化学史与中学化学实验融合教学的研究

李俊　杨明岸

摘   要 化学学科核心素养的形成是当代化学教学的重要发展趋向。在中学化学教学中，将化学史与化学实验结合，让学生体验化学家的实验探究过程，反映了化学学科独特的教育价值，有助于核心素养真正落实到课堂教学中。以建构主义与人本主义学习理论为研究基础，介绍了“空气的组成”及“化学能与电能”这两个代表性案例的教学设计，开展了有效的探索与实践。实践表明，该创新性的融合对中学化学教育过程中优质人才的培养与学生思维品质的塑造起到了积极的作用。

关键词 化学史  化學实验  核心素养  中学化学

化学史是漫长而复杂的社会实践过程中关于化学学科发展的高度概括和升华，提供化学发展的来龙去脉，包括主要突破、各个分支学科的演化与相互关系，为未来化学的发展指明方向。《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出要结合人类探索物质及其变化的历史和化学科学的发展趋势，引导学生进一步学习化学的基本原理和基本方法，形成科学的世界观，以及通过化学实验为主的探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发化学学习兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的变革，培养学生的创新精神和实践能力的教育理念[1]。化学是一门以实验为基础的自然科学，化学史的发展过程即为化学实验的探究过程，科学的发展史彰显着科学探究精神的重要性。随着新课改的不断推进，学生核心素养的培养成为了如今化学教学理念的主旋律[2]。大部分科学观点通过科学探究提出，探究的过程渗透着科学探究与创新意识。让学生体验科学家实验探究的过程，对其化学理论知识的掌握起着举足轻重的作用。通过实验现象推理得出实验结论，是科学探究中重要的学习方式。因此在中学化学教学的过程中，有机地融合化学史与化学实验，对学生思维的发展与探究能力的形成有着相当重要的意义，显得尤为必要。

我们对化学史与中学化学实验融合的内容进行教学设计与实践，探寻出特色的教学模式及教学方法，在化学教学中起到画龙点睛的作用，充分激发出化学史教育的重要意义。

一、化学史与中学化学实验融合教学的必要性

融合化学史与化学实验的教学模式若要在中学化学教学中真正得以发展、推广，需要根据当今中学的实际情况有选择性地开发出“小而精”的内容，使其在实现教学计划的同时，契合化学核心素养的培养目标。

1.注重化学问题解决学习的过程性与体验性

相较于传统的结论式教学，化学史与化学实验融合教学更关注学生在解决化学问题的过程中思维与知识的产生与深化，即知识结构的螺旋式上升与延展的过程。首先，建构主义在知识观上强调动态性，即知识不是对现实的准确表征，会随着社会的向前发展而产生新的假设和解释[3]。哲学家康德曾指出主体只能通过内部的范畴来组织经验和发展知识，而无法直接通向独立于个体之外的世界[4]。学习者基于个体内在的经验，理解并构建属于自己的知识经验背景。其次，建构主义在学习观上强调学习的主动构建性、社会互动性和情境性。最后，建构主义在教学观上提出教学是在师生交互的对话背景中，教师通过给予学生信息资源以及处理信息的工具等必要的支持与帮助，引导和启发学生深入探究学习，在追寻与实现价值目标的过程中形成新知识经验的特殊认识活动。渗透化学史与化学实验的教学模式是建构主义学习理论在自然科学领域的一种外化表现，化学知识的建构需要教师为学生的理解搭建阶梯。教师创设理想的化学史情景，鼓励并协助学生在化学实验中以独立思考、交流与合作等方式进行探究。学生将探究获得的真实而有意义的化学知识纳入已有的图式，升华为化学学科观念。学生从现象深入到本质的引导中，形成分析与解决问题的思路。

2.展现化学科学的人文性与科学性

人文底蕴与科学精神体现在“人”作为要素有机嵌入化学学科的社会属性与人文价值中，给化学的科学属性赋予生命色彩[5]。人本主义学习理论注重教学的过程及方法，强调学生的自主参与性，教师只是“学习的促进者”。代表学者罗杰斯认为真实的学习情境能激发学生的学习兴趣，让学生亲身体验获取知识的过程，在情感和认知因素的结合中增强学习的效率和意义，最终实现培养情知合一的人的教育目的[6]。化学教师在教学中除了要为学生创设真实的学习情景之外，还需鼓励学生自发地学习。融合化学史与化学实验的教学提供给学生沉浸在真实的实验探究的历史情景，学生在实验过程中发现问题，针对问题进行小组讨论，设计实验并展开验证。这一系列的学习活动凸显了学生的主体地位，让学生在自由的空间中产生积极向上的情感。教师在流动变化的课堂问题中提供促进学习的气氛，帮助学生逐步接近“终点”，在科学素养的熏陶中朝着更高层次的需要发展。

化学史与化学实验融合的教学模式在培养理念以及思维发展的深刻性上展现出独特之处，更侧重人文精神[7]、科学精神与科学思想方法的交互作用。化学史融合化学实验的教学方式，旨在向有理想、有抱负的“小小化学家”内心深处，播撒一颗蕴含化学精髓的种子，塑造化学家思维。鼓励学生在教师教学技巧的诱导下，感悟化学家的智慧，崇拜化学知识，把握化学学科的发展历程。

二、化学史与中学化学实验融合的教学设计

科学家马克斯·玻恩指出：“与其说是因为我所发表的著作中包括一个自然现象的发现，倒不如说因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”[8]化学史是承载化学研究方法的载体，在历史网络的交织中渗透着化学研究方法。对于某一化学现象的解释，学生们往往潜意识地基于当前的化学理论分析，却忽略了过去相应的研究水平，甚至将实验得出的间接推论作为证据进行阐述，因果的逻辑关系混淆，这是传统化学史的讲授模式容易显现的弊端。在教师的引导下，学生通过认识如门捷列夫、拉瓦锡等著名化学家在实验中的开创性成就，最大程度引起与化学家们思想上的共鸣。与大师交流的过程即理论转化为实践的过程，激起学生们学习的兴趣，在“憧憬”化学史的思考中发挥个体的聪明才智。基于此，我们选用人教版九年级化学上册“空气的组成”与化学必修2“化学能与电能”这两个案例进行层次性与立体化的结构设计，让学生在科学探索的过程中形成基本的化学思维方式，积累比知识内容表征更鲜活的经验，在与化学家的“切磋”中产生思维上的振荡与碰撞。

1.案例一 “空气的组成”

在“空气的组成”一课中，学生根据教师的指引，针对氧气的性质以及氧气在空气中的含量自主开展实验的设计与探究，并于实验结束后进行讨论。教师在课堂中注重启发与诱导，促进学生在与化学家的对话中产生思想上的共鸣，创设认知与情感共融的精神世界[9]。在“测定空气中氧气的含量”这一环节，学生由于刚接触化学，从定性到定量的转变容易遇到障碍，难以建立起两者的联系。此时教师可提供必要的学习材料，创造最近发展区以匹配学生的知识特征与学习能力。当观察到学生在实验设计上与化学家设计的精髓部分达到了近乎一致的吻合，教师要積极鼓励这部分学生独特的化学思维，激活敏锐的洞察力，使其获得化学探究的认同感与自豪感。学生在积极主动的探索中将客观性实验结果纳入已有的图式中，角色从被动的接受者回归到学习的主体，凸显发展的整体性。教师根据学生实验的情况进行详细地分析，巧妙展示普里斯特里、舍勒和拉瓦锡等化学家对空气的认识历程，梳理对空气认识进阶的发展路线。在知识的增长机制上，实现学习者的思维逻辑由低知识状态过渡到高知识状态，从知识的单向累积关联到学习者的高水平思维，抽象出更丰富的网络结构。让学生置身于化学发明或发现的情境中和科学家们一起感受猜测、直觉、想象和顿悟的欢乐，经历追求真理的过程，使学生体会到科学探究的乐趣，从而让学生积极主动地学习化学。九年级化学上册“空气的组成”这一内容设计的教学基本结构见表1。

2.案例二  “化学能与电能”

化学教学的主要目的不仅要传授化学科学知识，更重要的是让学生领悟思维方法，帮助学生形成正确的科学思维与科学发展观。学生在实验设计时，可以根据化学家的实验原理和研究方法，重复或仿照之前经历过的研究途径和探究方法，从明确探究问题开始，到做出合理假设、设计实验过程、开展实验、收集实验事实、处理与分析实验结果、得到规律性的认识，整个过程起到启发学生科学思维的作用。在“化学能与电能”中，教师可针对原电池的形成条件设置疑问，设疑的过程要体现条理性，循序渐进。学生根据教师的指引，自主进行实验的设计与探究，并进行反馈。学生在深度的学习体验中形成具有“完整人格”“有意义”的实践者与创造者，建立起研究问题的核心思路与基本方法，将学习活动真正纳入心理活动中。改变机械获取知识的单向过程，在系统的认知方法中渗透深度学习的本质。教师通过评价的方式指出学生实验设计与实施的优缺点，并有机地引入化学家伽伐尼和伏打探究“生物电的产生”的史实，开展相应分析的过程，从而引导学生知道原电池形成的条件以及渗透控制变量法的科学思想。若学生在实验设计上与化学家设计的精髓部分达到了近乎一致的吻合，教师要善于鼓励这部分学生在化学思维上表现出的优秀潜质，增强其自信心，从而让学生增加学习化学的兴趣，崇尚化学科学，明白化学其实离自己并不遥远。以“化学能与电能”为例[10]，我们设计的教学基本结构见表2。

选取了两个代表性的融合教学设计，并以表格的形式构建基本框架和思路。教师可根据校内资源的实际情况进行灵活地补充或改进，通过给出的探究案例让学生沿着化学家的思维脉络寻觅科学发现的过程。我们以这两个例子为代表说明化学史与中学化学实验融合的教学设计，而其它融合教学的案例在中学化学教学中逐渐展开设计与实践，取得了师生们良好的反馈。

三、化学史与中学化学实验融合教学的实践历程

1.化学史与中学化学实验融合教学的基础工作

为了更深入地了解化学史与实验之间的关系，我们对人教版初、高中六本教科书（九年级上下册、高中必修两册以及《化学反应原理》《有机化学基础》）中化学史内容的编排情况进行了详细地汇总，分析与化学实验存在关联的化学史内容。化学史是对中学生渗透学科情感教育的重要组成部分，化学实验是培养、发展学生思维与创新能力的重要方式，两者均为中学生培养的聚焦点，强调对学生发展的教育价值。研究发现将化学史与化学实验融合在中学化学的教学设计中有着奇妙的效果，有利于将化学学科知识提升为化学学科观念。但化学史与化学实验在中学一线的教学中往往独立进行，缺乏内在联系的构建。于是我们对中学化学史与化学实验融合的内容精心地展开教学设计，在中学化学课堂中进行了长时间的研究与实践工作，并逐步开展相应的教学推广。据反馈，中学生们大多表示化学史与化学实验的融合教学引发了他们浓厚的学习兴趣，激发了探究化学本质的决心，有助于其化学思维方式的塑造。一线教师表示学生在课堂的参与度与积极性高，课后作业完成的质量得到了明显地改善，反映出课堂的良好教学效果。因此，把化学史与化学实验融合的教学模式推广到中学化学教育中，能够增添中学化学课堂的多元化与活力。

2.化学史与中学化学实验融合教学的延伸工作

除了长时间地在中学一线实践外，我们在2018-2019年间通过问卷调查的方式了解不同地区的师生对于化学史与化学实验融合教学持有的看法，为进一步的研究提供依据。大部分学生认为这种新型的教学模式具有积极的作用，发展前景光明。在教师们看来，化学史与化学实验融合的教学模式的实践价值较高，值得同行们发挥聪明才智并开发相应的校本课程。作为教学方式的融合与创新，该教学模式可触发“神奇的化学反应”，在效果上起到事半功倍的作用。

四、化学史与中学化学实验融合教学的实施效果

在融合的教学理念上，我们侧重于科学理论的具体演变途径，化学家们的思想观念有助于学生科学思想、科学方法的教育熏陶以及情感态度价值观的升华[11]。在中学实践的反馈结果表明，化学史与化学实验融合的教学取得了良好的效果，具体的表现有以下几点。

1.提高化学学习的兴趣

中学生正处于较强的求知欲阶段，浓厚的兴趣像一股强大的动力，推动着学生自主学习与探索化学，得到良好的学习效果。倘若教师只是“填鸭式”地将理论知识、实验现象、实验原理以及实验过程灌输给学生，那么学生就会觉得化学课极其枯燥乏味，失去学习化学的兴趣。学生置身于化学发明或发现的情境中，和科学家们一起感受猜测、直觉、想象和顿悟的欢乐，像化学家一样用辩证的、历史的和发展的思维方式对问题进行分析和解决，学生在追求真理的过程中体会科学探究的乐趣，从而更加积极主动地学习化学。在化学实验的探究过程中，学生通过掌握基本规律与基本特征，在化学史的情境中建立起多个概念间的联系。强烈的好奇心驱动着学生在动手操作中感悟化学家的思考脉络，逐渐接近真相。在获得成就感的同时，增进对知识内容的理解，进而提高学习化学的兴趣。化学发展的过程是一个不断完善的过程，融合教学的完整性与情境性，有助于培养解决化学问题所需的逻辑能力，实现“化学史与化学实验的融合>化学史教育+化学实验的设计与探究”，激发学生探索未知的积极性。

2.彰显深化学史的教育功能

化学是一个“完整”的有机体。中学一线教学中由于时间的缘故，需要在浩瀚的知识海洋中进行挑选与加工，从而提取出最有教育价值的部分进行“解体”研究，相关概念的演变与发展、历史争议、模型的建立与过渡等抽象要素易被淡化。化学史与化学实验融合的教学突出了在真实背景下的有意义学习，有效地弥补了这方面的缺陷，有助于学习者深层理解的建构。学生在教师的协助下通过“活动——构建”的循环过程不断地螺旋式推进，在锻炼实验操作能力的同时，也在提升学习能力与认知水平。学生沉浸在化学发展的历史潮流中与科学家一起面对困惑与矛盾，跟随科学家的步伐去体验探寻真理的过程，感受科学研究中的艰辛与乐趣。学生在知识的迁移运用过程中，深入科学本质实现与其他学科的交叉融合，激发批判性思维，发掘化学教育的更高价值。

3.塑造深厚的人文情怀

化学不是静态、孤立的，而是动态、不断发展的多维世界。化学学科教育中“人”占据着主体地位，学生在追随科学家的足迹中经历科学探索的艰辛与愉悦，内心的情感体验得到了丰富。化学不仅赋予我们知识的进化以及思维的启发，还有精神的鞭策和创造的信念，蕴含着“理性”与“生命力”的交织。在感受化学家探明物质世界的规律、推动自然科学文明进步的历程中，学生发展着独立思考、勇于探索、敢于质疑和批判以及严谨求实的科学品质，建立起“科学意识与社会责任”的核心素养。在少年时期树立正确的道德观念，争取成为国家未来各领域中有知识、有理想、有情怀的中坚力量。真正贯彻科教兴国、人才兴国战略，让教育在我国社会主义现代化建设中充分发挥出基础性、引领性与全局性的战略影响。

化学史与化学实验作为统领的线索，有机地融合并贯穿于整节课的教学当中，是一种新颖的教学方式，这对教师化学知识的掌握情况以及把控课堂节奏的素质提出了更高的要求。教师们应该解放自己的思想，适当淡化应试教育的传统观念，用崭新的眼光重新审视当今的教育理念。只有当教师的思想格局真正打开，用积极的态度接纳这种新颖的教学方式，化学史与化学实验融合的教学才能彰显出其独特价值。

生动真实的历史情境能够激发学生创新实验的兴趣，化学发展进程的重现能够帮助学生逐步了解化学学科的特点，化学史上追求真理的辯论纷争有助于学生形成批判性思维。在化学史与中学化学实验融合的教学中，教师通过鼓励学生自主设计实验，在层层引导中识别出与化学家实验设计思路相似的学生激发其在化学实验设计和创新领域的潜质，在心理学层面上刺激其学习化学的成就感。在渗透化学史与中学化学实验设计的教学中，教师要善于激发学生们的创造性思维与灵感，帮助学生们形成科学创新观念，实现化学理想教育与化学情怀教育。“史”给学生以智慧的感悟，“实验”激发学生设计的理念。化学史与化学实验融合的教学模式，将会开启未来化学教育革命的一扇大门，为培养优质的化学人才起到积极的作用。

参考文献

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[作者：李俊（1977-），女，广东第二师范学院化学系，副教授，博士;杨明岸（1998-），男，广东第二师范学院化学系，本科生。]

【责任编辑  郭振玲】