探究新课程理念下化学史课程价值在化学教学中的作用

熊 燕 刘珊珊 陈新峰

摘要新课程理念下课程资源的开发与利用是促进化学有效教学的重要途径之一,化学史的课程价值主要体现在

它有助于学生对化学知识进行全面的深化理解,形成整体的科学知识观;有助于培养学生科学的批判精神、公平竞争与协作精神、积极的情感态度与价值观以及自我意识和自信心等人文方面的素养。

关键词化学史课程价值化学教学

中图分类号:G633.8文献标识码:A

在促进化学教学的有效性研究中,充分开发和利用课程资源是其重要的一个方面。新课程理念下的化学教学,其课程资源已不仅局限于学科专业知识,豍化学发展史具有专业知识所不可替代的课程功能,在促进化学教学有效性方面具有突出的作用。

1 有助于学生全面的深化理解所学知识,形成整体的科学知识观

任何知识都有一个发现、发展和不断完善的历程,通过对其历程的介绍,可以使学生了解原理、学说、概念的背景知识和来龙去脉,了解引入它们的动机和产生的结果,这不仅能加深学生对化学知识的分析和思考,更有利于学生理解某一化学知识对整个化学学科乃至对整个自然科学发展的作用和意义。如元素周期律发现以前,化学家只能是孤立地研究各种化学元素的性质,而不能形成一个统一的理论体系,元素周期律的发现不仅圆满地解决了这一问题,而且还能预测新元素和新物种。它的发现和完善经历了一个比较漫长的过程:豎从拉瓦锡将元素分为四类、德贝莱纳提出的“三素组”、商古多的螺旋图、迈尔的六元素表、纽兰兹的“八音律”,到门捷列夫的元素周期律,历经八十年的时间,元素周期律的提出既是对前人思想的继承,又是创新和发展。但这个发展并没有就此而终止,拉姆塞发现惰性气体氩及随后发现的氦使周期表中又增加了一个零族,莫斯莱从本质上解释了元素性质周期性变化的真正基础不是原子量而是原子序数,直至今天,还有许多人在研究元素性质的周期性变化,并提出了周期表的多种表现形式。把这些化学史知识融于教学中,使学生既掌握元素周期律的结论,又了解了它的过去、现状和发展,说明人类对客观事物的认识是在不断上升的,是有阶段性的,同一概念在不同的认识阶段有其不同的内涵。这样不仅能使学生从发展的高度把握知识,而且为他们将来进入更深层次的学习与研究打下良好的基础。

化学史不仅展示了化学科学进程中的成就,同时也记录了发展中的挫折与失败。对失败的剖析,有利于学生从正误对比中加深对知识的理解。如在学习电离概念时,仅解释成“电解质溶于水或受热熔化时离解成自由移动的离子的过程”,学生虽能接受这一结论,但却少有去做进一步思考的,那么理解上的偏差自然也就难以暴露出来,如果对概念形成的历史稍做阐述,就可以加深学生的理解。如1883年阿累尼乌斯在研究稀溶液的导电实验时提出电离概念,因遭到当时一大批著名化学家的反对而遭受一定的挫折。他们认为电解质分子只有在外界电流的作用下才可能离解,如果能自动地进行电离,那么在氯化钠的水溶液中也就能自动得到金属钠和氯气,可事实上并没有!实际上这也正是学生容易产生的理解偏差,通过对前人正误的剖析,可以加深学生对电离本质的理解,从而进一步理解分子、原子和离子的本质区别。

化学教学基本上是把化学知识与数学、物理、生物等其他自然科学知识分开讲授,这种编排方式虽然有其脉络清晰的一面,但却不利于学生从整体上把握科学知识。在教学过程中引入化学史,把化学知识作为历史的产物,展示其发现、发展和完善的历程,有助于学生把握它与其他自然科学的联系,从整体上理解化学知识,并树立整体的科学观。豏例如,在学习原子结构时,通过介绍原子结构理论的发展史,引导学生从整个自然科学的角度来认识其发展:道尔顿“原子不可再分”的观点在19世纪末受到了新的科学发现的强力冲击,1879年著名物理学家克鲁克斯在高真空放电管中发现了带负电的微粒流——“阴极射线”,汤姆生等人测定了它的荷质比,证明其与电极和阴极射线管的材料无关,说明它是不同原子的一个共同组成部分(即电子)。此后,1903年汤姆生提出了原子结构的“浸入模型”, 1909年英国物理学家卢瑟福又提出了原子结构的“核式模型”,随着对原子光谱的深入研究和量子化学的出现,才逐步形成了现代的原子结构理论。豐由此可见,化学学科的进步与发展离不开其他学科的支持,自然科学应是一个相互联系的有机整体。

2 有助于学生形成科学的批判精神

学起于思,思源于疑。只有敢于怀疑,不迷信权威,才有可能激发认知矛盾的产生,明确存在的问题,才可能有突破、有创新。但限于篇幅,教材中对化学原理、概念、术语、定律等的提出,大多没有说明其源于哪些问题,有几种解决问题的方案,以及为何选择了其中的一种方案并发展为科学理论。学生不加任何怀疑地去学习和应用它,把本来是历史性的、不断进化着的理论神圣化和教条化,忽视了理论的条件性和局限性。这种学习方式,在不自觉中束缚了学生的批判精神。而化学发展史有着丰富的资料,可以弥补其不足,对学生形成科学的批判精神具有极其重要的作用。例如,拉瓦锡如果不敢怀疑统治化学界百年之久的“燃素说”,就不可能认识氧气并掀起了一场史无前例的“化学革命”;相反普里斯特列和舍勒虽先于拉瓦锡“发现”氧气,但他们囿于传统的束缚,竟使真理从鼻尖下溜走。近代化学奠基人波义耳如果没有敢于怀疑的精神,就不可能促成化学从医药和炼金术中剥离出来而成为一门独立的学科;维勒、柯尔柏如果不敢怀疑“生命力”论,就不会有研究合成尿素和醋酸的动力,也就没有有机化学的迅速崛起。这些真实生动的史例,不仅可使学生认识到“怀疑精神”在科学发明中的重要作用,自觉养成科学的态度,还为学生的科学质疑提供认识论上的指导。

3 有利于培养学生公平竞争与协作精神

人类对纷繁浩淼的自然界的认识需要通过不同观点、不同学派的争鸣,才能将问题由浅入深、由片面到全面引向深入,更深刻地揭示其规律。如有机化学结构理论的初期,核团学说与二元论的争论引发了取代学说和类型论的提出。加法尼与伏打之间的“蛙腿之争”,使伏打电池研制成功,并引发了电动势的研究,为电化学诞生奠定了基础。不同观点和学派的自由竞争为科学研究的发展带来了巨大的动力,但另一方面,科学上任何形式的学阀作风都是与科学精神相违背的,如19世纪中叶化学家罗朗和日拉尔因提出不同于杜马的观点而造侮辱、压制和排挤,导致两位科学家英年早逝,阻碍了科学的发展。

科学发展到今天,其复杂性和学科间的渗透性日益明显,单靠个人已难有大的作为,需要依靠集体的智慧和力量。如20世纪60年代我国几十位化学家共同努力,完成了含有51个氨基酸的结晶牛胰岛素的人工合成;1975年诺贝尔化学奖获得者,澳大利亚的康福斯与生物化学家普杰克长达20年的紧密合作,共研究出了13个反应的立体化学机制而闻名于世;通过这些史例可以有效地培养学生的平等竞争与协作精神和适应现代科学研究的良好个人素质。

4 有助于培养学生的自我意识和自信心

清醒、客观、积极的自我意识和自信心是学生心理健康的重要指标,也是形成理想和价值观的基础,化学史在这方面也有着重要的教育作用。

首先,化学史料中关于化学家的成才故事,非常有利于激发和培养学生的自我意识。如氧化学说的创立者拉瓦锡,大学毕业后其父亲安排他在律师事务所做“体面”的工作,但他却毅然放弃了律师的职位,专心从事科研工作。拉瓦锡的选择,是从自身的兴趣和能力出发,而不是当时社会对工作的评价以及利益的多少。正是他基于自我意识对事业的选择和辛勤的工作,才取得了丰硕的研究成果——氧化学说的创立,为化学的发展树立了一个重要的里程碑。

第二,化学史有助于增强学生学习化学的自信心。科技飞速发展的今天,引领时代潮流的似乎是信息科学、生命科学、能源科学、以及环境科学等,化学却几乎成了冷门学科,学生对化学也产生了悲观的情绪。通过化学史,可以使学生充分认识到化学是一门基础的、实用的、创造性的科学,它不仅曾经对社会进步立下过汗马功劳(如四大发明、炼铁炼钢、石油化工等等),而且也正在为现在的“先导学科”提供着理论和技术的支持。以生命科学中的化学问题为例:1990年10月启动人类基因组测序工程,原计划15年完成,可到1998年10月大半时间过去了,工作只完成了4%,少半的时间完成剩下的96%谈何容易,但到2000年4月美英德法日中六国却宣布人类基因组测序工作已全部完成,比预计提前了五年。原来,基因组测序用的工具是分析化学中的毛细管电泳,最初测100个碱基需1小时,出现了毛细管芯片后,测100个碱基仅需几秒钟。所以,人类基因组计划负责人美国的温森特教授说:“谢谢化学家,是你们拯救了人类基因组计划。”2003年第11期《Science》杂志又刊出只需1分21秒即可完成人类基因30对碱基的全部测序,就是因为化学家制出了长1米的碳纳米管。通过古今化学发展史事的介绍,让学生感受到无论过去还是现在化学对人类古代文明和现代发展都起着举足轻重的作用,以此提高对化学的学习积极性。

5 有助于培养学生积极的情感态度和价值观

兴趣是人情意领域中最活跃的成分。爱因斯坦曾说“兴趣是最好的老师,它永远胜过责任心”,化学教学实践也表明,用历史轶事点缀化学知识,可以反映化学研究生动有趣的一面,学生的兴趣就会大大增加。例如关于凯库勒悟出苯分子环状结构的轶事,就是化学史上的一个趣闻。当他在根特大学任教时,某夜在书房中打起了瞌睡,眼前又出现了旋转的碳原子,碳原子的长链像蛇一样盘绕卷曲,忽见一蛇抓住了自己的尾巴,并旋转不停。他像触电般地猛醒过来,并由此提出苯环结构的假说。但在介绍趣闻的同时我们还要明确指出,凯库勒能够从梦中得到启发,成功地提出结构学说,并非偶然,而是由于他一直在思考有关的原子、分子结构等问题,才会梦其所思,更重要的是,他善于捕捉直觉形象,并以事实为依据,以严肃的科学态度进行分析和探讨,这才是他取得成功的真正基础。

化学史不仅包含着科学家的天才智慧,同时也蕴含着他们价值观和方法论的素材,这些无疑也是学生成长中的精神食粮。如化学家门捷列夫在童年时代看到玻璃作坊工人烧制玻璃,产生了极大兴趣,立志献身化学事业。在发现元素周期律之前,他对这个问题进行了大约二十年的思考,面对庞杂零乱的各种元素,门捷列夫坚信“偶然中必有必然”,元素间一定存在某种规律,他抓住“原子量”这个元素的“身份证”,运用辩证的观点坚持以化学性质为主线,采用比较的方法来寻找元素间的规律,从元素外在的多样性分析其内在的统一性,终于在1869年发现了元素周期律,并创造性的预测未知元素及其性质。通过这些史例感染学生,可以有效培养他们的坚强意志,形成积极的情感态度,科学的学习态度和正确世界观。