借助化学史料,培育核心素养
时间：2020-03-22 05:25:43 来源：千叶帆 本文已影响人
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摘要：化学史料丰富多彩，蕴含多种教学功能，文章提出借助化学史料培育化学核心素养的五个方面：以史明志，情感共鸣，培育科学态度与社会责任素养;以史探理，感受创新，培育科学探究与创新意识素养;以史质疑，体验过程，培育证据推理与模型认知素养;以史为镜，寻求本质，培育宏观辨识与微观探析素养;以史为范，重视科研，培育变化观念与平衡思想素养。
关键词：化学史料;化学核心素养;教学设计
文章编号：1008-0546（ 2019）09-0019-03
中图分类号：G632.41
文献标识码：B
doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.005
化学史是自然科学发展史和人类文明发展史的重要组成部分，蕴含了大量科学探究过程及人文历史背景[1]。利用化学史料，可以帮助学生了解在科学研究的漫漫长河中，今天所学的化学知识是如何形成的;感受科学家在面对困难时是如何思考和探究的。借助化学史料，可以有效促进学生核心素养的养成。
对比《普通高中化学课程标准（实验版）》和《普通高中化学课程标准（2017年版）》关于化学史料的内容，笔者发现，2017年版的化学课标更加注重化学史育人功能的开发，不论在数量上还是在呈现形式上，都充分体现了化学史教育的重要性。
利用化学史料为载体，重构化学课堂，是推动学生主动发展核心素养的重要途径，值得一线化学教师深思和践行。
一、以史明志、情感共鸣，培育科学态度与社会责任素养
在化学史的发展过程中，有很多激励人心的真实故事，教师可以围绕教材中的一些核心概念，搜集历史资料，设计一系列互动历史故事，并用多媒体手段将材料融入化学教学中，不仅可以丰富课堂教学过程，更可以调动学生的学习热情，培养科学态度与社会责任。
教学片断：卤代烃和DDT
化学史料：1939年，瑞士科学家米勒发现DDT具有优异的广谱杀虫作用，他因此获得了1948年的诺贝尔生理学和医学奖。但是，DDT这一历史上最著名的有机氯杀虫剂仅仅用了20年，便逐渐在全球范围内遭到禁用，有人甚至认为这是一个发“错”了的诺贝尔奖。人们发现，DDT相当稳定，能在自然界滞留较长时间，并可以通过食物链富集在动物体内，形成累积性残留，给人体健康和生态环境造成不利影响。DDT事件留给人类的思考是深刻而长远的。
讨论：你们对这个历史事件有何看法？
教学价值：科学技术是把双刃剑，让学生充分感受科学发展的道路布满荆棘，教育学生要正确分析历史事件，既可以学习科学家的科研精神，又可以学习科学家勇于承认错误、并进一步改进的人文品质。
二、以史探理、感受创新，培育科学探究与创新意识素养
重演科学史中的重要实验或重大发展阶段，学生可以体验科学发展的实际过程。在教学设计中，教师可以采用先演绎再归纳的方式，利用教材和相关史实模拟历史上的经典实验和探究过程，然后得出知识理论。
教学片断：苯环结构的探究
化学史料：19世纪欧洲许多国家都使用煤气照明，煤气通常是压缩在桶里贮运，人们发现这种桶里总有一种油状液体，但长时间无人问津。英国科学家法拉第花了整整五年时间从这种液体中提取到了一种无色油状液体——苯。法拉第发现苯后，对苯的组成进行测定，发现苯仅由碳、氢两种元素组成，其中碳的质量分数为92.3%，苯的相对分子质量为78，确定分子式为C6H6。
讨论：从分子式来看，苯分子远没有达到饱和，那么，它的分子结构如何呢？
学生：可能含碳碳双键或碳碳三键。
实验：在试管中加一滴管苯，再加入5滴酸性高锰酸钾溶液，充分振荡，观察现象。
结论：高锰酸钾不褪色，说明没有三键或双键。
化学史料：当时科学家凯库勒对苯分子中6個碳原子和6个氢原子的排布，曾先后考虑过几十种排布法，但却都经不起推敲，也解释不了关于苯的实验事实。1865年的一天晚上，在思考苯的结构时，不知不觉进入了梦乡，朦胧中，他看到碳原子形成的长列像蛇一样，突然间，蛇咬住了自己的尾巴，形成一个环状……凯库勒猛然惊醒了，受梦的启发，凯库勒迅速画出了苯分子的结构，这就是流传至今的凯库勒式。
教学价值：利用此历史材料进行苯环结构的教学，既可以体验科学探究的过程和方法，又可以感受科学家对科学研究的敬业精神，同时也明白在科研之路上，没有天才，有的只是科学家孜孜不倦的科研精神和永不言弃的毅力。
三、以史质疑、体验过程，培育证据推理与模型认知素养
学习的过程，就是知识不断扩展和提升的过程。科学教学的目标就是实现学生错误概念向科学概念的转化。科学在其发展的历史过程中，也不断纠正和更新，所以科学史是帮助学生形成科学思维的有益资源。
教学片断：原子结构的演变
化学史料：19世纪初道尔顿最先提出实心球模型一汤姆森于1897年开始研究阴极射线，发现金属中都存在带负电荷的粒子，即“电子”，提出新的模型，被称为“葡萄干面包式”模型→卢瑟福于1907年利用镭等放射性元素产生带正电的α粒子，使其穿过铅板的小孔，射向极薄的金箔，证明不是实心球体，并提出了原子内部电子绕原子核运动的行星模型→1913年，玻尔修正了原子模型，提出电子沿稳定轨道运动→1926年，薛定谔波动方程建立，提出现在原子结构的电子云概念。
教学价值：利用原子结构的演变过程为载体，让学生感受到科学研究中不断质疑并提出新方案的研究过程，认识到学无止境的科研路上，只要不断钻研，终会有新的突破;同时，让学生坚定敢于质疑的科学探究精神，明确化学实验的重要价值;体验证据推理和模型认知的素养。
四、以史为镜、寻求本质，培育宏观辨识与微观探析素养
奥斯本提出，应该让学生参与历史上科学家的问题解决过程，以此体会科学方法[3]。课堂上，教师可以利用历史材料，鼓励学生参与历史问题的讨论，并适时提出科学家研究过程的猜想，引导学生利用宏观现象进行微观探析。
教学片断：化学反应的方向
化学史料：钛被誉为“21世纪金属”，广泛应用于飞机、医疗等领域。第一次制得纯净的钛在1910年，但早在1791年科学家就在金红石矿物中发现了钛元素。当时科学家们就设想通过以下两步反应来制备钛：
第一步：Ti02（s）+2Cl2（g） =TiCl4（1）+02（g）
第二步：TiCl4（l）+2Mg（s）=Ti（s）+2MgCl2（s）
然而，科学家们发现第一步反应在任何温度下都不能向正向进行，于是他们意识到化学反应具有方向性。
讨论l：如果你是18世纪的科学家，如何解释制备钛的第一步反应不能自发进行？
讨论2：19世纪初的科学家们曾认为决定反应能否自发进行的因素就是反应热。放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。你同意这种观点吗？
化学史料：1855年，克劳修斯首次大胆提出熵的概念（符号S），用来表示体系的混乱程度。1869年，德国化学家霍斯特曼在研究NH4Cl受热分解过程时运用了熵的概念，指出这一过程和液体蒸发过程遵守同样的规律即熵增有利于自发进行，把熵的概念首次推广到化学反应领域。1878年，美国科学家吉布斯在大量理论研究的基础上提出判断化学反应方向的综合判据：在一定的温度和压强下：△H-T△SO，反应非自发;△H-T△S=0，反应达平衡态。
讨论3：经过讨论，请同学们分析温度、焓变和熵变对反应自发性的影响。
教学价值：认识到科学发展过程中，科学家也会陷入僵局，碰到暂时无法解决的难题，但是在追求真理的过程中，只要努力终将有所收获。利用宏观的现象，结合微观的原理和本质，试图找到解决问题的方法，最终会有重大的突破。对于学生而言，历史是明镜。循着科学家的脚步，感受科学的发展过程，将为今后的发展奠定基础。
五、以史为范、重视科研，培育变化观念与平衡思想素养
科学史融入课堂教学实践并不是简单的移植介绍过程，多角度分析并利用材料是教学的关键。在材料的收集和整理过程中，我们总会发现同一时期不同科学家研究同一个课题，并取得不同的成果。这些材料，可以经过恰当加工，然后运用到课堂教学中，促进学生积极思考，参与知识的构建与问题的解决，形成动态的、变化的知识观，提升解决问题的能力。
教学片断：合成氨的过程
化学史料：对比能斯特和哈伯的研究，猜想哈伯方案脱颖而出的原因[4]。
讨论1：对比两位科学家的方案，你觉得哪种更适合工业生产？
讨论2：为什么增大压强，有利于增加平衡气中氨气的含量？
教学价值：通过了解合成氨过程的艰辛和科学家研究的过程，让学生体验化学变化的条件，认识条件对化学反应速率和限度的影响;感受化学家严谨的科学态度、勇于挑战的激情，体会科学团队合作的重要性;学习科学家在解决实际问题时锲而不舍的执着与富有创造性的思维过程。
六、总结反思
经过笔者的實践，让化学史融人课堂的教学，深受学生的喜欢，在实际的操作中，要注意以下几个问题：
1.素材充分挖掘，体现功能价值
化学史的来源广泛，有苏教版化学教科书上的拓展视野栏目;有新课标（2017年版）中提到的学生活动、情境素材建议;有教学参考书上的案例赏析;更有各类化学核心期刊上的关于化学史教学的优秀论文等等。从时间的角度来说，可以选用古代化学史以弘扬传统文化;也可以选用新增化学史以促进学科本质理解;更可以选用近现代史以认识科学发展现状。只要教师能充分挖掘，合理利用，定能给学生一个全新的学习视角。
2.教师多读多看，促进专业发展
化学史丰富多彩，这就要求教师多读多看，不断积累，才能正确理解教学内容，合理处理教学设计。若教师缺乏较高的学科素养，也就不能有效地利用化学史料进行教学，即使介绍相关史料，也不能充分发挥其功能。因此，化学教师需要加强学习修养，更新教育观念，不断弥补专业知识、提升创新能力，努力提高专业水平，成为不断发展的优秀教师。
参考文献
[1]徐胜龙.近二十年化学史教育的变迁及启示[J].中学化学教学参考，2018（11）：34-36
[2] 中华人民共和国教育部，普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018
[3]孟献华，倪娟.基于化学史的教学设计模型与应用[J].化学教育，2016（1）：74-81
[4] 白建娥，利用化学史进行素养为本的教学[J]中学化学教学参考，2018（10）：17-20
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