新課標理念下基于化學史的探究學習教學設計

【摘 要】新課標理念下化學史與探究學習在化學教學中占有很重要的一席，科學家的科學探究與學生的科學探究的本質一致性決定了教師教學設計。結合實際教學內容，基于化學史針對探究學習的構成要素進行學生探究學習的教學設計，能有效地促進學生的探究學習。

【關鍵詞】化學史 探究學習 教學設計

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2015）04B-0064-03

新課標理念強調化學教學要“結合人類探索物質及其變化的歷史與化學科學發展的趨勢，引導學生進一步學習化學的基本原理和基本方法，形成科學的世界觀”，“通過以化學實驗為主的多種探究活動，使學生體驗科學探究的過程，激發學習化學的興趣，強化科學探究的意識，促進學習方式的改變，培養學生的創新精神和實踐能力”。可見，化學史教育與探究學習在如今的中學化學教學中已占有相當重要的地位。化學史例在某些新教材中占據更大的比重，出現形式也多樣化。化學教師在教學中也已逐漸改變以灌輸講授為中心、以被動接受學習為主的教學與學習方式，嘗試引導學生主動去學習探究。那么，在化學教學中，如何挖掘化學史在化學探究學習中的價值，更好地應用化學史資料，讓學生更為主動并有效地去建構事物的意義呢？筆者認為核心在于教學設計上。

建構主義理論認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境下，通過與他人（教師和同學）的協作與會話，依靠必需的學習資料，在自身原有的知識結構基礎上通過自主意義建構的方式而獲得，倘若這種情境能更接近、更符合實際情況，那么這時的意義建構將更為有效。因此，筆者認為結合具體教學內容以化學史例為導引或支架進行教學設計，引導學生進行探究學習是一種較好的方法。

一、基于化學史進行探究學習教學設計的可行性分析

從化學史上我們可以發現，化學家們一般耗費了較長時間來對未知世界進行探究，其目的是發現科學原理和規律，建立科學理論，而學生的探究一般是在課堂上花費較短時間對科學家已發現的科學原理、規律和理論進行探究，目的是理解科學知識、掌握科學方法，是一個知識的再生產過程。盡管化學家的科學探究與學生的探究學習在探究的時間、目的和對象上有所差異，但兩者在本質上是一致的，都是一個從未知到已知的探索、發現的過程，也都是把感知客體作為理解的前提，通過具體的實踐活動達到對知識的理解。簡單來講，探究學習其實就是一種模仿科學家探究的探究。故借助于科學家的研究歷程可以為學生的探究學習找到探究的素材、分析問題的思路和解決問題的方法，為學生對知識的意義建構找到捷徑，在探究過程中提高他們的科學素養。

二、基于化學史的探究教學設計方法與策略

目前較為公認的探究學習構成要素為：提出問題——收集資料——猜想假設——實驗驗證——得出結論——評價反思。下面筆者以人教版高中化學教材必修2第三章第二節“來自石油和煤的兩種基本化工原料”中的苯內容為例，來說明基于化學如何針對探究學習的構成要素來進行教學設計。

（一）精心設計化學史實，為學生的探究學習創設“提出問題”的情境

探究學習是基于問題為中心的學習模式，而問題是具有一定的情境性的。在教學設計中，我們教師都希望在課堂中創設恰當的問題情境，以便能更為自然地提出一些啟發性、生動性的問題或者是在這種情境中讓學生感知并主動地提出將要探究的問題。那么，哪里可以找到這方面的資料呢？毫無疑問，化學史例就是一個豐富的資料寶庫。因為科學家在開始進行研究時，也是在某些情境問題的引發下，經過周密的實驗設計才揭開了自然界的許多奧密。本例教學設計如下：

【情景導入】同學們，我們先來進行一個知識競猜，請問2001年在美國搞了911恐怖事件的是誰？（本·拉登）這個本·拉登造成了人類歷史上的大災難，但此后他就消失了，成為世界上的一個迷，直到十年之后，2011年5月1日，本·拉登在巴基斯坦被美軍擊斃。湊巧的是，曾經在十九世紀，也有一個“本”對于當時的科學界是一個很大的迷，這就是今天我們要學習的內容苯（板書）（學生笑）。苯的分子結構曾令不少科學家絞盡腦汁，不過此苯非彼本也，前本給人類帶來了的是巨大災難，而后苯在我們的化學發展史上卻有著光輝的一筆！首先我們先來回顧歷史，看一下苯是怎樣發現的。

【投影】苯的發現歷史。（略）

本段設計由恐怖分子本·拉登的名字與苯的諧音和藏身之迷引出科學史上對苯的探究之迷，在巧合與疑惑之中教師自然地提出了本課中要探究的課題——苯分子結構，活躍了課堂氣氛，激發學生探究興趣。之后教師再結合化學史介紹英國科學家法拉第對苯的發現過程，培養學生批判精神和不斷追求的進取精神。由此可見，化學史例經過教師一定程度的智慧加工，可成為學生探究學習提供情境問題的源泉。

（二）精心設計化學史例，為學生的探究學習提供問題解決所必須的資料

資料的收集是探究學習的重要環節，收集的途徑也有多種，由于課堂上的探究學習受到空間與時間的限制，學生通常并不能得到有效的資料。因此，需要教師提供一些與此有關的有用資料讓學生去分析和處理，有效地幫助他們完成探究學習。倘若這些資料能在一種歷史情境中出現的話，學生將會覺得這樣的探究會更有意義，也更有興趣將探究進行到底。本例教學設計如下：

【情景導入】現在，讓我們追溯歷史，和當時的科學家一起來探索苯的分子結構這個神秘之迷吧，當時的科學家經過大量辛苦的研究已經取得了大量成果，請看屏幕。

【投影】1.苯的組成元素C，H。

2.法國化學家日拉爾等人確定了苯蒸汽密度為同溫、同壓下乙炔氣體密度的 3 倍。

【實驗演示】苯的燃燒。（先由大量濃煙的現象讓學生猜測苯中的含碳量）

【投影】3.苯的含碳量高達92.3%。

【設問】根據以上信息，假如你在那時，你能得出什么結果？（請學生板書并說出思維過程）

【過渡】很好！思路清晰，謝謝這位聰明的小科學家。我們已經完成了探究的第一步，獲得了苯的化學式，下面我們繼續探索。

【投影】當時已知的有機理論：碳四價學說和碳鏈學說。

【設問】按照當時的理論，假如你在那時，你認為苯有什么可能結構？（請學生板書）

【設問】若苯分子為上述結構之一，根據你們已有知識，它可能具有什么化學性質？能設計實驗來驗證嗎？

本段教學設計中，筆者深入挖掘苯的科學發現史，創設了一個讓學生模仿科學家探究的情境，把當時的科學家所取得的研究的成果加工后作為資料提供給學生。在這個歷史情境中，學生需要借助已有知識對這些資料進行分析加工，最后解決苯的化學式的問題，享受了探究成功的喜悅，探究的積極性也大大提高了。另外，科學家正是由于受到了當時有機理論的限制才在研究苯分子結構陷入了困境，為此，筆者也把當時的有機理論作為資料提供給學生，讓他們在這個前提下進行猜想，為的就是讓學生也感受科學家當時極大的困惑，更大地激活了他們探究欲望。筆者還考慮到這一點，如沒有這兩種理論的限制，預習了教材的學生很可能寫出苯分子的環形結構，這將使得接下來疑問的提出和凱庫勒的引出不能自然地銜接與過度。由此可見，教師可以模擬科學家的研究過程，經過精心加工處理，根據化學史資料創設一個訓練學生分析、加工信息的情境，為學生開展探究學習提供有價值的材料，讓學生模仿化學家進行研究，解決問題。

（三）精心設計化學史例，讓學生體驗科學探究過程，學習科學方法

猜想與假設是科學探究過程中關鍵的一環，化學史中有大量的生動事例指出，化學大師們是如何熟練而巧妙地運用猜想與假設這些科學方法來取得重要成就的。筆者認為，化學教師如能利用這些事例重現科學家提出假說和驗證假說的探究過程，可以讓學生充分了解猜想與假設是科學探索的必經階段，是正確認識客觀規律的途徑和有效手段。在模仿中讓學生掌握這些科學方法，提高科學探究的能力。本例教學設計如下：

【情景導入】剛才這位同學通過實驗驗證了苯分子并不是碳碳雙鍵或碳碳三鍵的碳鏈結構，那么苯分子到底有什么樣的結構呢？ 受當時的理論限制，科學家們百思不得其解，最終是誰解決了這個迷呢？經過大量研究和探索，這個迷最終被德國化學家凱庫勒揭開了，他的這個發現為化學史寫上了光輝的一筆。

【投影】凱庫勒的相片、介紹、成就及名言。（略）

【講述】化學史故事《夢中的出現》。（略）

【投影】首尾相連的蛇。（略）

【過渡】現在我們來回顧歷史，重現凱庫勒由夢而始的探索歷程，看它對我們有沒有什么啟示？

【投影】1866年，凱庫勒在《關于芳香族化合物的研究》一文中提出了兩個假說：

1.苯的6個碳原子形成環狀閉鏈，即平面六角閉鏈。

2.各碳原子之間存在著單雙鍵交替形式。

【設問】對于凱庫勒提出的假說你有什么看法？

【投影】根據假說1：苯的一元取代物應該只有一種。

實驗事實1：苯的溴一元取代物只有一種。→證實了假說1是正確的。

1935年，詹斯用X射線衍射法證實苯環是平面的正六角形。

【投影】電子顯微鏡拍攝的苯分子照片。

【投影】根據假說2：苯的鄰位二元取代物應有兩種。

實驗事實2：苯的鄰位二元取代物只有一種。→證實了假說2是有缺陷的！

1872年，凱庫勒又提出了新論點。（略）

本段教學設計中，由于教材中沒有苯分子結構的研究過程，滿足不了學生追根問底的好奇心，故筆者深入挖掘化學史，將凱庫勒的研究過程和一些資料補充進來，使學生親身體驗科學理論形成所經歷的提出假說——證實或證偽——進一步提出假說并進一步求證的探究過程，這樣將過去的講授式教學變成探究性學習。學生不僅獲得了陳述性知識，而且獲得了程序性知識。由此可見，科學家的探究過程能為我們進行教學設計提供了一個可借鑒的思路。讓學生學到科學研究的基本方法和策略，感受到科學家嚴謹的科學態度和實事求是的科學精神。

（四）精心設計化學史例，重現化學經典實驗，發展學生實驗探究能力

化學家的每一個結論都是經過精心的實驗設計，得出實驗事實后再通過嚴密的邏輯推理得出來的。教師可以選擇那些原理和操作方法較為簡單的經典實驗，組織學生按化學家的方法重新演示。對于比較復雜、難度較高的，可以只做其中一部分，或利用多媒體進行原理模擬或是作為史實資料直接提供給學生。在本例中，因為凱庫勒的驗證實驗比較復雜所以沒有在課堂上進行演示，只作為化學史實直接展現給學生。但如果是一些比較簡單的實驗就完全可以在課堂上演示或讓學生去完成，例如在探究原電池原理時，就可在課堂上重現伽伐尼的經典實驗（靈敏電流計連兩根導線，一端連接鋅片，另一端連接銅片。將鋅片和銅片同時碰觸剝去外皮的青蛙腿）。在實驗的展示過程中，學生感受到了科學的神奇和成功的快樂，感受到了科學家在實驗設計時超人的聰明才智和對科學一絲不茍的精神，發展了實驗探究能力。

（五）精心設計化學史例，提高學生在探究學習中形成結論的能力

探究結論是在事實證據的基礎上通過一定的思維方法，分析論證而得出的。化學發展史上的每一個科學結論的獲得，都是化學家們通過獲取和處理大量相關信息，在大量的科學事實和嚴密的推理論證基礎之上得出的。基于化學史的探究學習教學設計可以讓學生跟隨科學家的研究思路，在收集大量證據的基礎上，對事實與證據進行加工與整理，找出它們之間的相互聯系和因果關系，找出事實證據與假設之間的關系。通過歸類比較、分析綜合、歸納演繹、概括抽象等方法，找出事實證據之間的本質聯系和內在規律，從而形成科學結論。這是一個高水平的思維過程，同時也是學生形成超越已有的知識的新的理解、實現認識質的飛躍的過程。因此，借助化學史實重現科學家的研究過程，可以很好地發展學生分析并組織信息從而得出最后結論的能力。在本例教學設計中，學生順著科學家們的探究過程可以很自然地得出苯分子特殊結構的結論。

（六）精心設計化學史例，提高學生在探究學習中的評價與反思能力

反思與評價貫穿于整個科學探究學習過程之中，是提高學生科學探究能力的關鍵。探究過程中，教師可引導學生分析評價化學家在科學研究時的成功與錯誤，促使學生用辨證的觀點認識化學的發展過程，引導學生分析化學家如何在研究中進行自我反思，培養他們多角度、多層次地對問題進行全面分析與思考的意識。探究的最后，教師可以引導學生進行反思與評價化學家的整個研究過程，使學生明確科學探究的步驟，掌握科學探究的方法，促使他們的探究活動成為一種有目標有策略的主動行為。

本段設計通過引導學生反思與評價凱庫勒的探究過程，總結出科學研究的一般方法，引申出有機物結構研究的一般過程和方法，讓學生更好地了解科學研究方法并能遷移應用。最后引導學生回顧評價所有對苯的研究作出貢獻的科學家，使學生知道化學研究的階段性和發展性，促使學生課后主動去查找資料了解自己感興趣的科學家，感受科學精神。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.高中化學課程標準（實驗稿）[M].北京：人民教育出版社，2003

[2]鐘啟泉，崔允郭，張華.為了中華民族的復興 為了每位學生的發展（《基礎教育改革綱要（試行）》解讀）[M].上海：華東師范大學出版社，2001

【作者簡介】范斌（1977-）男，江西臨川人，中學一級教師，課程與教學論（化學）專業碩士研究生。

（責編 盧建龍）