化學史在初中化學教學中的應用

蔡綠艷

摘 要 化學史在化學教學中的育人價值受到越來越多一線教師的關注，但是應用化學史教學的效果卻參差不齊。以初中化學教學中化學史的具體應用實例展開論述，建議教師以化學史為背景創(chuàng)設教學情境和試題情境，優(yōu)化化學史實的呈現(xiàn)內容，豐富化學史資料的呈現(xiàn)方式，多角度應用化學史素材，讓學生分工合作、自主查閱整理化學史料，活化化學史的應用，利用化學史達成育人功能，進而實現(xiàn)培養(yǎng)學生化學學科素養(yǎng)及終身學習能力的目標。

關鍵詞 初中化學史 情境 學科素養(yǎng)培養(yǎng)

化學史是化學科學產生和發(fā)展的歷史，是人類探索和改造物質世界的歷史[1]，它記載著化學理論的發(fā)展歷程，體現(xiàn)了化學思想的形成及演變過程，是一代又一代化學研究者智慧的結晶，傳承著化學先輩們敢于質疑、勤于思考、鍥而不舍、刻苦鉆研的科學精神……化學史中潛藏著獨具魅力的教育屬性，是促進學生形成科學素養(yǎng)和提升學生學習能力的優(yōu)質教學資源。

近年來，化學史因其獨特的教育價值已成為化學教學研究的熱點。但是在實際教學中，由于課堂時間有限，許多一線教師只是簡單地將化學史做一下介紹或讓學生自主閱讀，沒有深挖化學史中隱藏著的育人價值，無法使化學史發(fā)揮出真正的作用。那么，如何將化學史應用到初中化學課堂教學中，精準高效地發(fā)揮化學史的教學價值？筆者結合自身的教學實踐，認為可以從以下幾方面進行嘗試。

一、用化學史創(chuàng)設教學情境，激發(fā)學生的求知欲，促進化學知識的構建

建構主義學習理論認為，教學要為學生巧妙創(chuàng)設符合教學主題的情境，梳理新舊知識之間的線索，促進學生建構知識的順利進行。教師在教學過程中可以利用化學的發(fā)展史來構建真實的學習情境，加深學生對新知識的理解，恰當選用歷史上一些科學家的觀點沖突和化學知識的動態(tài)更迭，為學生主動建構化學知識作鋪墊。

例如，“水的組成”一課，就可利用化學史料來創(chuàng)設教學情境。筆者先呈現(xiàn)給學生古人關于水是構成萬物的元素之一的相關論點：公元前6世紀到7世紀，古希臘學者泰勒斯認為，水是組成一切的元素;亞里士多德認為，世界是由水、火、土、氣和以太五種元素相互作用形成的;我國古代先人提出的五行學說主張，世界上的一切都是由金、木、水、火、土五種基本元素的運動產生的。然后，再用以上古人對世間萬物組成元素的共同認知“水是構成萬物的元素之一”為情境素材，創(chuàng)設問題情境“水是構成世間萬物的基本元素嗎？”，給學生對水的認識制造前置沖突。接著，再引入另外三則化學史：1781年，普里斯特利將“易燃空氣”（氫氣）和空氣混合裝入干冷的玻璃瓶中后，用電火花引爆，發(fā)現(xiàn)瓶壁有水珠;卡文迪許又用純氧代替空氣重復了這一實驗，仍發(fā)現(xiàn)瓶壁有水珠生成;1782年，拉瓦錫重復了普里斯特利和卡文迪許的實驗后，在一根紅熱的槍管中通入了水蒸氣，也得到了“易燃空氣”（氫氣），因此，他得出結論——水不是元素，而是氫和氧的化合物。這樣，筆者利用18世紀科學家們通過實驗獲得的對水的認識，為學生正確構建“水是由氫元素和氧元素組成的”這一化學知識作了鋪墊。最后，進行水的電解和氫氣的燃燒這兩個實驗，使學生通過實驗驗證來最終確認水的組成。

課程標準強調教學情境需具有真實性，而化學史不僅是真實的教學情境，還能為學生提供質疑、猜測、分析、驗證等契機，從而激發(fā)學生的好奇心和求知欲，使學生主動參與到學習中來，為學生主動構建知識提供推進劑。

二、合理呈現(xiàn)化學史內容，帶領學生體驗科學探究的思路和過程，提高科學探究能力

化學史作為科學史的一個分支[2]，包含著許多科學的探索過程。課堂教學中可借助化學史這一載體，引導學生重走化學家的探究之路，復現(xiàn)化學家研究和發(fā)展化學概念、化學理論的思索過程，讓學生體驗科學家發(fā)現(xiàn)新物質、探索新問題的真實經歷，使學生領悟知識背后所蘊含的科學思想和科學方法[3]。

例如，在學習“利用酸堿指示劑檢測溶液的酸堿性”時，首先，筆者給學生介紹“波義耳偶然中發(fā)現(xiàn)酸堿指示劑”的故事——波義耳在一次實驗中不小心將濃鹽酸濺到一束紫羅蘭上，為了洗掉花瓣上的酸，他把花浸泡在水中，過一會兒，他驚奇地發(fā)現(xiàn)紫羅蘭變成了紅色[4]。然后，讓學生基于上述故事情境思考：是什么物質讓紫羅蘭花變成紅色？其他的酸會不會也能使紫羅蘭花變成紅色？如何證實？你有什么辦法可以辨別一種溶液是不是酸？酸會使紫羅蘭花變成紅色，也會使其他花汁變色嗎？接著，讓學生動手試試，并把實驗結果與同學分享;接著，再讓學生根據(jù)實驗結果思考：花汁遇到其他溶液一定都變成紅色嗎？最后，讓學生將制作的花汁滴加到其他溶液中試驗一下……這樣，通過一系列遞進性問題引導學生親身探索科學家是如何通過偶然捕捉到的實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)酸堿指示劑的，培養(yǎng)學生愛思考、善于思考的習慣。

以化學史為媒介，以問題為中心展開教學，通過提問、設問、追問及適時點撥的方式將知識、能力、情感滲透在師生的課堂互動之中，讓學生在問題解決過程中學習化學家在研究過程中所運用的假設、實驗、觀察、比較、歸納、演繹等科學方法，培養(yǎng)了學生的科學探究能力。

三、利用信息技術，豐富化學史呈現(xiàn)方式，培養(yǎng)學生的科學精神

教育心理學知識告訴我們：人類獲取知識，單靠聽覺只能記憶約1/6，單靠視覺只能記憶約1/4，而同時使用視聽兩種感覺，則能記憶大約2/3[5]。利用信息技術教學，將化學史制作成集“文本、圖像、聲音、動畫、視頻”于一體的教學素材，采用圖文并茂、聲畫共舉的方式將其展現(xiàn)給學生，使抽象、枯燥、晦澀難懂的知識變得具體、有趣、淺顯易懂。

例如，“原子的構成”一課，筆者將原子結構的發(fā)展史制作成微課，通過圖文并茂、聲畫同步的講解，先讓學生了解人類對原子結構的認識先后經歷了“道爾頓的實心球模型”“湯姆生的葡萄干面包式模型”和“盧瑟福的原子核式結構模型”，利用微觀動畫模擬，幫助學生建構多種原子模型，使抽象的概念具體化、模型化，促進了學生對知識的認知和理解，讓學生感悟到為了揭示原子結構的奧秘，一代又一代的科學家所付出的艱辛與努力。對于“盧瑟福用α粒子轟擊金箔”的實驗則通過視頻還原并再現(xiàn)歷史上的實驗場景，引導學生用觀察到的現(xiàn)象去驗證、分析湯姆生原子模型假說的真?zhèn)?，嘗試根據(jù)α粒子轟擊金箔后的運動軌跡修正原子結構的理論，并將之與盧瑟福的觀點作對比，讓學生初步體驗依據(jù)實驗提出假說、進行推理、建構模型等科學方法，學習科學家們敢于質疑與善于思考的科學精神。

在課堂教學中化學史不僅能以教師的口述或文字資料的方式傳授，更應該順應時代的發(fā)展，以更新穎的形式呈現(xiàn)給學生，如可以通過制成微課或邀請學生角色扮演的形式再現(xiàn)化學史實，讓學生“親眼目睹”知識的動態(tài)演變過程，感悟科學精神，培養(yǎng)科學態(tài)度。

四、找準切入點，多角度發(fā)揮化學史的教學價值，助力三維目標的達成

不同的化學史素材具有不同的教育價值，有的能增進學生對化學知識的理解，有的能啟迪學生的化學思維[6]，有的能促進學生學習方式的轉變，有的能培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，有的能引導學生樹立正確的人生觀、世界觀和價值觀[7]，等等。而同一個化學史素材的教育功能也可能隨其呈現(xiàn)形式和提問方式的變化而發(fā)生變化。因此，教師應根據(jù)教學目標尋找教學內容與化學史之間的契合點，多方位、多角度地挖掘化學史的教育價值，提升學生的知情意行。

1774年，法國化學家拉瓦錫用金屬燃燒實驗證明燃燒是金屬與空氣中的“上等純空氣”作用的結果，并發(fā)現(xiàn)了金屬燃燒后余下的“空氣”不支持燃燒和呼吸，第一次明確提出空氣是由氧氣和氮氣組成的[8]14。這一史實，在不同的學習階段有著不同的育人價值。例如，在學習“空氣的組成”時，可增加在拉瓦錫得出空氣成分之前，瑞典科學家舍勒和英國化學家普里斯特利也分別制得了氧氣，使學生體會科學家們?yōu)榱颂骄靠諝獾慕M成所付出的艱辛;在學習“燃燒的條件”時，又可將舍勒和普里斯特利與拉瓦錫發(fā)現(xiàn)氧氣的時間作比較，分析說明普里斯特利受當時“燃素說”的影響，未能揭開燃燒現(xiàn)象的本質，而拉瓦錫不迷信權威，敢于質疑“燃素說”，以科學的實驗現(xiàn)象作為證據(jù)支撐，指出燃燒是可燃物與氧氣發(fā)生的氧化反應，借此可對學生進行世界觀、人生觀的滲透教育。

拉瓦錫所進行的著名的“二十天實驗”，通過加熱曲頸甑中汞的實驗，測得空氣中氧氣的體積大約占1/5。這一史料可用于講解汞與氧氣在加熱時會且只會與氧氣發(fā)生反應，生成固態(tài)的氧化汞，造成甑內氣壓減小，使學生明白所選擇的耗氧劑應保證反應易進行、只能與氧氣發(fā)生反應、且燃燒后生成的產物不能是氣態(tài)的;再介紹汞有毒而紅磷無毒，更適用于課堂實驗。這樣，學生對課本中“測定空氣中氧氣含量”的實驗也就知其然，更知其所以然了。在學習“質量守恒定律”時，又可將拉瓦錫“二十天實驗”發(fā)現(xiàn)的“在密閉容器中加熱金屬使之轉化為金屬灰時，容器的質量并未改變”，與波義耳在一個敞口的容器中加熱金屬，結果發(fā)現(xiàn)反應后容器中物質的質量增加了[8]101進行對比，讓學生思考兩位科學家的測量結果為何會有差異，從而了解實驗研究時裝置是否密閉對實驗結果的影響，保證學生在設計后續(xù)具體實驗方案時能考慮得更周密。

近年來，國外教育專家倡導將History，Philosophy and Sociology of Science教育（簡稱HPS教育）的理科教學模式融入義務教育階段的理科課程中，即教師在課堂上應當有機地滲透科學史、科學哲學與科學社會學的思想，加深學生對科學本質的認識與理解[9]。要提高HPS教育的實效性，要求教師要儲備豐富的化學史知識。因此，教師平時應多查閱與化學史有關的文獻資料，結合教學目標，多視角地運用化學史素材，最大限度地發(fā)揮出化學史的教育價值。

五、精選以化學史為情境的試題，彰顯學科育人價值，提高學生分析和解決問題的能力

以化學史為情境的試題除了直接考查化學歷史事件及化學歷史人物外，也可以將化學家的研究過程作為題干，考查學生能否找出化學家在探索中所采用的科學方法和所蘊含的科學思想，還可以考查學生是否能用所學的化學知識辯證地分析科學家所得出的概念和理論，對科學家形成公正、全面的評價。

例題1 [2021年福建省中考化學試卷第12題第（1）小題]英國學者R·坦普爾論證了我國古代冶鐵技術世界第一。早在公元前4世紀，中國已廣泛利用鐵礦石與木炭生產生鐵，并加入“黑土”以降低生鐵的熔化溫度;公元前2世紀，中國人發(fā)明了“充氧”等煉鋼法。

①“黑土”含有磷酸鐵（FePO4），其中磷元素的化合價為___________。

②生鐵生產過程中，一氧化碳與氧化鐵在高溫下反應的化學方程式為__________。

③煉鋼中“充氧”的目的是降低生鐵中的_________，獲得性能更好的鋼。

例題1選取我國古代文明中先進科技事例為試題情境，弘揚了我國古代燦爛的文明文化、早期的科學成就和創(chuàng)新精神，以增強學生的民族自信和文化自信，培育愛國情懷。

例題2 [2020年福建省中考化學試卷第11題第（3）小題]道爾頓原子學說的部分觀點如下：①原子是不可分割的實心球體;②物質都是由原子構成的;③同種元素的所有原子的質量完全相同?，F(xiàn)代科學證實以上觀點均不確切，請選擇其中一個觀點簡要說明：_________。

例題2以道爾頓的原子學說為試題情境，讓學生利用初中所學的“原子的構成”相關知識來闡述自己的觀點，有利于鍛煉學生利用所學化學知識解決新情境問題的能力，使學生認識到知識發(fā)展的階段性，同時，給學生留下科學知識的建構是不斷建立和推翻的過程。

化學史具有豐富的教育和評價功能[10]，因此，它在課程目標的落實以及化學核心素養(yǎng)的培育中有著不可替代的作用。編制及選用化學史情境試題，不僅能達到檢測學生知識能力掌握情況的目的，還能拓寬學生的知識領域，使學生見識歷史上重要的科學發(fā)現(xiàn)，也能傳遞科學思想和方法，有利于培養(yǎng)學生的化學基本素養(yǎng)，促進學生更好地理解化學史上的科學事實、科學方法和科學精神。

六、細化任務要求，查找整理化學史料，提升學生獲取信息能力

獲取信息的能力是新時代人才應具備的能力素質之一。教科書中的化學史往往比較簡要但又意義非凡，這些具有重要意義的化學史背后肯定有值得學生汲取的知識財富和精神財富，倘若都在課堂上加以介紹顯得不切實際。而最有效的途徑之一就是讓學生在問題任務驅動下去查閱相關的化學史資料，檢索整理出有價值的信息，作為新課學習的先導材料，為新知識的習得作鋪墊。由于課堂教學時間較短，可將有些與教學內容相關的化學史設置成問題鏈，引導學生搜集相應材料并進行小組合作交流，從而培養(yǎng)學生查找、獲取、整理信息的能力。

例如，在“元素符號”的教學前，筆者讓學生查閱古代煉金術士所用的各種金屬元素符號和道爾頓的元素符號，了解兩種符號所代表的意義，思考這兩種表達方式的不足。在學生得知“煉金術士所用符號與物質組成沒有實質的關系，且不同的煉金術士對同一個符號的釋義有時也不同”“道爾頓的元素符號表示方式繁瑣、記憶困難”后，再給學生介紹沿用至今的化學元素符號的書寫方式，讓學生體會現(xiàn)用的元素符號的簡便性和統(tǒng)一性，認識到元素符號不僅為學習和研究化學帶來了方便，也給各個國家進行化學學術交流提供了通用的符號語言，從而避免了因死記硬背而使學生產生的枯燥感和畏難情緒。在學習元素周期表時，筆者將“元素周期表的由來”“門捷列夫根據(jù)元素周期表預言了哪些元素”“元素周期表的確立有什么意義”“各種各樣的元素周期表”等化學史內容作為課外自主選擇性作業(yè)，讓學生先分組收集查閱資料，分類整理，再帶到課堂與同學交流。

總之，在初中化學教學中，教師可根據(jù)教學目標甄選、整理化學史素材，設計出以化學史為背景的教學主題和習題，將化學史和化學教學內容有機結合起來，促進學生科學素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

[參 考 文 獻]

[1]陳立堅.論化學史在化學教學中的教育價值及其實現(xiàn)[J].福建基礎教育研究，2015（2）：80-81.

[2]楊慶元.中學化學史教育綜述[J].化學教育，2006（11）：61-62.

[3]葛秋實，王秀紅.基于化學史的教學設計：與科學家對話——重溫氯的發(fā)現(xiàn)之旅[J].化學教育，2011，32（1）：35-36，57.

[4]中學化學國家課程標準研制組.義務教育教科書：化學 九年級下冊[M].2版.上海：上海教育出版社，2020：34.

[5]顧麗明.提高信息素養(yǎng) 促進有效整合[J].中小學電教，2009（10）：53-55.

[6]許敏，顧麗萍.巧用化學史教學培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)[J].科學大眾（科學教育），2020（5）：35.

[7]李靚.社會主義核心價值觀在初中化學教學中的滲透：以化學史融入課堂教學為例[J].基礎教育論壇，2015（4）：3-5.

[8]中學化學國家課程標準研制組.義務教育教科書：化學 九年級上冊[M].2版.上海：上海教育出版社，2021.

[9]李俊，楊明岸，譚嘉麗，等.化學史與中學化學實驗融合教學的基礎研究[J].實驗教學與儀器，2021，38（5）：3-6.

[10]單旭峰.對高考中化學史試題的分析與思考[J].中國考試，2015（3）：22-26.

（責任編輯：趙曉梅）