高中必修教科书化学史的素养功能及应用策略

    唐劲军 郭明魁 林小荣

    摘? ?要

    化学史承载着重要的素养发展功能。以旧人教版教科书为参照，对新人教版必修教科书中化学史内容变化及新增化学史内容的学科核心素养功能进行分析，提出化学史的应用策略，为开展“素养为本”的化学教学提供参考。

    关键词

    高中化学教材 化学史? 学科核心素养

    《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）指出，结合人类探索物质及其变化的历史与化学科学发展的趋势，引导学生进一步学习化学的基本原理和方法，形成化学学科的核心观念[1]。以化学史为素材，引导学生了解化学概念、原理的形成和发展，引导学生认识实验在化学科学发展中的重要作用[2]、教科书是课程的具体化，其化学史内容一直备受关注。国内已有相关研究主要有：关于化学史的教学功能研究，如化学史融入教学的实践与探索[3]、化学史的科学本质教育功能[4-5];基于化学史的教学设计研究，如融入化学史的“四线式”教学模式构建[6]、基于科学史的教学设计层次分析[7];关于化学史的教材研究，如不同时期教科书中化学史变化研究[8]、运用化学史发展学科核心素养的教学策略研究[9]等。但随着新课标发布，教科书中化学史内容已有较大变化，在学科核心素养方面也赋予了新的功能。基于学科核心素养视角，以旧版教科书为参照，对人教版必修教科书中化学史内容变化及新增化学史内容的学科核心素养功能进行分析，提出化学史的应用策略，为开展“素养为本”的教学提供参考。

    一、必修模块化学史新增内容的素养功能分析

    我们对必修教材各章节中新增或变动的化学史内容进行统计，并对史料内容承载的素养功能进行分析，见表1。对新教科书中化学史内容的删减、呈现栏目变化情况进行分析，具体见表2。由表1、表2可以看到，必修教材新增27处，删除7处，另有2处从活动栏目转到了正文。删除的化学史多为常识性介绍，或是学生已经熟知的内容，新增化学史内容或相关栏目为教学增加了新素材，有助于学生更好地理解化学原理。

    1.“方法引导”中的素养功能

    “方法引导”是新增的教材栏目，其编入的化学史内容体现了新课标提出的“结合历史引导学生学习化学基本原理和方法”的要求。例如，第一章第二节新增电离模型的发展。介绍化学家在认识电离现象时提出的电离模型，努力寻找证据去证实或证伪，不断修正、提出新的模型，如阿伦尼乌斯研究电解质稀溶液的导电性时提出电离模型，经过长期论证，发现其可以解释很多现象，从而被现代科学接受。该化学史内容能够帮助学生理解假说、模型在科学研究中的作用与意义，发展模型认知素养。

    2.“科学史话”中的素养功能

    “科学史话”栏目中的化学史较多，功能较为全面。例如第二章第一节新增科学史话中的侯德榜与侯氏制碱法。侯德榜心怀祖国，致力于振兴民族工业，毅然放弃在美国的优厚待遇回国负责技术开发工作。在抗战时期艰苦的条件下，经数百次实验，确定了联合制碱法。侯德榜为了维护国家利益开展艰苦卓绝的探索，体现了强烈的社会责任和民族使命感。该内容让学生体会“科学知识是嵌入在人类社会及文化中的”本质[10]，从国家与民族的角度认识科学，并以此形成正确的科学价值观，坚定学好化学为国家做贡献的信念。

    3.“科学·技术·社会”中的素养功能

    “科学·技术·社会”是教材新增栏目，所包含的化学史主要涉及化学学科前沿及其应用，可以让学生了解化学理论与相关技术的新发展。例如第八章第二节中DDT的应用发展，介绍DDT最初为人类的卫生防疫事业发挥了重大作用，然而DDT的大量使用对昆虫的天敌产生毒害，对环境产生了负面作用，一些国家因此禁止生产和施用DDT。“DDT的功与过”可以启发学生辩证地看待科学技术在社会发展中的作用与影响，对科学、社会中的关键问题做出正确判断。

    4.正文中的素养功能

    新教材把部分原处在活动栏目中的化学史内容移到了正文，以凸显其学科核心素养功能。例如第六章第一节“人类对能量的利用”，教材把该化学史放到正文，让学生认识到化学反应的能量变化在人类生活、社会发展中的重要作用。该化学史内容可发展学生的变化观念与平衡思想，加深对化学學科价值的认识，树立正确的科学观念。

    5.插图中的素养功能

    必修教材新增了3处具有中国特色的化学史插图，可以利用它们开展爱国主义教育，增强民族自信，提升社会责任感的教学功能。例如第六章第二节高炉炼铁，课本将原来的19世纪欧洲的炼铁高炉图改为我国首钢的炼铁高炉图，让学生看到我国工业技术的发展，增强民族自豪感，激励学生为民族复兴而学好化学。

    二、必修模块化学史的应用策略

    1.利用概念演变史发展模型认知能力

    对模型认知的深入理解能够促进学生建立解决复杂化学问题的思维框架[11]，我们可以利用化学史突出模型演变过程中概念的作用，从初始概念起，随着科学发展引出后一个概念，直到最新的概念。例如第四章第一节的原子结构模型演变。原子结构模型最初由道尔顿提出，认为原子是构成物质的基本粒子，不可再分;随着电子发现，汤姆孙提出枣糕模型;之后卢瑟福通过α粒子散射实验，提出核式结构模型;此后量子力学出现，玻尔提出了新的模型，认为电子只能在确定的轨道做圆周运动，被称为玻尔原子模型;现代随着量子力学的发展，人们提出了电子云模型，认为电子没有确定的轨道，电子在原子核外呈现概率分布。原子结构模型的演变经历了实验验证和理论推导，为模型的建构和完善提供了证据，即模型认知过程。通过该模型的演变，使学生感受到模型认知在科学研究和化学学习中的作用，发展证据推理与模型认知素养。

    2.利用实践探究史发展科学探究能力

    运用化学史的实践探究案例，让学生认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动[12]。我们可以将教材中的工业生产实践探究史设计成情境素材，引导学生思考工业生产实践的探究历程，发展科学探究素养。例如第二章第一节中纯碱的生产历史，可以引导学生了解3种制碱法的原理，比较其优缺点，从生态文明的角度思考侯氏制碱法的意义。指导学生查阅资料，开展探究学习，通过比较、分析、归纳发现探索新的制碱法，既要克服之前工艺不足，也要考虑节约设备成本、减少环境污染等。让学生认识到工艺流程设计要考虑原料、设备、环境等多方面因素，发展科学探究能力。

    3.利用化学家事迹培养严谨求实的态度

    化学家的事迹蕴含严谨求实、坚持真理的科学态度。将化学家的事迹设计成情境问题，培养学生严谨求实态度。例如第四章第二节，可以设计问题“当布瓦博得朗测得镓的密度时，门捷列夫为什么没有直接用他的结果进行后续研究？”引导学生思考讨论，认识到门捷列夫没有盲从布瓦博得朗的结果，而是通过缜密分析，发现了理论与实验结果的差异，体现了门捷列夫严谨的科学态度。针对布瓦博得朗重新测定镓的密度的史实，设计问题“布瓦博得朗为什么没有直接反驳门捷列夫，而是坚持实验探索？”引导学生认识到布瓦博得朗尊重客观事实，在认真思考门捷列夫观点的基础上，重新测其密度，最终测得镓的准确密度，用实验验证了理论预测，以此发展学生严谨求实、敢于质疑的科学态度与精神。

    4.利用中国化学贡献培养社会责任与民族自信

    化学史内容中新增了多处中国化学成就，以及中国化学家做出巨大科学贡献的史实，契合了“课程思政”的理念。在化学教学中利用这些内容帮助学生树立“四个自信”，提高民族自豪感与社会责任感，发挥学科育人价值。例如绪言和第七章第四节都介绍了我国科学家首次合成牛胰岛素。由于胰岛素结构复杂，合成难度大，直到1958年《自然》杂志还断言“人工合成胰岛素在相当长时间里未必会发生”。然而，中国科学家却在这场全球科学家的竞赛中领先，1965年，我国首次人工合成结晶牛胰岛素[13]。以邢其毅教授为代表的中国科学家在这项研究中做出了巨大贡献。利用科学史中的“中国故事”，提高学生的民族自信心，树立热爱科学、报效祖国、造福人类的远大理想。

    5.利用化学史落实“教、学、评”一体化

    将化学史设计成学习素材和测试题的问题情境，为落实“教、学、评”一体化提供载体。教科书的正文和习题都增加了化学史内容，尤其是新增的化学史情境习题，发挥了化学史在测评中的作用，使得化学史贯穿“教、学、评”的全过程。例如第四章复习题8题，该题主要考查学生对元素周期律（表）探索史的理解，并在此基础上对未知的119号元素进行位置与性质的预测，该题是课本中元素周期表内容的延伸与拓展。学生需要根据史料，提出预测或假说，阐述合理的解释，探查学生的科学探究与创新意识学科素养。

    参考文献

    [1][2][11][12] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：2，72，6，4.

    [3] 张志红.化学史融入教学的实践与探索[J].教学与管理，2020（28）：53-55.

    [4] 严文法，王小梅，李彦花.新课标视域下化学史的科学本质教育功能研究[J].化学教学，2020（01）：3-7.

    [5] 胡胜利，陆亚君，刘晓玲，等.不同科学史设计对高一学生科学本质观发展的影响——以原子结构发现史为例[J].化学教育，2012，33（07）：24-27.

    [6] 张凤英，刘子忠.化学史融入中学化学课程“四线式”教学模式的构建[J].化学教育（中英文），2019，40（17）：50-57.

    [7] 孟献华，倪娟.基于科学发展历史的教学设计层次分析[J].化学教育（中英文），2018，39（01）：33-38.

    [8] 曾兵芳，蔡彩芳.我国高中化学教科书中化学史的变化研究[J].化学教育（中英文），2019，40（21）：90-95.

    [9] 周业虹.基于教科书化学史素材发展学科核心素养的教学策略[J].化学教学，2020（09）：36-40.

    [10] Lederman N.G.Abd-el-Khakjick F.，Bell R.L.et al.Views of Nature of Science Questionnaire：Toward Valid and MeaningfulAssessment of Learners Conceptions of Nature ofScience[J].JournalofResearchin Science Teaching，2002，39（06）：497-521.

    [13] 劉立雄，张顺清.第二册 第七章 糖类 油脂 蛋白质——人类重要的营养物质教与学设计[J].中学化学教学参考，2004（04）：53-54.

    【责任编辑? 郭振玲】