化學史與中學化學實驗融合教學的研究

李俊　楊明岸

摘? ?要 化學學科核心素養的形成是當代化學教學的重要發展趨向。在中學化學教學中，將化學史與化學實驗結合，讓學生體驗化學家的實驗探究過程，反映了化學學科獨特的教育價值，有助于核心素養真正落實到課堂教學中。以建構主義與人本主義學習理論為研究基礎，介紹了“空氣的組成”及“化學能與電能”這兩個代表性案例的教學設計，開展了有效的探索與實踐。實踐表明，該創新性的融合對中學化學教育過程中優質人才的培養與學生思維品質的塑造起到了積極的作用。

關鍵詞 化學史? 化學實驗? 核心素養? 中學化學

化學史是漫長而復雜的社會實踐過程中關于化學學科發展的高度概括和升華，提供化學發展的來龍去脈，包括主要突破、各個分支學科的演化與相互關系，為未來化學的發展指明方向。《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出要結合人類探索物質及其變化的歷史和化學科學的發展趨勢，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，以及通過化學實驗為主的探究活動，使學生體驗科學研究的過程，激發化學學習興趣，強化科學探究意識，促進學習方式的變革，培養學生的創新精神和實踐能力的教育理念[1]。化學是一門以實驗為基礎的自然科學，化學史的發展過程即為化學實驗的探究過程，科學的發展史彰顯著科學探究精神的重要性。隨著新課改的不斷推進，學生核心素養的培養成為了如今化學教學理念的主旋律[2]。大部分科學觀點通過科學探究提出，探究的過程滲透著科學探究與創新意識。讓學生體驗科學家實驗探究的過程，對其化學理論知識的掌握起著舉足輕重的作用。通過實驗現象推理得出實驗結論，是科學探究中重要的學習方式。因此在中學化學教學的過程中，有機地融合化學史與化學實驗，對學生思維的發展與探究能力的形成有著相當重要的意義，顯得尤為必要。

我們對化學史與中學化學實驗融合的內容進行教學設計與實踐，探尋出特色的教學模式及教學方法，在化學教學中起到畫龍點睛的作用，充分激發出化學史教育的重要意義。

一、化學史與中學化學實驗融合教學的必要性

融合化學史與化學實驗的教學模式若要在中學化學教學中真正得以發展、推廣，需要根據當今中學的實際情況有選擇性地開發出“小而精”的內容，使其在實現教學計劃的同時，契合化學核心素養的培養目標。

1.注重化學問題解決學習的過程性與體驗性

相較于傳統的結論式教學，化學史與化學實驗融合教學更關注學生在解決化學問題的過程中思維與知識的產生與深化，即知識結構的螺旋式上升與延展的過程。首先，建構主義在知識觀上強調動態性，即知識不是對現實的準確表征，會隨著社會的向前發展而產生新的假設和解釋[3]。哲學家康德曾指出主體只能通過內部的范疇來組織經驗和發展知識，而無法直接通向獨立于個體之外的世界[4]。學習者基于個體內在的經驗，理解并構建屬于自己的知識經驗背景。其次，建構主義在學習觀上強調學習的主動構建性、社會互動性和情境性。最后，建構主義在教學觀上提出教學是在師生交互的對話背景中，教師通過給予學生信息資源以及處理信息的工具等必要的支持與幫助，引導和啟發學生深入探究學習，在追尋與實現價值目標的過程中形成新知識經驗的特殊認識活動。滲透化學史與化學實驗的教學模式是建構主義學習理論在自然科學領域的一種外化表現，化學知識的建構需要教師為學生的理解搭建階梯。教師創設理想的化學史情景，鼓勵并協助學生在化學實驗中以獨立思考、交流與合作等方式進行探究。學生將探究獲得的真實而有意義的化學知識納入已有的圖式，升華為化學學科觀念。學生從現象深入到本質的引導中，形成分析與解決問題的思路。

2.展現化學科學的人文性與科學性

人文底蘊與科學精神體現在“人”作為要素有機嵌入化學學科的社會屬性與人文價值中，給化學的科學屬性賦予生命色彩[5]。人本主義學習理論注重教學的過程及方法，強調學生的自主參與性，教師只是“學習的促進者”。代表學者羅杰斯認為真實的學習情境能激發學生的學習興趣，讓學生親身體驗獲取知識的過程，在情感和認知因素的結合中增強學習的效率和意義，最終實現培養情知合一的人的教育目的[6]。化學教師在教學中除了要為學生創設真實的學習情景之外，還需鼓勵學生自發地學習。融合化學史與化學實驗的教學提供給學生沉浸在真實的實驗探究的歷史情景，學生在實驗過程中發現問題，針對問題進行小組討論，設計實驗并展開驗證。這一系列的學習活動凸顯了學生的主體地位，讓學生在自由的空間中產生積極向上的情感。教師在流動變化的課堂問題中提供促進學習的氣氛，幫助學生逐步接近“終點”，在科學素養的熏陶中朝著更高層次的需要發展。

化學史與化學實驗融合的教學模式在培養理念以及思維發展的深刻性上展現出獨特之處，更側重人文精神[7]、科學精神與科學思想方法的交互作用。化學史融合化學實驗的教學方式，旨在向有理想、有抱負的“小小化學家”內心深處，播撒一顆蘊含化學精髓的種子，塑造化學家思維。鼓勵學生在教師教學技巧的誘導下，感悟化學家的智慧，崇拜化學知識，把握化學學科的發展歷程。

二、化學史與中學化學實驗融合的教學設計

科學家馬克斯·玻恩指出：“與其說是因為我所發表的著作中包括一個自然現象的發現，倒不如說因為那里包含了一個關于自然現象的科學思想方法基礎。”[8]化學史是承載化學研究方法的載體，在歷史網絡的交織中滲透著化學研究方法。對于某一化學現象的解釋，學生們往往潛意識地基于當前的化學理論分析，卻忽略了過去相應的研究水平，甚至將實驗得出的間接推論作為證據進行闡述，因果的邏輯關系混淆，這是傳統化學史的講授模式容易顯現的弊端。在教師的引導下，學生通過認識如門捷列夫、拉瓦錫等著名化學家在實驗中的開創性成就，最大程度引起與化學家們思想上的共鳴。與大師交流的過程即理論轉化為實踐的過程，激起學生們學習的興趣，在“憧憬”化學史的思考中發揮個體的聰明才智。基于此，我們選用人教版九年級化學上冊“空氣的組成”與化學必修2“化學能與電能”這兩個案例進行層次性與立體化的結構設計，讓學生在科學探索的過程中形成基本的化學思維方式，積累比知識內容表征更鮮活的經驗，在與化學家的“切磋”中產生思維上的振蕩與碰撞。

1.案例一 “空氣的組成”

在“空氣的組成”一課中，學生根據教師的指引，針對氧氣的性質以及氧氣在空氣中的含量自主開展實驗的設計與探究，并于實驗結束后進行討論。教師在課堂中注重啟發與誘導，促進學生在與化學家的對話中產生思想上的共鳴，創設認知與情感共融的精神世界[9]。在“測定空氣中氧氣的含量”這一環節，學生由于剛接觸化學，從定性到定量的轉變容易遇到障礙，難以建立起兩者的聯系。此時教師可提供必要的學習材料，創造最近發展區以匹配學生的知識特征與學習能力。當觀察到學生在實驗設計上與化學家設計的精髓部分達到了近乎一致的吻合，教師要積極鼓勵這部分學生獨特的化學思維，激活敏銳的洞察力，使其獲得化學探究的認同感與自豪感。學生在積極主動的探索中將客觀性實驗結果納入已有的圖式中，角色從被動的接受者回歸到學習的主體，凸顯發展的整體性。教師根據學生實驗的情況進行詳細地分析，巧妙展示普里斯特里、舍勒和拉瓦錫等化學家對空氣的認識歷程，梳理對空氣認識進階的發展路線。在知識的增長機制上，實現學習者的思維邏輯由低知識狀態過渡到高知識狀態，從知識的單向累積關聯到學習者的高水平思維，抽象出更豐富的網絡結構。讓學生置身于化學發明或發現的情境中和科學家們一起感受猜測、直覺、想象和頓悟的歡樂，經歷追求真理的過程，使學生體會到科學探究的樂趣，從而讓學生積極主動地學習化學。九年級化學上冊“空氣的組成”這一內容設計的教學基本結構見表1。

2.案例二? “化學能與電能”

化學教學的主要目的不僅要傳授化學科學知識，更重要的是讓學生領悟思維方法，幫助學生形成正確的科學思維與科學發展觀。學生在實驗設計時，可以根據化學家的實驗原理和研究方法，重復或仿照之前經歷過的研究途徑和探究方法，從明確探究問題開始，到做出合理假設、設計實驗過程、開展實驗、收集實驗事實、處理與分析實驗結果、得到規律性的認識，整個過程起到啟發學生科學思維的作用。在“化學能與電能”中，教師可針對原電池的形成條件設置疑問，設疑的過程要體現條理性，循序漸進。學生根據教師的指引，自主進行實驗的設計與探究，并進行反饋。學生在深度的學習體驗中形成具有“完整人格”“有意義”的實踐者與創造者，建立起研究問題的核心思路與基本方法，將學習活動真正納入心理活動中。改變機械獲取知識的單向過程，在系統的認知方法中滲透深度學習的本質。教師通過評價的方式指出學生實驗設計與實施的優缺點，并有機地引入化學家伽伐尼和伏打探究“生物電的產生”的史實，開展相應分析的過程，從而引導學生知道原電池形成的條件以及滲透控制變量法的科學思想。若學生在實驗設計上與化學家設計的精髓部分達到了近乎一致的吻合，教師要善于鼓勵這部分學生在化學思維上表現出的優秀潛質，增強其自信心，從而讓學生增加學習化學的興趣，崇尚化學科學，明白化學其實離自己并不遙遠。以“化學能與電能”為例[10]，我們設計的教學基本結構見表2。

選取了兩個代表性的融合教學設計，并以表格的形式構建基本框架和思路。教師可根據校內資源的實際情況進行靈活地補充或改進，通過給出的探究案例讓學生沿著化學家的思維脈絡尋覓科學發現的過程。我們以這兩個例子為代表說明化學史與中學化學實驗融合的教學設計，而其它融合教學的案例在中學化學教學中逐漸展開設計與實踐，取得了師生們良好的反饋。

三、化學史與中學化學實驗融合教學的實踐歷程

1.化學史與中學化學實驗融合教學的基礎工作

為了更深入地了解化學史與實驗之間的關系，我們對人教版初、高中六本教科書（九年級上下冊、高中必修兩冊以及《化學反應原理》《有機化學基礎》）中化學史內容的編排情況進行了詳細地匯總，分析與化學實驗存在關聯的化學史內容。化學史是對中學生滲透學科情感教育的重要組成部分，化學實驗是培養、發展學生思維與創新能力的重要方式，兩者均為中學生培養的聚焦點，強調對學生發展的教育價值。研究發現將化學史與化學實驗融合在中學化學的教學設計中有著奇妙的效果，有利于將化學學科知識提升為化學學科觀念。但化學史與化學實驗在中學一線的教學中往往獨立進行，缺乏內在聯系的構建。于是我們對中學化學史與化學實驗融合的內容精心地展開教學設計，在中學化學課堂中進行了長時間的研究與實踐工作，并逐步開展相應的教學推廣。據反饋，中學生們大多表示化學史與化學實驗的融合教學引發了他們濃厚的學習興趣，激發了探究化學本質的決心，有助于其化學思維方式的塑造。一線教師表示學生在課堂的參與度與積極性高，課后作業完成的質量得到了明顯地改善，反映出課堂的良好教學效果。因此，把化學史與化學實驗融合的教學模式推廣到中學化學教育中，能夠增添中學化學課堂的多元化與活力。

2.化學史與中學化學實驗融合教學的延伸工作

除了長時間地在中學一線實踐外，我們在2018-2019年間通過問卷調查的方式了解不同地區的師生對于化學史與化學實驗融合教學持有的看法，為進一步的研究提供依據。大部分學生認為這種新型的教學模式具有積極的作用，發展前景光明。在教師們看來，化學史與化學實驗融合的教學模式的實踐價值較高，值得同行們發揮聰明才智并開發相應的校本課程。作為教學方式的融合與創新，該教學模式可觸發“神奇的化學反應”，在效果上起到事半功倍的作用。

四、化學史與中學化學實驗融合教學的實施效果

在融合的教學理念上，我們側重于科學理論的具體演變途徑，化學家們的思想觀念有助于學生科學思想、科學方法的教育熏陶以及情感態度價值觀的升華[11]。在中學實踐的反饋結果表明，化學史與化學實驗融合的教學取得了良好的效果，具體的表現有以下幾點。

1.提高化學學習的興趣

中學生正處于較強的求知欲階段，濃厚的興趣像一股強大的動力，推動著學生自主學習與探索化學，得到良好的學習效果。倘若教師只是“填鴨式”地將理論知識、實驗現象、實驗原理以及實驗過程灌輸給學生，那么學生就會覺得化學課極其枯燥乏味，失去學習化學的興趣。學生置身于化學發明或發現的情境中，和科學家們一起感受猜測、直覺、想象和頓悟的歡樂，像化學家一樣用辯證的、歷史的和發展的思維方式對問題進行分析和解決，學生在追求真理的過程中體會科學探究的樂趣，從而更加積極主動地學習化學。在化學實驗的探究過程中，學生通過掌握基本規律與基本特征，在化學史的情境中建立起多個概念間的聯系。強烈的好奇心驅動著學生在動手操作中感悟化學家的思考脈絡，逐漸接近真相。在獲得成就感的同時，增進對知識內容的理解，進而提高學習化學的興趣。化學發展的過程是一個不斷完善的過程，融合教學的完整性與情境性，有助于培養解決化學問題所需的邏輯能力，實現“化學史與化學實驗的融合>化學史教育+化學實驗的設計與探究”，激發學生探索未知的積極性。

2.彰顯深化學史的教育功能

化學是一個“完整”的有機體。中學一線教學中由于時間的緣故，需要在浩瀚的知識海洋中進行挑選與加工，從而提取出最有教育價值的部分進行“解體”研究，相關概念的演變與發展、歷史爭議、模型的建立與過渡等抽象要素易被淡化。化學史與化學實驗融合的教學突出了在真實背景下的有意義學習，有效地彌補了這方面的缺陷，有助于學習者深層理解的建構。學生在教師的協助下通過“活動——構建”的循環過程不斷地螺旋式推進，在鍛煉實驗操作能力的同時，也在提升學習能力與認知水平。學生沉浸在化學發展的歷史潮流中與科學家一起面對困惑與矛盾，跟隨科學家的步伐去體驗探尋真理的過程，感受科學研究中的艱辛與樂趣。學生在知識的遷移運用過程中，深入科學本質實現與其他學科的交叉融合，激發批判性思維，發掘化學教育的更高價值。

3.塑造深厚的人文情懷

化學不是靜態、孤立的，而是動態、不斷發展的多維世界。化學學科教育中“人”占據著主體地位，學生在追隨科學家的足跡中經歷科學探索的艱辛與愉悅，內心的情感體驗得到了豐富。化學不僅賦予我們知識的進化以及思維的啟發，還有精神的鞭策和創造的信念，蘊含著“理性”與“生命力”的交織。在感受化學家探明物質世界的規律、推動自然科學文明進步的歷程中，學生發展著獨立思考、勇于探索、敢于質疑和批判以及嚴謹求實的科學品質，建立起“科學意識與社會責任”的核心素養。在少年時期樹立正確的道德觀念，爭取成為國家未來各領域中有知識、有理想、有情懷的中堅力量。真正貫徹科教興國、人才興國戰略，讓教育在我國社會主義現代化建設中充分發揮出基礎性、引領性與全局性的戰略影響。

化學史與化學實驗作為統領的線索，有機地融合并貫穿于整節課的教學當中，是一種新穎的教學方式，這對教師化學知識的掌握情況以及把控課堂節奏的素質提出了更高的要求。教師們應該解放自己的思想，適當淡化應試教育的傳統觀念，用嶄新的眼光重新審視當今的教育理念。只有當教師的思想格局真正打開，用積極的態度接納這種新穎的教學方式，化學史與化學實驗融合的教學才能彰顯出其獨特價值。

生動真實的歷史情境能夠激發學生創新實驗的興趣，化學發展進程的重現能夠幫助學生逐步了解化學學科的特點，化學史上追求真理的辯論紛爭有助于學生形成批判性思維。在化學史與中學化學實驗融合的教學中，教師通過鼓勵學生自主設計實驗，在層層引導中識別出與化學家實驗設計思路相似的學生激發其在化學實驗設計和創新領域的潛質，在心理學層面上刺激其學習化學的成就感。在滲透化學史與中學化學實驗設計的教學中，教師要善于激發學生們的創造性思維與靈感，幫助學生們形成科學創新觀念，實現化學理想教育與化學情懷教育。“史”給學生以智慧的感悟，“實驗”激發學生設計的理念。化學史與化學實驗融合的教學模式，將會開啟未來化學教育革命的一扇大門，為培養優質的化學人才起到積極的作用。

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[作者：李俊（1977-），女，廣東第二師范學院化學系，副教授，博士;楊明岸（1998-），男，廣東第二師范學院化學系，本科生。]

【責任編輯? 郭振玲】