浅谈化学史之于概念知识教学的价值

赵俊安　陆国志

摘要：概念知识是化学教学中最重要的概念之一，但由于其过于抽象，往往成为学生学习化学时的巨大阻碍。化学史记录了概念从产生至今，推广与争辩的全过程，分析了化学史创设教学情境、激发认知冲突、促进知识迁移的三个教学价值，并举例说明了如何在课堂中发挥化学史的教学价值。

关键词：化学史;概念性知识;课堂教学

概念性知识是一种较为抽象的、概括的、有组织的知识类型。概念性知识具有广泛的迁移性，通过概念性知识的学习与应用，能够帮助学生理解相关的事实性和程序性知识，发展逻辑性思维，有效培养学生的科学素养。但由于概念性知识的抽象性、教学发挥的有限性以及教师对其教学难度、重要性的认识不够等因素，往往會造成概念性知识课堂教学方法单一，枯燥乏味，进而导致学生不能充分认识该部分知识的价值，难以进行有效的迁移活动，不利于科学素养的培养。

在历史的背景下展开概念教学可以有效建立学生对概念性知识的深度理解，促进学生的科学素养的发展。《普通高中化学课程标准（2017版）》在课程基本理念、课程结构以及教学实施建议中多次提到利用化学史引导学生理解概念[1]。因此，从化学史中学习概念性知识是非常重要的。

一、例谈概念教学价值

（一）创设教学情境，引导概念建立

斯菲尔德认为“学习始于情境，让学生有机会体验解决问题所带来的快乐。”概念性知识的学习重在概念的建立，在课堂教学中如果将注意力集中在对概念的文字解释和训练巩固上，便难以让学生对概念进行深度理解，通过创设情境可以帮助学生有效建立概念。《普通高中化学课程标准（2017版）》要求教师在教学中注重情境的创设，以此来促进学生学习方式的转变，在其中课程内容部分的情景素材中也有许多运用化学史创设情境的建议。由此可以看出新课标对科学史的情境价值的重视。

从建构主义的角度来看，科学概念的建立与发展本身就是科学教学的一个重要部分。利用化学史创设情境的目的在于引导学生反思所学科学概念的先验知识，学生理解概念的过程应该与概念的历史发展相平行[2]。例如在氧化还原反应教学中，关于氧化还原的本质的思想史就可以作为一个很好的概念构建情境。氧化还原反应理论的发展共分为三个阶段，其产生始于拉瓦锡推翻了燃素说。1772年拉瓦锡开始研究燃烧问题，随着不断地实验，渐渐地对燃素说产生了怀疑，后来他总结了自己的研究成果并撰写成了《燃烧理论》，文章中阐述了氧化学说[3]。这一阶段科学家总结了很多物质与氧气的反应，进而提出了氧化反应，认为其本质是有氧气参与反应，与初中化学中的氧化反应与还原反应的概念相同，以第一阶段历史为背景创设涉及学生已有知识的问题情境，引发学生对初中所学习的氧化与还原的概念的反思。科学是不断发展、前进的，氧化还原本质发展的第二阶段是在19世纪，随着化合价的概念的提出，科学家们又将涉及化合价升高的一类反应归并为氧化反应，化合价降低的一类反应归并为还原反应，直到1970年科学家对氧化数做出了严格的定义，氧化还原反应的本质由此转变成元素氧化数的升降[4]。第三阶段是20世纪初，由于成键电子理论的建立，得失电子成为了氧化还原的本质。在第二、三阶段的历史情境中嵌入自主探究活动，将教学方式由直接呈现最终知识转变成从概念发展的角度引导学生构建概念，促进学生对科学概念的深度理解，更能提升学生证据推理等科学素养。

（二）激发认知冲突，培养批判思维

概念性知识是基于主观和经验的，具有试探性，其产生与发展必然蕴含着人类的推理、想象和创造力，在不同时期的社会和文化背景下都是根深蒂固的。在教学中如果单纯地从现有的概念去告诉学生，不利于学生形成认知上的矛盾冲突，导致学生对知识仅是浅尝辄止，无法对其进行更深的理解。科学史有助于提升课堂的挑战性，帮助学生深度体验概念的发展过程，提高批判思维和推理能力，将科学史作为科学教学背景，能够为学生提供更多深入发展批判性思维的机会[5]。教师在讲授概念性知识时，应结合同一概念性知识在不同历史背景下的不同依据与理解，通过再现历史辩论、历史实验、阅读和理解科学文献等方式认识概念。

以元素周期律的教学为例，通过元素周期律的学习学生能够从更宏观的视角重新审视元素及其化合物的相关知识，促进分类观的形成。在教学中，为了帮助学生理解概念，可以利用元素周期律发现史的三段重要科学史背景将教学过程分为三个部分，并让学生思考“科学家为何要对元素进行分类”“最初科学家对元素是如何进行分类的”“为什么不同时期元素周期表有不同的表现”“不同时期元素排序的依据是什么”。元素排序最初的背景是道尔顿的原子学说的提出，从德贝赖纳的三元素组、尚古多尔的圆柱形螺旋图，迈尔制作的六元素表、牛兰兹的八音律元素表，一直到1869年门捷列夫的元素周期表的创立，科学家们都认为元素是按元素的原子量进行排列的;1913—1914年莫斯利通过阴极射线轰击不同元素发现当由周期表的一个元素过渡到下一个元素时，原子序数N变化一个单位，揭示了原子序数和核电荷数之间的关系;1913—1925年随着四个量子数以及洪特规则、泡利原理的相继发现，人类对元素周期律的本质有了进一步认识[6]。以这三个时间段科学家们对元素周期律的不同理解，将教学学习活动分成三个部分，以这种方式不仅可以推动学生对概念的理解与应用，还可以有效实现必修与选修之间的衔接。在各部分历史认识教学中插入基于该时期理论相应的能够解决的化学问题的练习，可以为学生解答课前提出的疑问，并通过激发对已有经验的反思，提高对主观和意识形态偏见的认识，发展批判性思维。

（三）衔接知识迁移，突破教学难点

概念性知识由于其高度的抽象性，为教师教授和学生学习都造成了一定程度的困难。概念所涉及的知识较为繁杂，难以设计系统的迁移活动;概念本身的文字表述不合理以及同一概念词在不同科学语境或生活语境中的不同含义，机械的照搬教材上的内容，会使学生产生错误观念和理解误差，难以达到好的教学效果。深度理解概念之前需要首先了解丰富的相关背景知识，而学生们的知识基础并没有非常深厚且阅读能力不强，所以即使读懂了教材上的概念文字，也很难更深入地了解概念;化学概念很多都是宏观与微观结合，需要有较好的抽象思维，而一部分学生的认知发展水平仍处于形式运算阶段，所以在学习概念时会出现较大困难。运用化学史进行概念教学，可以帮助学生将科学理解为为了回答特定时期提出的问题而进行的人类活动，以此克服错误的观念和理解的困难。在不同的历史时期，科学家们其实并没有应用我们现在的概念术语来思考，而是使用了逻辑与认识论的工具来获得深度的认识[7]。所以通过化学史引导学生认识概念的起源、发展与期间的学术争鸣可以为学生提供完整的背景知识，促进学生对概念的深度理解;并通过重复发展期间科学家们做过的推论或验证操作，可以有效地进行知识的迁移应用。

以化学键的教学为例，其教学困难主要有两个方面：一是部分学生对“键”的来自生活语言和科学语言中不同意义的理解困难;二是部分学生很难将化学键知识与其他化学知识学习联系在一起。关于化学键的历史研究为解决以上问题提供了一个很有效的线索，从19世纪道尔顿原子论的提出到20世纪科学家发现原子可再分，化学键理论的发展从“电化二元论”到“八隅規则”再到离子键与共价键概念的提出，通过了解化学键的“前世今生”，可以更好地帮助学生建立化学键的概念，理解化学键真正的意义;通过让学生了解化学键概念的提出解决了哪些当时存在的问题以及还有哪些问题未解决的历史，可以促进知识网络的构建，例如，阿伦尼乌斯的“电离学说”并未很好地说明离子的电荷是如何产生的，可以引导学生依循科学家的思维运用离子键知识来解释。这样的教与学的方式不需要非常困难的概念工具和抽象思维，非常适合高中生。

二、结语

化学概念性知识对学生来说一直是比较难学、枯燥的模块之一，很多时候学生难以理解概念性的知识的原因一方面是难以产生学习兴趣，另一方面是自身认为概念知识难以理解而产生的恐惧心理。将化学史融入课堂教学，可以激发学生学习知识的兴趣，让他们通过认识概念在历史上的产生、发展与应用，有助于化解在教学过程中主观和客观两方面遇到的不同困难。化学史的教学价值还有很多，有待更多的学者去探索，但只有依据知识本身以及相关的历史来制定化学史在教学中的角色，才能发挥化学史在教学过程中的最大价值。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].人民教育出版社，2018.

[2]Rudge D W，Howe E M.An explicit and reflective approach to the use of history to promote understanding of the nature of science[J].Science & Education，2009，18（5）：561580.

[3]广田襄.丁明玉译.现代化学史[M].化学工业出版社，2018：015020.

[4]J.R.柏廷顿.胡作玄，译.化学简史[M].广西师范大学出版社，2003：218234.

[5]Kim S Y，Irving K E.History of Science as an Instructional Context：Student Learning in Genetics and Nature of Science[J].ence & Education，2010，19（2）：187215.

[6][日]广田襄著.现代化学史[M].化学工业出版社，2018，6.

[7]Monk M，Osborne J.Placing the history and philosophy of science on the curriculum：A model for the development of pedagogy[J].Science Education，1997，81（4）：405424.

项目：该文为吉林师范大学教育科研振兴基金重点项目“基于教师专业发展的职前培养与职后培训一体化模式创新研究”（jsjkzx201402）的部分成果

作者简介：赵俊安，男，满族，吉林辽源人，硕士，研究方向：中学化学教学。

*通讯作者：陆国志，男，汉族，吉林四平人，硕士，教授，研究方向：化学课程与教学论。