基于發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)史教育的實踐與思考

華麗芬

（江蘇省常州市前黃高級中學(xué)國際分校）

從事化學(xué)教育工作50多年的劉知新教授認(rèn)為：“化學(xué)教育不僅僅具有使受教育者理解和掌握化學(xué)知識與技能的功能，更蘊含著育人和篤行的重要功能。大學(xué)前化學(xué)教育的任務(wù)是能培養(yǎng)受教育者科學(xué)判斷真理，開啟探究科技世界的窗戶，倡導(dǎo)并引導(dǎo)他們樹立科學(xué)人文觀念，實現(xiàn)它所蘊含的啟智、益智、育人和篤行等方面的價值。”

在化學(xué)教學(xué)中，借助于化學(xué)史開展學(xué)科探究和知識生成，對于發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)有著重要的實踐價值和理論意義。

一、高中化學(xué)核心素養(yǎng)提出的背景與含義

為落實“立德樹人”的教育根本任務(wù)，充分發(fā)揮課程在人才培養(yǎng)中的核心作用，高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組根據(jù)《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》和高中化學(xué)課程特點，提出包含“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)識”“實驗探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神和社會責(zé)任”等五個要素的高中化學(xué)核心素養(yǎng)，要求教師通過教學(xué)幫助學(xué)生逐步建立和發(fā)展“基于元素認(rèn)識物質(zhì)”“微粒之間存在相互作用”“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”“化學(xué)反應(yīng)中的守恒與平衡”“實驗是科學(xué)探究的基本過程和方法”等化學(xué)核心觀念。

二、高中化學(xué)史教育的實踐與思考

我國著名化學(xué)家、教育家傅鷹認(rèn)為：“化學(xué)給人以知識，化學(xué)史給人以智慧。”化學(xué)史提供了重要的科學(xué)史實、概念、原理及科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷史背景、現(xiàn)實來源及其應(yīng)用，可以加深學(xué)生對知識完整的理解；有助于學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家的研究方法，理解科學(xué)研究的過程；學(xué)習(xí)科學(xué)家高尚的品質(zhì)、科學(xué)的態(tài)度和人文精神。

1.再現(xiàn)化學(xué)史，創(chuàng)設(shè)問題情境，構(gòu)建化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能

化學(xué)史能讓學(xué)生了解化學(xué)理論中的概念和原理是在什么條件下被提出來的，以化學(xué)史為背景創(chuàng)設(shè)問題情境，學(xué)生從中可以感悟到科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問題、進行推理判斷、提出假設(shè)并進行驗證的科學(xué)思維過程。

【教學(xué)片段一】溶液的酸堿性

【提出問題】檢驗溶液酸堿性的方法有哪些？pH是什么？與溶液的酸堿性有何關(guān)系？

【材料一】17世紀(jì)英國化學(xué)家波義耳在一次實驗中不小心將濃鹽酸灑在了實驗室內(nèi)的紫羅蘭上，過了一會，他發(fā)現(xiàn)深紫色的紫羅蘭變成了紅色。這一奇怪的現(xiàn)象促使他進行了許多花木與酸堿相互作用的實驗，由此他發(fā)現(xiàn)了大部分花草受酸或堿作用都能改變顏色，其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明顯，它遇酸變成紅色，遇堿變成藍色。利用這一特點，波義耳用石蕊浸液把紙浸透，然后烤干，這就制成了實驗中常用的酸堿試紙——石蕊試紙。

【材料二】“pH”是由丹麥化學(xué)家彼得·索倫森在1909年提出的。索倫森當(dāng)時在一家啤酒廠工作，經(jīng)常要化驗啤酒中所含氫離子濃度。每次化驗結(jié)果都要記載許多個零，這使他感到很麻煩。經(jīng)過長期潛心研究，他發(fā)現(xiàn)用氫離子濃度的負(fù)對數(shù)來表示氫離子濃度非常方便，并把它稱為溶液的pH（p代表德語Potenz，意思是力量或濃度，H代表氫離子）。

“溶液的酸堿性”是溶液中微粒及微粒間相互作用的宏觀表現(xiàn)，學(xué)生在初中階段就已經(jīng)能利用石蕊試紙、pH試紙測試溶液的酸堿性，高中選修階段引入了定量方法：pH與溶液中氫離子濃度的定量關(guān)系及相關(guān)計算，結(jié)合化學(xué)史進行教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以弱電解質(zhì)水的電離及移動的知識為載體，從微觀、動態(tài)、平衡、定量的角度認(rèn)識水溶液中溶質(zhì)電離生成的微粒與水電離生成的H＋和OH－的相互作用，以及這種相互作用導(dǎo)致水的電離平衡的移動及水溶液酸堿性的變化，由此認(rèn)識溶液的酸堿性取決于水溶液中H＋和OH－濃度的相對大小，而H＋和OH－濃度的相對大小受水的電離平衡的制約。

馬克思主義哲學(xué)認(rèn)為，物質(zhì)是不停運動變化的，平衡和運動是不可分的，客觀世界是不斷地沿著由不平衡到平衡、再由平衡到不平衡的軌跡運動著。內(nèi)因是事物變化發(fā)展的內(nèi)在根據(jù)，是事物運動的源泉和動力。“宏觀辨識與微觀探析”“變化思想與平衡觀念”是具有高度概括性、統(tǒng)領(lǐng)性和遷移性的化學(xué)學(xué)科觀念。

2.挖掘化學(xué)史，設(shè)計探究活動，培養(yǎng)科學(xué)研究方法和創(chuàng)新精神

在化學(xué)教學(xué)中結(jié)合化學(xué)史，設(shè)計具有思考價值的問題和蘊含科學(xué)本質(zhì)的探究活動，能夠很好地引導(dǎo)學(xué)生深刻思考知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而逐步形成科學(xué)研究的正確方法，培養(yǎng)科學(xué)的思想和創(chuàng)新的精神。

【教學(xué)片段二】苯的結(jié)構(gòu)

【材料一】19世紀(jì)初，煤氣已經(jīng)得到了廣泛的使用，最主要的用途之一就是用來照明。在生產(chǎn)煤氣的同時總會有少量的液體剩余，但是這種液體一直沒有引起人們的注意。英國科學(xué)家法拉第首先對這種液體產(chǎn)生了興趣，他把這些液體進行了蒸餾，在80℃左右得到一種新的液體。1825年，他向英國皇家學(xué)會報告了自己的發(fā)現(xiàn)，并將這種液體稱為“氫的重碳化合物”。這種液體是一種無色透明的液體，略有香味，當(dāng)把它放到冰水中冷卻時，它會結(jié)晶成為固體，如果讓溫度慢慢上升，在5.5℃時它又會融化。融化后的液體完全暴露在空氣中，最后會完全揮發(fā)。

【探究活動一】從法拉第的描述中你知道了苯的哪些物理性質(zhì)？

【材料二】1834年，德國科學(xué)家米希爾里希思也制得了法拉第曾經(jīng)制得的那種液體，它采用的方法是加熱苯甲酸和堿石灰的混合物，并將其命名為“苯”。后來法國化學(xué)家日拉爾經(jīng)過測定，發(fā)現(xiàn)苯的密度是同溫同壓下乙炔的3倍，其中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.3%。

【探究活動二】你能計算出苯的分子量并確定苯的分子式嗎？它是否為飽和烴？

【材料三】德國化學(xué)家凱庫勒曾提出“碳四價學(xué)說”和“碳鏈學(xué)說”。為搞清楚苯的結(jié)構(gòu)，他分析了大量的實驗事實，徹夜苦思冥想，但一直沒有找到合理的答案。一天晚上，工作了一天的凱庫勒坐在椅子上休息，很快就進入了夢鄉(xiāng)，夢中一直困擾他的碳原子又跑了出來，每個碳原子上面帶有一個氫原子，一個連一個變成了一條奇怪的長蛇，忽然怪蛇一口咬住了自己的尾巴，并旋轉(zhuǎn)不停。此時，他猛地醒過來，迅速把夢中的環(huán)記在了本子上，并以此整理出苯分子結(jié)構(gòu)假說。

【探究活動三】根據(jù)材料，試推測凱庫勒提出的苯分子結(jié)構(gòu)是怎樣的。畫出它可能的結(jié)構(gòu)。

【材料四】經(jīng)實驗，得到以下事實：

（1）苯既不能使溴水褪色，也不能使高錳酸鉀溶液褪色。

（2）1mol苯在一定條件下最多可以與3mol氫氣發(fā)生反應(yīng)生成環(huán)己烷。

（3）鄰二甲苯只有一種結(jié)構(gòu)。

【探究活動四】能否用凱庫勒式來解釋以上三個事實？

【材料五】1935年詹斯用X射線衍射實驗證實苯分子結(jié)構(gòu)是平面正六邊形，并測得了苯分子中碳鍵的鍵長介于單鍵和雙鍵之間。20世紀(jì)80年代發(fā)明了掃描隧道顯微鏡，人們終于“親眼目睹”了苯分子的“真容”。

【探究活動五】從苯的發(fā)現(xiàn)到真正目睹它的真容，用了將近200年的時間，你有何體會？

化學(xué)學(xué)科歷來十分重視實證研究，高中化學(xué)課程中所涉及的化學(xué)理論和原理，都是建立在對大量實驗事實進行比較分析、歸納概括的基礎(chǔ)上的，這就是“證據(jù)推理”。由于化學(xué)研究的對象是分子、原子層面的物質(zhì)，且物質(zhì)具有多樣性，不同物質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有獨特性等特點，人類運用化學(xué)方法探索物質(zhì)世界時，常常對大量實驗事實進行比較分析、歸納概括后，還需要通過抽象和簡化的方法建構(gòu)模型，再現(xiàn)物質(zhì)及其變化的基本規(guī)律，這就是“模型認(rèn)知”。通過挖掘化學(xué)史，設(shè)計探究活動，不但能培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)進行分析推理，概括信息建構(gòu)模型，用模型思想認(rèn)識物質(zhì)及其變化規(guī)律的能力，而且能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，獨立思考，敢于提出創(chuàng)造性見解的品質(zhì)。“實驗探究和創(chuàng)新意識”是化學(xué)學(xué)科實踐的核心要素。

3.正視化學(xué)史，開展客觀評價，樹立科學(xué)態(tài)度和可持續(xù)發(fā)展思想

教育的本質(zhì)是教學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會做事、學(xué)會做人，其中教會學(xué)生做人是教育工作者的第一要務(wù)。這就要求我們在教學(xué)中結(jié)合化學(xué)史實，教育學(xué)生合理運用化學(xué)知識造福人類，在推動社會發(fā)展的同時把對環(huán)境的危害降到最低，使社會能夠可持續(xù)發(fā)展。

【教學(xué)片段三】合成氨工業(yè)

在化學(xué)發(fā)展史上，有一位化學(xué)家，雖早已長眠地下，卻曾給世人留下關(guān)于他的功過是非的激烈爭論。他就是上世紀(jì)初世界聞名的德國物理化學(xué)家、合成氨的發(fā)明者弗里茨·哈伯。

哈伯的父親是知識豐富又善經(jīng)營的猶太染料商人，家庭環(huán)境的熏陶使哈伯從小和化學(xué)結(jié)緣。哈伯天資聰穎，好學(xué)好問好動手，小小年紀(jì)就掌握了不少化學(xué)知識，他曾先后到柏林、海德堡、蘇黎世求學(xué)，做過著名化學(xué)家霍夫曼和本生的學(xué)生。大學(xué)畢業(yè)后在耶拿大學(xué)一度從事有機化學(xué)研究，撰寫過轟動化學(xué)界的論文，哈伯19歲就被德國皇家工業(yè)大學(xué)破格授予博士學(xué)位。

1908年7月，哈伯經(jīng)過不斷的實踐和努力，終于在實驗室用N2和H2在600℃、200個大氣壓下合成了氨氣，雖然產(chǎn)率少得可憐，僅有2%，但卻敲開了合成氨的大門。哈伯的成果一經(jīng)發(fā)表，就引起了德國軍界高層的注意。為了利用哈伯，德國皇帝親自聘請哈伯出任德國威廉研究所所長一職。從1911年到1913年短短的兩年內(nèi)，哈伯不僅提高了合成氨的產(chǎn)率，合成了1000噸液氨，并且用它制造出3500噸烈性炸藥。1913年，第一次世界大戰(zhàn)開始之前，哈伯已經(jīng)在德國各處修建了無數(shù)合成氨工廠，為侵略者準(zhǔn)備了數(shù)百萬噸的炸藥。當(dāng)事實真相曝光后，世界各國的科學(xué)家都對哈伯提出了強烈的批評。1918年，當(dāng)他獲得諾貝爾化學(xué)獎時，更是激起了世界人民的憤怒。

合成氨的成功實現(xiàn)不僅開辟了人工固氮的歷史，還對化學(xué)工業(yè)的發(fā)展起到了極大的促進作用。從化學(xué)平衡理論的實踐到氣體循環(huán)使用思路的產(chǎn)生，從催化劑的選擇使用到耐高壓容器的廣泛采用，化工生產(chǎn)的技術(shù)從來沒有像這樣被綜合運用過，這為以后化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。因此，哈伯獲得諾貝爾獎是完全有理由的。但同時我們還應(yīng)該辯證地看待哈伯，他所生產(chǎn)出的氨氣被進一步加工為炸藥，他還研制了氯氣、光氣、芥子氣等化學(xué)武器，所以他是一名盲目的愛國者。

“科學(xué)精神與社會責(zé)任”是對化學(xué)學(xué)科價值很好的詮釋，科學(xué)技術(shù)是一把“雙刃劍”，它可以為人類帶來福祉，但一旦被濫用，也會給人類帶來災(zāi)難。通過化學(xué)史教育，可以更好地幫助學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀、可持續(xù)發(fā)展的綠色化學(xué)觀。

三、結(jié)語與展望

21世紀(jì)應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生什么樣的品格與能力？《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架通過引領(lǐng)和促進教師的專業(yè)發(fā)展，指導(dǎo)教師在日常教學(xué)中更好地貫徹落實黨的教育方針。高中化學(xué)教師可以通過化學(xué)史這類教學(xué)資源開展教學(xué)實踐，改變當(dāng)前存在的“學(xué)科本位”和“知識本位”現(xiàn)象，引領(lǐng)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，幫助學(xué)生明確未來的發(fā)展方向，培育全面發(fā)展的人。

［1］［英］托馬斯·湯姆森.化學(xué)史［M］.中國大地出版社，2016-03.

［2］鄒正.新課程高中教師手冊（化學(xué)）［M］.南京大學(xué)出版社，2012-04.

［3］鐘啟泉.核心素養(yǎng)的“核心”在哪里［N］.中國教育報，2015-4-1.

［4］石華軍.基于化學(xué)史教育的化學(xué)教學(xué)設(shè)計研究與實踐［D］.山東師范大學(xué)，2013.

［5］吳星.對高中化學(xué)核心素養(yǎng)的認(rèn)識［J］.化學(xué)教學(xué)，2017（5）.