基于化學(xué)史的“重演式建構(gòu)”教學(xué)設(shè)計(jì)及價(jià)值研究

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1引言

化學(xué)教育的核心目標(biāo)不僅局限于知識(shí)的傳授，更著重于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與創(chuàng)新能力。然而，現(xiàn)實(shí)中存在一種普遍的誤解，即將學(xué)生成績視為一種成果導(dǎo)向的產(chǎn)品，教學(xué)過程被視為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的手段，導(dǎo)致在教學(xué)實(shí)踐中，為片面追求“高效”，大量重結(jié)論輕來源，重知識(shí)輕思維的現(xiàn)象充斥課堂。殊不知，若缺乏科學(xué)的思維方法，學(xué)生往往難以將所學(xué)的化學(xué)知識(shí)與其深層含義相融合，而這些零散且僵化的事實(shí)性知識(shí)，僅在腦海中留下淺顯的印象，在心智中難以持久。

鑒于此，重新審視化學(xué)教育的核心本質(zhì)與目標(biāo)，并探索更為有效的教學(xué)策略顯得尤為必要。化學(xué)史作為化學(xué)教育中的一項(xiàng)寶貴資源，蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思維、研究方法以及科學(xué)家們的探索歷程。事實(shí)上，許多當(dāng)前看似難以理解的化學(xué)知識(shí)或概念，若從科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的視角進(jìn)行審視，便會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的出現(xiàn)實(shí)屬自然。因此，基于化學(xué)史實(shí)施“重演式建構(gòu)”教學(xué)，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)、科學(xué)觀念的形成以及科學(xué)模型的建構(gòu)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 理論溯源

2.1教育重演理論的啟示

以皮亞杰和維果斯基為代表提出的“教育重演理論”指出，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程實(shí)際上是對(duì)人類文化發(fā)展歷程的認(rèn)知重演[1]。這一理論在化學(xué)教學(xué)中得到了進(jìn)一步的應(yīng)用與深化。俄國化學(xué)家、哲學(xué)家凱德洛夫從辯證唯物主義的角度指出，化學(xué)教學(xué)應(yīng)當(dāng)“扼要地、以邏輯上嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男问剑貜?fù)整個(gè)化學(xué)發(fā)展的歷程”[2]。由此可見，“重演\"并非知識(shí)的簡單再現(xiàn)，更應(yīng)該是科學(xué)思維與方法的一種傳承。

2.2化學(xué)史中的科學(xué)思維與方法演變

美國科學(xué)史家薩頓曾提出：“如果把科學(xué)定義為系統(tǒng)的實(shí)證知識(shí)或者看作是在不同時(shí)期、不同地點(diǎn)所系統(tǒng)化了的這樣一種知識(shí)，那么科學(xué)史就是這種知識(shí)發(fā)展的描述和說明。3]”作為科學(xué)史的重要分支，化學(xué)史不僅詳細(xì)描述和闡述了化學(xué)知識(shí)的形成背景和發(fā)展脈絡(luò)，更蘊(yùn)含著科學(xué)家們探索未知、解決問題的智慧與方法。通過化學(xué)史，學(xué)生能夠理解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的真實(shí)場景，并從哲學(xué)層面把握科學(xué)實(shí)驗(yàn)與理論、歸納與演繹之間的關(guān)系[4]。例如，拉瓦錫通過精確的定量實(shí)驗(yàn)，推翻了燃素說，確立了氧化學(xué)說，這一過程中展現(xiàn)出的實(shí)證思維和定量分析方法，對(duì)后來的化學(xué)研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。門捷列夫的元素周期律的發(fā)現(xiàn)，則是通過對(duì)大量元素性質(zhì)的深人分析和歸納推理，體現(xiàn)了科學(xué)思維中的歸納與演繹方法的完美結(jié)合。

2.3基于化學(xué)史的“重演式建構(gòu)”：挑戰(zhàn)與機(jī)遇

在化學(xué)教學(xué)中融入化學(xué)史，不僅能夠豐富教學(xué)內(nèi)容，還能為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供一條從過去到現(xiàn)在、再到未來的知識(shí)演變路徑。更重要的是能夠引導(dǎo)他們像科學(xué)家一樣思考，學(xué)會(huì)用科學(xué)的方法去探究問題、解決問題。早在20世紀(jì)初，美國《化學(xué)教育》雜志化學(xué)史專欄的創(chuàng)始人史密斯就認(rèn)識(shí)到化學(xué)史的重要性，同時(shí)也深刻意識(shí)到將其融入課堂教學(xué)所面臨的諸多挑戰(zhàn)。他指出，盡管學(xué)生對(duì)化學(xué)史課程表現(xiàn)出興趣，但這種興趣并未能轉(zhuǎn)化為更深層次的熱情。其主要原因在于課堂上缺乏探究精神，以及未能營造出促使學(xué)生深入思考的氛圍[5]。實(shí)際上，化學(xué)史不僅僅是化學(xué)知識(shí)發(fā)展的紀(jì)錄，更是科學(xué)思維與方法演變的一個(gè)縮影。由此可見，將化學(xué)史融入教學(xué)并非簡單地重現(xiàn)史料，更多地應(yīng)該思考如何最大化發(fā)揮化學(xué)史的價(jià)值與功效。基于化學(xué)史，實(shí)施“重演式建構(gòu)\"教學(xué)，正是從這一視角出發(fā)來設(shè)計(jì)和引領(lǐng)教學(xué)活動(dòng)的變革，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣進(jìn)行循證與推理、質(zhì)疑與爭辯、猜想與修正，在“做中學(xué)”和“探究中學(xué)”。這樣才能讓學(xué)生深人理解知識(shí)的本質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其內(nèi)在聯(lián)系，自主構(gòu)建認(rèn)知體系，從而形成新的認(rèn)知與觀點(diǎn)。其教學(xué)機(jī)制見圖1。

圖1基于科學(xué)史的\"重演式建構(gòu)\"教學(xué)機(jī)制

3基于化學(xué)史的“重演式建構(gòu)”設(shè)計(jì)思路與價(jià)值

化學(xué)教學(xué)都是在選擇和設(shè)計(jì)的情境問題中展開教學(xué)的，重演與之相關(guān)的化學(xué)史是解決問題的方法之一，既要將化學(xué)史與學(xué)習(xí)內(nèi)容深度融合，又要發(fā)揮化學(xué)史在解決問題過程中的重要作用。

3.1重演科學(xué)家的循證與推理，培養(yǎng)科學(xué)思維

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）在學(xué)習(xí)活動(dòng)建議中指出：“學(xué)會(huì)查閱化學(xué)發(fā)展史中的重大事件、化學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的有關(guān)資料，交流、討論化學(xué)知識(shí)是如何在科學(xué)探究中發(fā)展的。”以“水的組成\"這一教學(xué)內(nèi)容為例，在2024 版的人教版九年級(jí)新教材中，將科學(xué)史話從資料卡片中提出并前移。這一變動(dòng)的根本目的是什么？為何要將氫氣的性質(zhì)與水的組成放在一起進(jìn)行教學(xué)？這些都是教師需要深入理解的問題。事實(shí)上，新教材的重新編排，是希望通過科學(xué)史所蘊(yùn)含的學(xué)科發(fā)展邏輯，清晰闡述“水的組成”這一主題的教學(xué)邏輯。因此，本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)可圍繞科學(xué)家的探究故事展開“重演式建構(gòu)”。

設(shè)計(jì)思路：化學(xué)史不僅提供了證據(jù)，也是推理的根基。通過“化學(xué)史話：水的組成揭秘”來引出問題，對(duì)科學(xué)家的探索過程進(jìn)行恰當(dāng)?shù)那榫吃佻F(xiàn)或動(dòng)畫模擬，依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷分析以及論證（見圖2），有助于形成“史話 $$ 推理 $$ 結(jié)論”的“重演式建構(gòu)”教學(xué)鏈條，進(jìn)而培育學(xué)生科學(xué)思維的慣性和意識(shí)。

設(shè)計(jì)價(jià)值：基于化學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠深入理解科學(xué)家在追求真理過程中所面臨的挑戰(zhàn)與困難。通過重演科學(xué)家的推理過程，從化合與分解兩種方法入手，探索水的組成，學(xué)生可以逐步建構(gòu)推測未知物質(zhì)組成的思路模型（見圖3）。這種“重演式建構(gòu)”設(shè)計(jì)，旨在引導(dǎo)學(xué)生掌握探究與實(shí)踐的策略和技巧，培養(yǎng)科學(xué)的思維習(xí)慣，激發(fā)他們追求真理與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神。

圖2水的組成設(shè)計(jì)思路

圖3推測未知物質(zhì)組成的思路模型

3.2重演科學(xué)家的質(zhì)疑與爭辯，形成科學(xué)觀念

化學(xué)史的核心價(jià)值，在于引領(lǐng)學(xué)生深入探索知識(shí)的歷史演進(jìn)路徑，從而領(lǐng)悟科學(xué)家的思維方式，并親身體驗(yàn)科學(xué)研究的精神內(nèi)涵與樂趣所在。對(duì)于學(xué)生而言，基于科學(xué)史的“重演式建構(gòu)”，是縱向把握科學(xué)發(fā)展脈絡(luò)、理解科學(xué)理論、構(gòu)建科學(xué)觀念或修正、重建科學(xué)模型的重要途徑。

以“燃燒與滅火”的教學(xué)為例，我們可嘗試以“燃素說”與“氧化說”為主線，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。

設(shè)計(jì)思路：通過化學(xué)史中的經(jīng)典爭議案例：“燃素說”與“氧化說”，引導(dǎo)學(xué)生重演科學(xué)家的辯論過程，逐步深入探討并構(gòu)建科學(xué)觀念。這不僅能培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，還能幫助他們深刻理解科學(xué)知識(shí)的動(dòng)態(tài)演變過程。

[問題導(dǎo)入］什么是燃燒？生活中哪些現(xiàn)象與燃燒相關(guān)？

[激發(fā)思考]燃燒為什么會(huì)發(fā)生？有沒有一種統(tǒng)一的理論可以解釋所有的燃燒現(xiàn)象？

[史話爭鳴]普里斯特利為代表的燃素說和拉瓦錫主張的氧化說是18世紀(jì)化學(xué)發(fā)展史上兩個(gè)重要的理論（見表1），它們對(duì)化學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

表1“燃素說”與\"氧化說”

[演示實(shí)驗(yàn)」在氧氣中點(diǎn)燃鐵絲，用磁鐵吸引鐵絲燃燒后的生成物。并測量反應(yīng)前后鐵絲的質(zhì)量是否發(fā)生變化。用便攜式氧氣測定儀檢測鐵絲燃燒前后氧氣的濃度。

[提出質(zhì)疑]如果燃燒是釋放“燃素”，為什么反應(yīng)生成鐵的氧化物，質(zhì)量反而增加？為什么反應(yīng)后氧氣的濃度減小？

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]在空氣中點(diǎn)燃蠟燭，觀察現(xiàn)象，并分別檢驗(yàn)兩種產(chǎn)物。再用大燒杯罩住燃燒的蠟燭，觀察現(xiàn)象。

[引發(fā)思考]為何在空氣中能正常燃燒的蠟燭，在密閉的容器內(nèi)燃燒迅速停止？

[得出結(jié)論]氧氣是燃燒的必要條件，氧氣和可燃物反應(yīng)，生成氧化物，并釋放出能量

［課堂活動(dòng)]對(duì)比分析“燃素說”和“氧化說”。分組討論三個(gè)問題。

問題1：燃素說如何解釋燃燒現(xiàn)象？氧化說又是如何解釋的？

問題2：哪種理論更能解釋實(shí)際的燃燒現(xiàn)象？舉例說明。

問題3：如果燃素說是正確的，為什么有些物質(zhì)燃燒后質(zhì)量減少？為什么沒有“燃素”能被恢復(fù)？

[匯報(bào)總結(jié)]每個(gè)小組派代表匯報(bào)討論結(jié)果，點(diǎn)評(píng)并總結(jié)：氧化說能更好地解釋燃燒過程，并得到現(xiàn)代化學(xué)的支持。

[引導(dǎo)探討]

（1）燃燒需要哪些條件？ 可燃物、氧氣、足夠的溫度。

（2）滅火的原理是什么？一降低溫度（用水冷卻）、切斷氧氣供應(yīng)（用滅火器、沙子等）、移除可燃物（清除易燃物品）。

[學(xué)以致用]演示 CO₂ 滅火器的使用，了解滅火器的工作原理（ CO₂ 滅火器可以通過釋放二氧化碳隔絕氧氣，從而撲滅火源）。

［總結(jié)反思]燃燒是氧氣與可燃物反應(yīng)的過程。燃燒的三要素是：可燃物、氧氣和足夠的溫度。通過控制這些要素，可以實(shí)現(xiàn)滅火。

設(shè)計(jì)價(jià)值：科學(xué)爭議中蘊(yùn)含著科學(xué)家們?yōu)閳?jiān)持自己的觀點(diǎn)而進(jìn)行的智慧較量，這些爭議能夠激發(fā)學(xué)生的思考，拓寬他們的視野，并使他們意識(shí)到科學(xué)知識(shí)的積累并非一蹴而就。例如，為研究化合物是否有固定的組成，普魯斯特與貝托雷經(jīng)歷了長達(dá)8年的論戰(zhàn)，才有了定組成定律這樣一個(gè)足以載入化學(xué)史冊(cè)的基本定律。此外，在化學(xué)的發(fā)展歷程中，那些飽受爭議的概念、原理和定律，往往是學(xué)生最難以理解且最容易犯錯(cuò)的地方，它們最能體現(xiàn)歷史在實(shí)際教學(xué)中的重要性[7]

3.3重演科學(xué)家的猜想與修正，建構(gòu)科學(xué)模型

“課程標(biāo)準(zhǔn)”指出：“初步了解化學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷程，感悟科學(xué)家崇尚真理、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，勇于質(zhì)疑、批判和創(chuàng)新的精神。8]”科學(xué)的發(fā)展歷史是理解科學(xué)思維形成過程的有益資源。科學(xué)發(fā)展史中最有意義的時(shí)期，是科學(xué)家對(duì)科學(xué)的基本概念重新建立和加以修正的時(shí)期，這一時(shí)期中不僅涉及了科學(xué)家深邃的思想和直覺，還體現(xiàn)了他們突破原有理論和認(rèn)識(shí)框架的能力以及創(chuàng)新精神，它需要科學(xué)家將各種科學(xué)預(yù)測、推論、假說上升為理論高度，還要面對(duì)原有理論的支持者的種種質(zhì)疑[9]

以“原子的構(gòu)成”教學(xué)為例，讓學(xué)生品鑒原子結(jié)構(gòu)模型演變史（見圖4），重演科學(xué)家在理論研究中的證偽歷程，不僅能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，還能幫助他們理解科學(xué)知識(shí)的非線性發(fā)展過程。學(xué)生在這種“猜想 - 證偽 - 修正”的“重演式建構(gòu)”路徑下，原子結(jié)構(gòu)模型逐步形成，更領(lǐng)悟到科學(xué)發(fā)展的曲折過程和方法論。

第一，歷史視角：原子結(jié)構(gòu)模型的演變反映了科學(xué)思想的發(fā)展歷程。從古希臘的“原子論”到道爾頓的原子模型，再到湯姆遜的“棗糕”模型、盧瑟福的“行星系”模型，以及玻爾的“軌道”模型和現(xiàn)代量子力學(xué)的“電子云”模型，學(xué)生能夠看到科學(xué)是如何一步步修正和發(fā)展理論的。

第二，科學(xué)方法：不同階段原子結(jié)構(gòu)模型的猜想、證偽與修正，與科學(xué)探究的過程有異曲同工之妙，包括假設(shè)的提出、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、理論修正，以及如何從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出結(jié)論，培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維和科學(xué)素養(yǎng)。

第三，概念理解：每個(gè)模型都對(duì)應(yīng)著不同的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)和理論背景，展示模型的演變可以幫助學(xué)生更好地理解原子的實(shí)際構(gòu)成，每一個(gè)新模型都是對(duì)前一個(gè)模型的糾正或補(bǔ)充，化學(xué)理論的演進(jìn)正是猜想與證偽的過程。

第四，激發(fā)興趣：通過展示歷史上的科學(xué)家及其發(fā)現(xiàn)的故事，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，使其更加關(guān)注科學(xué)史和科學(xué)家的貢獻(xiàn)，培養(yǎng)探索精神。

第五，跨學(xué)科聯(lián)系：原子結(jié)構(gòu)模型的演變也涉及物理學(xué)、化學(xué)和哲學(xué)等多個(gè)學(xué)科，展示這些模型可以幫助學(xué)生理解科學(xué)的跨學(xué)科性，促進(jìn)綜合思維。

第六，現(xiàn)代科技的啟示：了解原子結(jié)構(gòu)模型的歷史演變，能夠讓學(xué)生意識(shí)到現(xiàn)代科技，如納米技術(shù)和量子計(jì)算，都是建立在對(duì)原子深刻理解的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)他們對(duì)科學(xué)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。

設(shè)計(jì)思路：在原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過程中，科學(xué)家們是通過\"事實(shí) - 建模 - 解釋 - 發(fā)現(xiàn)新的事實(shí) - 修正模型 - 新的解釋”的方法逐步接近真相的。通過原子結(jié)構(gòu)模型的演變，學(xué)生能夠深入理解科學(xué)模型的構(gòu)建是一個(gè)不斷進(jìn)行假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、修正和完善的動(dòng)態(tài)過程，從而體會(huì)到科學(xué)進(jìn)步的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性。

設(shè)計(jì)價(jià)值：在科學(xué)研究中，證實(shí)和證偽是相互補(bǔ)充的[10]。但實(shí)際教學(xué)中，教師常常專注于傳授經(jīng)過驗(yàn)證的科學(xué)成果和理論，卻往往忽略了科學(xué)理論的起源和歷史上的多元視角，尤其是那些被視為“過時(shí)”的理論，很少被納入課堂討論。這種科學(xué)教育模式過分集中于理論的證實(shí)過程，而忽略了證偽過程的重要性，這對(duì)學(xué)生批判性思維能力的培養(yǎng)顯然是不利的。

每個(gè)新理論的出現(xiàn)，都是在舊理論被部分證偽之后的修正，展示了科學(xué)知識(shí)是如何在實(shí)驗(yàn)和理論的相互作用中不斷發(fā)展的，反映了科學(xué)家在探索物質(zhì)最基本單位過程中的不斷推理和試驗(yàn)。原子結(jié)構(gòu)模型的演變史不僅是科學(xué)知識(shí)的重演，更是對(duì)學(xué)生科學(xué)思想、探究能力和綜合素養(yǎng)的全面培養(yǎng)。這一進(jìn)程不僅是科學(xué)發(fā)展的象征，也是人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)不斷加深的體現(xiàn)。科學(xué)概念的形成、創(chuàng)新、發(fā)展和理解必須放在學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)里[\"]。利用化學(xué)史可厘清概念的形成與發(fā)展，這種思維路徑符合學(xué)生心理發(fā)展規(guī)律的認(rèn)知邏輯[12]。教師需要研究化學(xué)史在教材中的地位、呈現(xiàn)方式、學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)等要素，以此為基礎(chǔ)選擇或形成有效的教學(xué)模型，從而提高教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂活動(dòng)的有效性，實(shí)現(xiàn)化學(xué)史的教學(xué)價(jià)值[13]

4總結(jié)與展望

基于化學(xué)史的“重演式建構(gòu)”教學(xué)，符合教學(xué)邏輯和認(rèn)知邏輯。此過程不僅為學(xué)生提供智力上的挑戰(zhàn)與情感上的激勵(lì)，促進(jìn)其從單純的知識(shí)接受者向思維建構(gòu)者的轉(zhuǎn)變，同時(shí)，還能推動(dòng)教學(xué)從單一學(xué)科向跨學(xué)科整合、從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)探究、從結(jié)果導(dǎo)向向過程導(dǎo)向的轉(zhuǎn)型。這一過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力，理解科學(xué)知識(shí)的動(dòng)態(tài)性和非線性發(fā)展，構(gòu)建全面深刻的科學(xué)世界觀。

盡管基于化學(xué)史的“重演式建構(gòu)”教學(xué)具有顯著優(yōu)勢，但仍有若干問題需要進(jìn)一步研究和探索。首先，需要探究它在不同化學(xué)主題中的普適性，尤其是在復(fù)雜概念與理論教學(xué)中的應(yīng)用效果。其次，針對(duì)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的差異性，如何根據(jù)學(xué)生的年齡階段與認(rèn)知水平調(diào)整教學(xué)法，以確保其有效性。再次，評(píng)價(jià)體系的優(yōu)化，教學(xué)過程如何實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生思維過程與探究能力的評(píng)價(jià)。最后，信息技術(shù)的輔助，如何有效利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等技術(shù)為教學(xué)提供更為豐富的教學(xué)資源與支持，都是未來需要著重探索的。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主馬克斯·馮·勞厄曾深刻指出，教育的核心價(jià)值并非在于知識(shí)的堆砌，而在于思維能力的培養(yǎng)。教育的真正意義在于，當(dāng)所有具體的知識(shí)被遺忘后，依然能夠留存的是思維的能力。基于化學(xué)史，實(shí)施“重演式建構(gòu)\"教學(xué)，正是對(duì)這一教育理念的深刻實(shí)踐。通過持續(xù)的優(yōu)化與完善，本研究有望在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、辯證思維與創(chuàng)新能力方面發(fā)揮更為深遠(yuǎn)的作用，為化學(xué)教學(xué)的發(fā)展提供新的思路與路徑。

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