化学史在化学教学中的应用

周琦

（江苏省栟茶高级中学江苏如东226400）

化学史在化学教学中的应用

周琦

（江苏省栟茶高级中学江苏如东226400）

由于种种原因人们在高中化学教育中一直存在误区：化学史是化学教育的鸡肋。阐述化学史是高中化学教学中不可或缺的重要组成部分而且也能帮助学生更好的完成高中化学学习。

化学史；高中化学教育

在漫长的历史长河中,化学一直伴随着人类的发展。化学的历史,实际上是一种化学方法和化学智慧的历史。但现实的中学化学教学尤其是高中化学教学以追求升学为目的,以教师为中心,灌输式教学大行其道；课程内容脱离生活,不注重学生情感、态度的培养；评价的统一性等等。在实际教学中,化学史知识常常被轻描淡写,化学史知识好像是“味精”,甚至被打入“冷宫”,致使其应有的价值与功能没能充分发挥。如何以化学知识为载体,去挖掘知识的内涵,体现化学知识价值的多元性；如何将科学价值与人文价值相整合,构建符合中学化学教育目的和任务的价值取向；如何引导学生学会学习、学会做事、学会合作、学会做人,已成为教师面临的日益严重的挑战。鉴于此,本文试图对化学史在化学教学中的应用及如何开展化学史教育进行初步的探索。

一、化学史教学的必要性

1.将化学史引入化学教学的理论依据

约从20世纪90年代下半叶起,我国课程与教学理论界关注点集中到以“后现代主义”为总称的诸多教学理论流派。“后现代主义”否定科学知识的绝对权威性；反对以记忆、强化为中心的行为主义学习理论和只关注认知、智力因素的学习理论,主张把学生的学习过程看做是学生学习文本批判、质疑和重新发现的过程,是学生整个身心投入学习活动,去经历和体验知识形成的过程,也是身心多方面需要的实现和发展过程。

《普通高中化学课程标准》明确提出：在中学化学教学中有目的、有计划地引入化学史教育,有助于激发学生学习化学的兴趣,创设生动活泼的教学情境,帮助学生理解和掌握化学知识和技能,培养科学的思维方法,养成科学态度和价值观,从而全面落实培养科学素养的课程目标。新课程改革理论也提出学习过程是在教师的指导下由作为主体的学生主动完成的特殊认识过程。同时心理学研究表明：人的有些态度是由模仿他人的行为,在观察他人做出行为选择时,学习者获得了关于榜样行为,行为情景以及行为结果的知识,从而影响自身的行为选择。所以引入化学史的学习可以让学生从那些科学家身上学到刻苦扎实的学风；严谨细致的治学态度；敢于质疑勇于创新的精神。

作为自然科学的一门学科,化学本身就是科学知识、科学过程与思维方法和科学文化的统一。化学不仅以其概念、原理和规律揭示了自然界物质变化的诸多真理,而且从建立这种知识体系的过程中升华和发展了科学思维和研究方法。因此,在高中化学教学必须从以往的只注重“双基”教育的框架中跳出,引用必要的化学史料,从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面建构科学教育目标体系。

2.将化学史引入化学教学的现实需要

古人提倡“以史为鉴”,“以史明理”。我国著名教育家、化学家傅鹰教授也曾多次讲过：“一门科学的历史是那门科学中最宝贵的一部分,因为科学只能给我们知识,而历史却能给我们智慧。”在实施全面的化学教育的诸多途径中,化学史教育是非常重要而有效的途径。在化学教学中,结合化学史进行讲授,可使学生掌握化学发展的规律,提高他们发现问题、分析问题、解决问题的能力；同时也对学生正确认识主观与客观、理论与时间、个人与社会、人类与自然的关系等一系列的问题,培养高素质的创新型人才有重要的意义。

怀海特认为,在传统的教学中“一个人可以理解所有关于太阳的知识,所有关于空气的知识和所有关于地球旋转的知识”,但却“看不到日落的光辉”。新课程改革倡导“把课堂还给学生,让课堂充满生命气息”,提出压缩课堂上教师讲授和指向个别学生的一问一答所占用的时间,强调师生关系在教学过程中是真正建立起的“人-人”关系。而这些均可以从化学史教学入手将化学课堂转变成教师与学生和谐发展、共同进步的场所。

二、将化学史引入化学教学的可能性

现阶段的高中生学习兴趣、积极性较高,注意力、合作能力较强,完全可以在合适的化学教学环境中探究化学家的生平、环境、教育和成长道路等素材,从中得到了书本和教材上没有的结果和规律。这种学习体验不仅会给学生带来学习化学的兴趣与自信,同时还能进一步激发他们主动学习。使学生由传统学习的被动接受者变成了课堂教学的共同创造者。对于教师而言,学生“活资源”的运用可使心思不必全放在教材、参考书和教案上,而是放在倾听学生、发现问题上,从教学过程中的传统角色——知识的“呈现者”、对话的“提问者”、学习的“指导者”、纪律的“管理者”中解脱出来,演变为课堂教学过程中呈现信息的“重组者”的新型教师角色。

有人认为在课堂上讲一些化学史的知识会分散学生的注意力,不利于基础知识的学习。实则不然,恰当地在教学过程中引入化学史完全可以起到画龙点睛的作用。不但可以使教学不只局限于现成知识的静态结论,还可以追溯到它的来源和动态演变；不只局限于知识本身,还可以揭示出其中的科学思想和科学方法,使学生受到教益。这样,就可以把化学逻辑的推演同人们认识化学运动的过程联系起来,达到逻辑和历史的辩证统一,真正揭示出化学发展的科学精髓。

由此可见,在化学教学中引入化学史的教学是十分必要的,那么化学史在高中化学教育中能发挥什么样的作用呢？

三、化学史教学的作用

1.有利于学生建立辩证唯物主义世界观

《普通高中化学课程标准》明确提出每堂课除了要培养学生的知识技能、过程方法之外还要帮助学生建立正确的价值观、世界观。

化学发展史本身就是一部唯物主义与唯心主义,辩证法与形而上学反复激烈斗争的历史。化学史上的许多事例说明世界观和人生观对科学研究的成败有重大的影响。舍勒（Scheele）和普里斯特利（Priestly）虽然都独立发现并制取了氧气,但由于他们被传统的燃素说所束缚,缺乏怀疑批判精神,“真理碰到鼻子尖却没有发现”,结果使这种本来可以推翻燃素说,并使化学发生革命的元素在他们的手中没有结出果实,而将果实拱手让给了拉瓦锡。氟是化学性质最活泼的非金属元素,由于它有剧毒及令人毛骨悚然的伤害作用而被称为“死亡元素”。为了制备出单质氟,前后一共经历了六七十年的时间,有些科学家为制取它而健康受到损害,还有些科学家为此献出了生命,是化学史上一段悲壮的历史。而年轻的法国学生莫瓦桑不但没有气馁,反而下定决心一定要攻克单质氟制备这一难关。在艰苦的试验过程中,他因砷中毒不得不暂停实验,但在健康状况稍有好转时又开始致力于单质氟的制备。经过不懈的努力,1886年莫瓦桑成功制备出“死亡元素氟”。由此,它获得了1906年的诺贝尔化学奖,但他的身心却受到了极大的损害。“一个人应该永远为自己树立一个努力为之奋斗的崇高目标,只有这样做的时候,他才会感到自己是真正的人,只有这样,他才能前进。”（莫瓦桑）以培养学生科学素养为宗旨的化学新课程十分注重情感态度与价值观的培养。化学家活动的历史构成了化学发展的历史,化学家是科学态度和科学价值观的集中体现者。他们尊重客观事实,严肃认真,勇于实践,精益求精,关心人类文明的发展和社会的进步。通过这些科学家的感人事迹会使学生受到潜移默化的教育,使他们逐步树立为科学献身的精神。以此来启发学生树立自觉的唯物主义观点,并用来理解、掌握化学知识及其发展。因此如能在教学中有计划的补充一些化学史的知识对于学生充分认识反映在其中的唯物辩证法的基本规律是大有裨益的。

同时化学史的教育也有利于进行爱国主义教育。利用我国古代的化学工艺是世界上最早发现、发明或创造的资料,如举世文明的火药、造纸术的发明,瓷器的制造、食盐的利用、钢铁的冶炼等,从而使学生感到中华民族是勤劳、智慧的民族。如陕西出土的秦代古铜剑仍光泽夺目、锋利如初,说明我国当时已有用铬化合物使铜钝化的技术,这是世界上这方面最早的技术成果。我国明代学者宋应星在其著作《天工开物》中曾介绍了我国古代炼钢的技术,“刀剑绝美者以百炼钢包裹其外”,说明我国早在明代已掌握了炼钢的方法,同时也应指出我国目前钢的品种和平均能耗还赶不上发达国家,这一方面可以增强学生对我国实现现代化的信心,另一方面还可以促使他们立志奋发图强,赶超世界先进水平。对于我国近代现代化学家的事迹也要结合相应教学内容介绍。比如侯德榜博士立志在国内发展化学工业的事迹；北京大学张青莲教授对某些原子量的修正已获得国际认可的事实；我国在世界上首次合成具有生命活力的结晶牛胰岛素的事例；上世纪80年代我国首次合成酵母丙氨酸转移核糖核酸的创举等,这些事例渗透到教学中,可以增强学生的民族自豪感和自信心。并鼓励学生为了缩短我国与发达国家在自然科学领域的差距而努力学习,甚至为之奋斗终身。

2.有利于激发学生的学习兴趣

兴趣是最好的老师,是学习动机中最现实最活跃的成分。现在的高中教学功利性越来越强。为了提高升学率,学生陷入了茫茫题海之中。这样的学习只能让学生疲于应付毫无学习的乐趣可言。将化学史引入高中化学教学可以帮助学生对化学学习产生兴趣,对化学事物的感受就会既敏锐又牢固,同时又能使中枢神经处于较强的兴奋状态,产生愉快、满足和欢喜等情感体验,推动他们主动地进行化学学习活动。例如在讲授指示剂时可以引入波义尔的例子。他是第一个把植物浸出液作酸碱指示剂的化学家,指示剂的发明缘于赠送给波义尔的紫罗兰不小心被盐酸飞沫沾上而变色。这些小故事让学生感到化学的发明来源于生活,既有趣又亲切。再如,在讲述苯分子的知识时可以借助于书上提到的凯库勒发现苯分子的趣事让学生感受到化学家在研究问题时也像我们一样有思维定势,他们经过不断的努力才获得成功的。只要我们坚持不懈也一定会取得成功。类似的例子还有门捷列夫发现元素周期表等。可见在教学中恰当地运用丰富的化学史料,无疑会激发学生学习化学的兴趣,活跃其思维,调动他们学习化学的积极性和主动性。

3.创设生动的学习情境

现代学习理论认为,学生的学习与学习情境有着密切的关系。学习情境是一种优化的特定的学习环境,利用素材创设学习情境,可以改变传统教学由于脱离特定的学习情境与知识存在的实际背景,从而导致形式化、抽象化、简单化以及记忆表征单一化的弊病。为学生提供真实的情境,促使学生寻求和自己生活密切相关的、感兴趣的、具有智力挑战性的学习内容和活动,促进学生深入理解知识,在情境中体验科学家科研活动的真实过程,逐步提高学生的科学素养。通过丰富的化学史料则可以创设许多真实、生动、富有启发性的学习情境,引出学习探究的问题。教师带领学生自己去“发现”和“研究”问题,使学生能够保持一种对新奇事物的兴奋感,这样,教师所教给学生的知识,就不致成为他们的一种负担,而会“作为一种宝贵的礼物来领受”。在教学中运用历史的方法,引导学生去追踪化学发展的轨迹,这会使学生获得一种对化学知识的亲近感,增强他们的主动求知精神,体会化学知识的形成、发现、创造的过程。比如,讲述“活泼金属能够跟酸起置换反应而放出氢气”的一段内容,可以结合当初许多化学家的误解即活泼金属是“氢的化合物”,及他们当时为什么会有这种误解,后来又是怎样得到纠正的,用什么样的实验才能检验出活泼金属究竟是化合物还是单质等等。

讲授电子云的图像,如果能够适当联系一下人们对原子结构探索的过程,从汤姆逊的“西瓜式”,卢瑟福的“行星式”,到玻尔的“旧量子化”的原子模型,直到玻恩运用概率分布解释的电子云图像,从发展的角度去阐述,就会使学生自然地认识到,每一种模型的提出,在当时看来尽管比较合理、甚至得到过公认,但随着科学实践的发展,有的需要补充或修正,有的则可能被推翻。这样把知识作为历史的产物来考察,从它的孕育、产生和发展的流动中去进行阐述,因此而认识到中学化学课本本身的编排体系,从而觉悟出化学学习的方法。这样就会活跃学生的思维,不会觉得这部分内容枯燥无味,并启发他们的科学探索精神,甚至可能为此而立志,为揭示微观物质世界的奥秘而奋斗终身。同样在讲到物质结构和元素周期表的知识时,联系元素周期表的发展过程,从段柏莱纳的“三素组”到纽兰兹的“八音律”,再到门捷列夫的元素周期表的发展经历,从元素周期表的结构及门捷列夫的预言到大量新元素在周期表的指导下的被发现,以及元素新发现对元素周期表的验证。这些紧扣课本内容的化学史的介绍,能极大地激发学生的学习兴趣,并从中获知科学探索过程中理论和科学实验间的辩证关系。而高二有机化学中关于聚合反应的教学,就可以从化学史上“塑料王”的发现开始引入。1938年美国普鲁姆凯特试验室的研究人员对四氟乙烯进行试验时的意外让他们百思不得其解。如果让正在学习聚合反应的学生置身于化学家普鲁姆凯特的实验室,亲临现场,产生困惑,提出种种假设,以致触景生情,促发灵感。当他们随着普鲁姆凯特走出实验室,路过校园的一座雕塑,无意中看到用铁链做成的护栏,忽然来了灵感,难道……这时的学生会马上会想到短链的分子变成长链分子。

通过这些问题就会使学生自然地把自己摆在化学发展的进程之中,缩短与知识间的距离,并同先辈的化学家们“一起”去主动探索。

4.培养学生的质疑精神和创新精神

“学起于思,思源于疑。”认知心理研究表明,一切思维活动都是从问题开始。因而教学中必须重视培养学生提出和明确问题的能力。提出问题的能力的培养,一方面需要教师为学生创设激发问题的学习情境,但更重要的是培养学生科学的怀疑精神。因为只有敢于怀疑,才有可能激发认知矛盾产生,也只有产生了认知矛盾,才有可能提出和明确存在的问题,因此有人说,怀疑是探求发展真理的前提和基础。化学史对培养学生形成科学的怀疑精神具有极其重要的作用。而怀疑精神是创新前提。培养学生的创新精神则是素质教育的核心,科学发展的历史表明：没有创新就没有科学的发展。创新,科学就发展、就前进；保守,科学就倒退、就停止。这可由电离理论确立的曲折历程来说明。

19世纪80年代,在对电解溶液的研究中,普遍流行的看法是,组成盐的各个组分之间的组合,由于库仑力的作用是非常牢固的；象食盐这样的物质在水中能够产生游离状态的氯和钠,简直是不可想象的！1883年,年仅24岁的瑞典化学家阿累尼乌斯提出了一个大胆而崭新的电离理论,认为盐类溶于水中就自发的大量电离成正负离子。离子带电,而原子不带电,因而可以看作是两种不同的物质。同量的盐类溶于不同量的水中,溶液越稀,则电离度越高。当时著名科学家俄国的门捷列夫、英国的阿姆斯特朗及法国的特劳贝等都不赞同。门捷列夫就认为,电离理论不过是奇谈怪论,不值一提,它和“燃素说”一样会破产的。尽管权威、学者们所维护的理论和观点在社会上被看成金科玉律。可是勇于纠正谬误的阿累尼乌斯却坚持自己的观点。不屈不挠地继续以实验数据和资料来充实自己的理论。最终为越来越多的科学家们所接受。这一段史料可以让学生们在拓展视野的同时有了“不媚上、不媚书”的理念,真正体会到“尽信书不如无书”的真正含义。

恰到好处的把某些化学史实介绍给学生,可以消除“填鸭式”死灌知识的弊病,使学生从发展的高度以全面发展的视野深刻理解化学知识,把握化学发展的规律,开阔学生的视野和思路,有利于学生创造思维的养成。

在向学生介绍有关化学史实时,要向学生指出任何一个科学发现和发明,无不凝结着化学家的千辛万苦和劳动汗水。其中包含着他们在漫长道路上遇到的无数次失败、挫折,以及种种困难和打击。居里夫妇从1899年到1902年底大约经过了45个月,在简陋的实验室里艰苦顽强地从2吨铀矿渣中成功地提炼出0.1克氯化镭,并测定了镭的相对原子质量。这些历史事实都强有力地说明,科学家们对科学的真诚热爱,即使在极其困难的条件下也没有动摇他们追求真理的信念,在这种信念的鼓舞下,他们勤勤恳恳地工作着,不畏艰险、顽强探索,甚至为科学献身。这些内容能给学生以深刻的教育。

高中化学教学不仅要揭开大千世界的奥秘,继承传统,更要发展创新。因此,高中化学教育不仅是知识和方法的传递,更是心灵的唤醒。在化学教学中恰当运用化学史,可以使教学不只局限于现成知识的静态结论,还追溯到它的来源和动态演变；不只局限于知识本身,还可以揭示出其中的科学思想和科学方法,使学生受到教益。这样,就可以把化学逻辑的推演同人们认识化学运动的过程联系起来,达到逻辑和历史的辩证统一,真正揭示出化学发展的科学精髓,展示化学家的人文精神风貌。正如法国著名科学家朗之万所说：“在科学教育中,加入历史的观点是有百利而无一弊的。”

综上所述,在化学课堂教学中,进行适当的化学史教学不仅必要而且很重要。但要把握处理好课堂教学内容与化学史的有机联系,使化学史知识不仅是课堂教学的调味剂,而且要让化学史知识恰到好处地成为学生掌握课本内容的桥梁和扶手,并且使化学史知识成为激发学生思维的火花。在化学教学中深入挖掘教材中的化学史素材,将其渗透到教学中去,潜移默化地促进学生非智力因素的发展,对培养学生的科学精神和科学态度,使之成为真正优秀的化学人才将起到良好的促进作用。

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1008-0546（2010）03-0008-04

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10.3969/j.issn.1008-0546.2010.03.003