。

2.有效對話策略

有效對話策略指在化學(xué)探究過程中，教師與學(xué)生圍繞有關(guān)科學(xué)本質(zhì)的問題開展對話、討論與反思，從而領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)方式。[7]教學(xué)環(huán)節(jié)如圖4所示。

環(huán)節(jié)一：教師創(chuàng)設(shè)化學(xué)史教學(xué)情境，提供活動材料，讓學(xué)生分小組進(jìn)行探究活動。

環(huán)節(jié)二：學(xué)生學(xué)習(xí)史料，自主開展探究活動，并提出猜想與假設(shè)。

環(huán)節(jié)三：小組成員合作設(shè)計并制訂實驗方案，開展實驗或?qū)嵤┱{(diào)查，記錄實驗現(xiàn)象，處理數(shù)據(jù)資料，最終得出結(jié)論。

環(huán)節(jié)四：小組內(nèi)初步分析、解釋，交流和討論證據(jù)與結(jié)論、假設(shè)與結(jié)論的關(guān)系，針對自己的探究結(jié)果進(jìn)行反思。

環(huán)節(jié)五：小組討論，并與教師溝通，完成學(xué)生反思單。（見圖5）

3.創(chuàng)意寫作策略

寫作是一種交流思想的工具，其目的在于發(fā)現(xiàn)問題，作出推論，便于反思、評價與交流，屬于創(chuàng)造性勞動。美國學(xué)者斯托達(dá)特認(rèn)為科學(xué)學(xué)習(xí)和語言表達(dá)學(xué)習(xí)彼此互惠、協(xié)同作用。在科學(xué)學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行創(chuàng)意寫作，有利于學(xué)生形成科學(xué)概念，掌握科學(xué)規(guī)律，理解科學(xué)本質(zhì)，學(xué)會自我反思。[8]化學(xué)史教學(xué)中的創(chuàng)意寫作主要有三種類型：科學(xué)實驗日記、科學(xué)研究評論和科學(xué)論文。（見表1）

創(chuàng)意寫作策略要求學(xué)生在課后完成，形式多樣，注重師生之間的交流與反思。例如，蘇教版化學(xué)必修第一冊專題2第三單元“人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識”中有一題是：請學(xué)生根據(jù)1808年道爾頓編著的《化學(xué)哲學(xué)的新體系》一書中的觀點提出自己的看法。這屬于科學(xué)研究評論。再如，學(xué)習(xí)蘇教版化學(xué)必修第二冊“人工固氮——合成氨”一節(jié)時，教師要求學(xué)生完成教材《交流與討論》欄目中的學(xué)習(xí)任務(wù)：根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，查閱文獻(xiàn)，寫一篇合成氨技術(shù)相關(guān)的論文。這屬于科學(xué)論文。學(xué)生在創(chuàng)意寫作中回顧科技發(fā)展史，反思自己的化學(xué)探究或調(diào)研活動，從而加深對化學(xué)概念和化學(xué)方法的理解，為自己的化學(xué)探究活動留下痕跡，加深對科學(xué)本質(zhì)的理解。

三、 結(jié)論

化學(xué)史是一項寶貴的教學(xué)資源，在科學(xué)概念構(gòu)建、科學(xué)方法滲透、科學(xué)精神培養(yǎng)等方面極具教育價值。教師應(yīng)該結(jié)合化學(xué)教材與教學(xué)內(nèi)容，積極開發(fā)化學(xué)史學(xué)習(xí)材料，配合恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，將化學(xué)史與化學(xué)教學(xué)深度融合，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)精神的培養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]汪明，張睦楚，賈彥琪，等.當(dāng)前科學(xué)史教學(xué)常見問題盤點[J]. 教育評論，2015（5）： 117-119.

[2]袁維新.論科學(xué)史的教育價值[J].自然辯證法通訊，2006（3）：72-77，111.

[3]CAREY S， SMITH C.On understanding the Nature of Scientific Knowledge[J].Educational Psychologist，1993，28（3）：235-251.

[4]任玉鳳. 教育中的科學(xué)史與科學(xué)史中的教育[J].內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報（人文社會科學(xué)版），2002 （6）：14-17.

[5]詹姆斯·W.麥卡里斯特.美與科學(xué)革命[M].李為，譯.長春：吉林人民出版社，2000：108.

[6]黃曉娜，吳先球.國內(nèi)HPS教育融入中學(xué)物理教學(xué)的研究綜述[J].物理教師，2020 （7）：2-7.

[7]袁維新.HPS教育：一種新的科學(xué)教育范式[J]. 教育科學(xué)研究，2010（7）：48-51，55.

[8]王全.借鑒歐盟HIPST計劃實現(xiàn)物理學(xué)史的教育價值[J].物理教師，2015（9）：2-4，10.