基于化學史驅(qū)動的高中化學教學策略研究

楊微

化學史對學生學習化學具有積極作用。教師應(yīng)當圍繞化學學科歷史，進一步挖掘課本中的化學史資料，引導與啟發(fā)學生認識和理解化學概念、了解化學原理的形成與發(fā)展，從而激發(fā)學生的求知欲，讓學生在興趣驅(qū)使下積極參與化學實驗及實踐活動，靈活利用所學知識解決實際問題，經(jīng)歷從知識學習到實際應(yīng)用的完整過程，不斷地構(gòu)建并完善現(xiàn)有的化學知識體系?；瘜W史在高中化學教學中的應(yīng)用，應(yīng)當體現(xiàn)出“靈活多變”“高效互動”“豐富多彩”等特點。教師既要借助化學史引領(lǐng)學生又好又快地掌握化學知識，又要結(jié)合化學史資源、素材等設(shè)計形式多樣的化學教學活動，讓學生在了解化學家探索科學奧秘的思維歷程、化學學科發(fā)展歷史的過程中理解并內(nèi)化化學知識、掌握科學方法，更要進一步通過化學史在化學教學中的運用與滲透，加強學科核心素養(yǎng)培育工作，落實立德樹人根本任務(wù)，為學生接下來的學習奠定基礎(chǔ)。

一、聚焦概念知識，追溯史料，布置學習任務(wù)

預習是高效課堂必不可少的“前奏”。然而，大多數(shù)情況下，大部分教師并沒有在學生預習階段提出具體的要求，或是提出的具體要求過于傳統(tǒng)———提前簡單地看下課本就成，以致學生預習動力不足，也難以理解預習的作用，長此以往，就未能養(yǎng)成良好的預習習慣。鑒于此，下面以“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”這一單元的概念知識為例，闡述利用化學史料輔助學生預習化學、教師開展化學概念教學的有效策略。

（一）基于化學史料，布置預習任務(wù)

化學概念大多數(shù)比較抽象，而“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”這一單元的概念不僅抽象，還涉及多個領(lǐng)域，如電離平衡涉及電離理論、電解質(zhì)、電離、電導性的概念及其含義，還有水的電離和溶液的pH、酸堿特性等。在各小節(jié)知識講解前，教師應(yīng)當布置與概念知識相關(guān)的預習任務(wù)，引導學生在課前完成預習任務(wù)、初步熟悉所要學習的化學概念，為在課堂有目的地學習奠定基礎(chǔ)。

例如，在“電離平衡”課堂教學前，教師可以圍繞這一節(jié)所涉及的化學概念，查閱、下載相關(guān)的化學史料，設(shè)計相關(guān)的預習任務(wù)，讓學生養(yǎng)成收集并利用史料學習化學概念的好習慣。為此，筆者設(shè)計并安排了以下任務(wù)：

（1）復習化學平衡、電解質(zhì)相關(guān)概念。

（2）查找并梳理“電離理論”的發(fā)展史，認識“電離理論”的由來、核心觀念。

（3）結(jié)合發(fā)展史去解讀電離平衡、電導性等相關(guān)概念。這樣一來，學生們就能在閱讀教師所推送的資料時，或是自己檢索資料的過程中，學習新知識，通過預習進行查漏補缺，并鍛煉搜集能力、信息處理能力，為終身學習奠定良好基礎(chǔ)。

（二）追溯史料，高效理解化學概念

化學概念看似簡單，但實際上化學概念的形成、發(fā)展是十分曲折的。在化學發(fā)展史上，不乏為了驗證化學概念或是證明某種觀念而獻出生命的化學家，而且化學概念從形成、探索到驗證，再到推廣與認可，往往都會掀起一場關(guān)于科學觀念、科學發(fā)展的革命。而這與學生認識化學、形成化學概念，進而學會運用化學概念認識世界、解決問題的過程是極為相似的———都是觀念、思想與認知的轉(zhuǎn)變。鑒于此，教師應(yīng)在化學概念的講解中，主動引入化學家探索化學概念的故事，通過追溯史料來落實立德樹人這一根本任務(wù)，幫助學生借助化學史料快速理解化學概念，由此促進學生化學素養(yǎng)的形成與發(fā)展。例如，在“電離平衡”課堂上，通過完成預習任務(wù)，大部分學生已經(jīng)初步了解“電離理論”，對相關(guān)概念形成了初步認識。為了加深學生對化學概念的理解，教師可以利用PPT或是微課視頻，將電離理論的發(fā)展史直觀地呈現(xiàn)在學生面前：

法拉第在“關(guān)于電的研究中”首次提出了“電解質(zhì)”并詮釋了其概念，即電解質(zhì)是在電流作業(yè)下能夠變成陰、陽離子傳導電流的物質(zhì)。他主張“不通電的情況下，電解質(zhì)是不分離”的觀點，也是化學史上最初關(guān)于電解質(zhì)的權(quán)威觀念。這一觀念因為法拉第的名氣和權(quán)威得到當時化學家的普遍認可與支持。

拉烏爾是最先認識到“電解質(zhì)在不通電的情況仍舊存在某種程度上離解”這一性質(zhì)的。其在研究“稀溶液的依數(shù)性”時，在法拉第電解質(zhì)的概念上提出了新的猜想。不過，由于法拉第名氣大于他，且法拉第是電領(lǐng)域的權(quán)威，因此拉烏爾的觀念并沒有在當時得到認可與重視，反而被其他科學家所排斥、反對。

阿倫尼烏斯在畢業(yè)研究中，展開了大量的實驗，并基于實驗結(jié)果在畢業(yè)論文中提出了電解質(zhì)的“導電性”，打破了法拉第的權(quán)威，讓其他科學家們認識到，權(quán)威并不一定是對的。“在水中，電解質(zhì)溶液會自發(fā)地、大量地離解成正、負離子”的觀念也在奧斯特瓦爾德和范特霍夫的支持、幫助下得到了學界的認可，“電離理論”才真正被世人采納?，F(xiàn)今教材中的“電離理論”也是由此而來。

借助這些史料，引導學生體會拉烏爾猜想不被認可、被權(quán)威壓制的艱辛，感受阿倫尼烏斯敢于打破權(quán)威的勇氣和實踐精神。通過了解“電解質(zhì)”“電離”“電離理論”概念的形成過程，幫助學生樹立嚴謹、端正的科學態(tài)度，學會尊重他人的科學成果，形成正確學習科學知識的觀念。

二、圍繞科學探究，以史為據(jù)，驅(qū)動學生探索新知

科學探究是學生學習化學不可或缺的過程，也是學生探索新知、鞏固所學的關(guān)鍵途徑。以史為據(jù)，主張的是讓學生在了解科學家曾經(jīng)做過的實驗，并在此基礎(chǔ)上將化學知識與教學目標融合起來，引領(lǐng)學生在探索、實驗中測試，一個一個問題地進行猜想與驗證，從而激活學生的思維與調(diào)動其學習的積極性，讓其在不斷地思考與實驗中得出最終的答案與結(jié)論。下面以“化學平衡常數(shù)”為例，闡述如何以史為據(jù)，讓學生們擁有自主設(shè)計與實驗的能力，達到預期的教學目標與效果。

（一）創(chuàng)設(shè)實驗情境，引發(fā)學生思考

化學平衡常數(shù)，是化學反應(yīng)研究中的重要概念、參數(shù)與工具。在工業(yè)實際生產(chǎn)中，化學平衡常數(shù)具有十分重要的作用。鑒于此，教師應(yīng)當根據(jù)新課標所提出的“借鑒科學發(fā)展中獲得理論的方法，重建教學單元主題呈現(xiàn)的順序和方式，體現(xiàn)學科的思想或知識發(fā)展內(nèi)涵”要求，從化學平衡常數(shù)的由來、發(fā)展以及應(yīng)用入手，規(guī)劃“工業(yè)生產(chǎn)中的化學平衡常數(shù)”主題活動，將工業(yè)生產(chǎn)實踐與化學課本知識、學生生活實際聯(lián)系起來，引導學生在情境中主動探索、構(gòu)建關(guān)于化學平衡常數(shù)的知識體系，認識到化學平衡常數(shù)的概念內(nèi)涵、實際價值。例如，課堂上，教師可以利用電子白板導入肥皂的生產(chǎn)視頻，啟發(fā)學生思考：化學平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率都能定量地衡量反應(yīng)的限度，為什么工業(yè)上更看重化學平衡常數(shù)而不是平衡轉(zhuǎn)化率呢？為什么不能將“平衡轉(zhuǎn)化率”簡單地視為一種計算方法？隨后，導入數(shù)學家古德貝格和化學家瓦格用實驗確立了“質(zhì)量作用定律”的內(nèi)容，并用分子碰撞理論證明反應(yīng)速率與有效質(zhì)量（即濃度）的關(guān)系的化學史料，讓學生借助化學史料進一步認識與理解化學平衡常數(shù)的由來與發(fā)展，初步建立關(guān)于“化學平衡常數(shù)”的概念，為后續(xù)實驗探究奠定基礎(chǔ)。

（二）通過材料閱讀，設(shè)計與展開實驗

在數(shù)學家古德貝格和化學家瓦格關(guān)于化學平衡常數(shù)史料的基礎(chǔ)上，引導學生聚焦工業(yè)上制備氫氣的重要途徑。如，由在800℃時，K=１，化學反應(yīng)１和化學反應(yīng)２的起始濃度不同，引出關(guān)于化學平衡常數(shù)的核心問題———“如果反應(yīng)１和反應(yīng)２達到平衡的時間相同，工業(yè)上選擇哪種投料方式所獲得的生產(chǎn)效率更高？”最初的時候，大部分學生都沒有反應(yīng)過來，未能運用化學平衡常數(shù)來分析、解決這一問題。

此時，筆者利用思維導圖或是微課視頻，向?qū)W生展示“化學反應(yīng)速率”“化學親和力”“平衡移動的經(jīng)驗規(guī)則，即勒夏特列原理”“質(zhì)量作用定律”“化學平衡常數(shù)”這些概念的由來以及內(nèi)在聯(lián)系的關(guān)系，引領(lǐng)學生認識勒夏特列、范特霍夫等科學家們是如何一點一點探索出化學平衡常數(shù)，推導出“化學平衡與標準吉布斯自由能變之間關(guān)系式”的相關(guān)化學史，并讓學生置身于該情境之中，從初始平衡濃度、“等效平衡”觀念以及平衡轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系入手，探討在一定溫度下化學反應(yīng)1與化學反應(yīng)2之間平衡轉(zhuǎn)化率的計算。

由此，學生通過這一啟發(fā)，意識到在分析反應(yīng)1與反應(yīng)2的生產(chǎn)效率時，應(yīng)當圍繞平衡常數(shù)、原料成本以及CO的改變等因素，運用CO的利用效率來推導生產(chǎn)效率的高低，認清平衡轉(zhuǎn)化率α與起始濃度、平衡濃度之間的關(guān)系：平衡轉(zhuǎn)化率α＝（該反應(yīng)物的起始濃度-該反應(yīng)物的平衡濃度）/該反應(yīng)物的起始濃度。該公式的計算應(yīng)該在一定溫度和一定起始濃度下展開，并圍繞反應(yīng)所處的條件來分析反應(yīng)進行的限度，判斷反應(yīng)進行的方向，可以根據(jù)Qc與K的大小比較得出結(jié)論：即Qc＜K時，反應(yīng)正向進行；Qc=K時，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；Qc＞K時，反應(yīng)逆向進行。

三、聚焦學生認知，活用史料，突破教學重難點

化學教學中，諸多重難點知識令學生產(chǎn)生畏懼情緒。部分學生在遇到這些知識點時，往往缺乏學習主動性與積極性，越難的知識點就越不愿意學，不愿意學就更覺得這些知識非常難，從而陷入“死循環(huán)”。而任何科學理論的發(fā)展都是曲折向前的，不會因為難就停滯不前。在化學教學過程中，為了幫助學生突破教學重難點，教師應(yīng)根據(jù)知識點的難易程度，結(jié)合學生的認知水平以及學習現(xiàn)狀，找到學生的思維障礙，并通過導入化學史來幫助學生解決學習難點。下面以教學“鹽類的水解”為例，探討如何活用化學史料，幫助學生突破教學重難點。

首先，要解析教學重難點。這一節(jié)課的重難點一共有兩個：一是鹽在水溶液中電離的自發(fā)性；二是鹽發(fā)生電離時能量的來源。從學生學習視角來看，想要突破教學重難點，就要讓學生在電解質(zhì)、電離概念的基礎(chǔ)上，認識并了解鹽在水中的離解現(xiàn)象以及離解能量的由來。最佳的途徑就是從學生在九年級化學中所學的“酸和堿”以及“電離平衡”等知識與既有學習經(jīng)驗入手，根據(jù)“酸溶液中都含有氫離子，堿溶液中都含有氫氧根離子”的固有印象，將“鹽類的水解”與“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”內(nèi)容串聯(lián)起來，聚焦電解質(zhì)溶液導電性實驗中關(guān)于水的電解以及溶液的pH，設(shè)計驅(qū)動性問題：稀強酸溶液中的氫離子來自哪里？濃強酸溶液中的氫離子來自哪里？如何認識鹽類的水解的自發(fā)性以及電離過程中能量的來源？

然后，聚焦驅(qū)動性問題，借助信息技術(shù)與項目化學習流程，導入相關(guān)的化學史內(nèi)容，驅(qū)動學生自主探索、解決問題，構(gòu)建知識體系：利用PPT揭示英國化學家尼科爾森和卡里斯爾的推測“水溶液中是存在離子的”，格羅特斯和法拉第將水溶液中離子的來源歸結(jié)于電流的作用，以及拉烏爾“鹽分子解離不需要電流作用”等主張，展示格羅特斯提出的解釋電解水現(xiàn)象示意圖、德拜和休格爾的“離子氛”示意圖，由此揭示鹽溶液中各種離子的存在及由來，建立由離子構(gòu)成的物質(zhì)如氯化鈉溶液的電離模型，加深學生對“鹽的水解”概念、原理及形成的認識與理解。

最后，依托化學史設(shè)計學習素材以及測試題，構(gòu)建“教、學、評”一體化模式。例如，在結(jié)束“鹽的水解”課堂教學后，教師可將相關(guān)化學史融入課后習題之中，讓學生根據(jù)史料，對“鹽的水解”進一步提出預測或是假說。學生提出各種假說，如“鹽的水解能源來自電離子本身或是與化學鍵之間的作用有關(guān)”“鹽的水解在任何情況下都發(fā)生”，等等，教師可根據(jù)學生的看法、闡釋等，評價學生的學習效果，進一步引導學生通過實驗、實踐來驗證自己的觀點，培養(yǎng)學生的科學探究與創(chuàng)新意識、學科素養(yǎng)。

四、結(jié)語

化學，對于不少高中生而言，是復雜、抽象和難懂的，他們在化學學習過程中會覺得比較吃力，容易產(chǎn)生畏難心理。若是教師仍舊采用傳統(tǒng)的教學方式照本宣科地進行講課，既無法消除學生對化學知識的畏難心理，也難以讓學生體會到化學學習的樂趣。而化學史的運用，可以從化學知識的由來以及相關(guān)的科學家故事來拉近學生與化學之間距離，引領(lǐng)學生深入淺出地理解化學知識，同時，還能豐富化學課堂教學內(nèi)容，進一步降低化學學習難度，從而提高化學教學質(zhì)量。值得注意的是，教師要聚焦學生學習現(xiàn)狀，將具體的教學內(nèi)容導入化學史，讓學生能恰到好處地借助化學史將抽象內(nèi)容具象化、簡單化，這樣才能真正發(fā)揮化學史的教育價值，并落實新課標的要求，促進學生化學素養(yǎng)與學習能力同步提升。