芻議化學史教學的作用

在化學教學中運用化學史知識，可使教學不只局限于現成知識的靜態結論，可以追溯到的來源和動態演變；不只局限于知識本身，還可以揭示出其中的科學思想和科學方法，還可以讓化學家們不畏艱辛、堅持真理的精神感動學生。在具體的教學實踐中，筆者對化學史教學幫助達成三維教學目標的感悟有如下幾點。

一、介紹化學史有利于學生知識的獲得以及技能的培養

1. 有助于學生對化學知識的理解和把握

在化學教學中學生難以理解的其實恰恰是化學史中常常難以攻克的問題，是歷史上化學家們對此問題進行激烈爭論、進行探討的問題。在教學中如果適當地將歷史上化學家們在形成化學概念、認識化學規律的過程中所遇到過的困難、所產生過的錯誤想法、所做出的一些錯誤判斷等呈現在學生面前，讓學生對這些觀點進行對比和分析，找出正確的結論和觀點。這樣，學生便會從這些歷史發展中感受到自身的錯誤觀念，知道自己錯在何處？原因何在？

比如，“電離概念”教學，我們可以引入“阿累尼烏斯建立電離理論”這一段化學史。1799年英國化學家尼柯爾森等人最先發現溶液具有導電性。他們認為，溶液中電流是靠帶電荷的離子運送前進的，但認為離子是通電流后產生的。這一理論統治科學界將近一個世紀，直至瑞典化學家阿累尼烏斯從1882年秋開始對溶液的導電性進行了一系列的測量，查閱了學術刊物中與這個問題有關的論文后，大膽提出“要解釋電解質水溶液的導電性，必須假定電解質在溶液中具有兩種不同的形態，即非活動性的分子形態和活動性的離子形態”。但卻遭到當時最著名的化學家之一克利夫教授嘲笑：“這純粹是空想，我不能想象，比如，氯化鉀怎樣會在水中分解為離子。鉀在水中單獨存在可能嗎？任何一個小學生都知道，鉀遇水就會產生強烈的反應，同時形成氫氧化鉀和氫氣。可是氯呢？它的水溶液是淡綠色的，又有劇毒，而氯化鉀溶液則是無色的，完全無毒。”但阿累尼烏斯竭力證明，在溶液中，特別是在氯化鉀溶液中，存在的不是鉀原子和氯分子，而是兩種元素的離子。比如，鉀離子不同于中性的鉀原子，它帶陽電荷。他甚至還計算出，在氯化氫的溶液中，有92%的溶質處于活性形態，也就是說大部分溶質分解為離子了。這些結果被德國化學家奧斯特瓦爾德在研究鹽酸的催化作用時所證實，它的總量中只有98%對過程起加速作用。這一數值與阿累尼烏斯計算出來的數值是接近的。

此后，教師要求學生設計實驗方案，證明電解質在水溶液中會自發電離出離子？

學生1：水與HCl氣體均不能使石蕊試紙變色，但鹽酸能使石蕊試紙變色變紅。

學生2：Cu與硝酸銅不反應，Cu與稀硫酸也不反應，但Cu與硝酸銅、稀硫酸三者混合能反應。

2. 促使學生化學技能的形成

例如，在驗證銅與稀硝酸反應生成一氧化氮實驗時，需要介紹種種隔絕空氣的措施，此時可以聯系拉瓦錫選用汞來研究空氣成分的經典實驗。如圖1所示裝置，汞沸點為356.6℃，用左邊火爐給液態汞加熱，不斷氣化的汞原子進入鐘罩和鐘罩中氧氣發生反應。因為提供汞原子的物質的量與氧氣分子的物質的量之比遠遠大于化學反應計量比的要求，反應可以達到完全。反應生成的紅色氧化汞在這個溫度下是固體，且不溶于汞，密度小于汞，浮在汞的表面，很容易分離，500℃左右可以分解。拉瓦錫把在汞表面上所生成的紅色粉未收集起來，放在另一個較小的容器里再加強熱至500℃左右，得到了汞和氧氣，若把分解所得氧氣回到原來留有剩余氣體空間后，發現體積恰好等于密閉容器里所減少的體積。通過這段化學史知識的介紹，讓學生領悟到實驗操作設計對化學實驗的重要性，進而對學生實驗能力、動手能力以及創造性思維的培養起到重要的作用。通過該段化學史的介紹，再讓學生動腦思考銅與稀硝酸反應生成一氧化氮，并收集一氧化氮，學生自然能設計出“氫氧化鈉溶液封法”：在一個大的水槽中加入幾厘米高的氫氧化鈉溶液，再在水槽中放一個小燒杯，小燒杯中加有稀硝酸與銅片，小燒杯上蓋上玻璃鐘罩。

二、滲透化學史有利于學生領悟正確的化學研究方法以及學習科學的探究過程

1. 有助于學生學習化學研究方法

比如，“歸納與演繹”的經典事例。門捷列夫為了系統地講好無機化學課程，想編寫一張“不是人為的而是合乎自然規律”的元素性質分類表。于是開始仔細地研究當時已發現的63種元素的物理性質和化學性質。他把當時已經發現的元素名稱、原子量以及主要性質分別寫在63張卡片上。隨后，他根據諸如元素對氧和氫的關系所做的分類、按金屬與非金屬的分類、根據化學活性的順序分類、根據原子價的分類、根據元素的綜合化學性質的分類等等，都作了認真的研究，并以各種方式排列63張卡片等等。在深入研究元素的原子量與原子價時，門捷列夫對各種元素的原子量可以相差很大，而原子價的變化范圍則較小這一情況有很深的印象；許多元素具有相同的原子價的同時，它們的化學性質彼此也非常相似。他注意到，一價元素都是最典型的金屬，七價元素都是最典型的非金屬；四價元素的性質恰好介于金屬與非金屬之間。這就使他堅信各種元素之間一定存在著統一的規律性。1869年2月他發表了第一份關于元素周期律的圖表。1871年12月，他綜合了邁爾等科學家的研究，又發表了與今天元素周期表很像的第二張元素周期表，把尚未發現的元素的空格由原來的四個增至六個，并且預言了它們的性質。如對“類鋁”“類硅”等的預言準確得令人驚奇。

2. 促使學生學習科學的探究過程

例如，在選修模塊《物質結構與性質》中“元素第一電離能的周期性變化”教學時，可以適時插入人類合成第一個稀有氣體化合物XePtF6經典事例。1933年，化學家鮑林通過對離子半徑的計算，曾預言可以制得六氟化氙（XeF6）、氙酸及其鹽。1960年英國年輕化學家巴特列特一直從事無機氟化學的研究。文獻上報道了數種新的鉑族金屬氟化物，它們都是強氧化劑，其中高價鉑的氟化物六氟化鉑（PtF6）的氧化性甚至比氟還要強。巴特列特首先用PtF6與等摩爾氧氣在室溫條件下混合反應，得到了一種深紅色固體的O2PtF6。巴特列特頭腦機敏，善于聯想類比和推理。他考慮到O2的第一電離能是1175.7千焦/摩爾，氙的第一電離能是1175.5千焦/摩爾，比氧分子的第一電離能還略低，既然O2可以被PtF6氧化，那么氙也應能被PtF6氧化。他同時還計算了晶格能，若生成XePtF6，其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦/摩爾。這說明XePtF6一旦生成，也應能穩定存在。于是巴特列特根據以上推論，仿照合成O2PtF6的方法，將PtF6的蒸氣與等摩爾的氙混合，在室溫下竟然輕而易舉地得到了一種橙黃色固體XePtF6：Xe+PtF6→XePtF6。該化合物在室溫下穩定，其蒸氣壓很低。它不溶于非極性溶劑四氯化碳，這說明它是離子型化合物。這樣，具有歷史意義的第一個含有化學鍵的“惰性”氣體化合物誕生了，從而很好地證明了巴特列特的正確設想。

從這個資料我們可以看出：幾代化學家經歷了猜想、設計實驗、進行實驗、分析實驗等探究過程最終驗證了惰性氣體化合物的存在。

三、滲透化學史有利于學生情感的熏陶、科學態度與價值觀的培養

1. 有利于激發學生學習化學的興趣，熏陶學生的情感

通過合適化學史的引入，可以讓學生感覺自己參與了整個化學現象的發現、知識理論的形成過程，使他們有一定的成就感。

比如：在學習原電池時，引入伏打發明原電池的一段化學史。原電池的發明是在科學爭論中發明并得到發展的。爭論的主人公是意大利的伽伐尼和伏打。事情發生在1800年前后。爭論的焦點是：伽伐尼是一位解剖學教授，意大利著名生理學家，他在一次用手術刀剝去青蛙腿外皮時，刀尖觸到了蛙腿，發現蛙腿抽動了一下。他對自己的偶然發現，開始繼續探究，由此產生了伽伐尼和伏打的爭論。伽伐尼認為電流起源于動物神經，伏打認為一系列雙金屬在液體中的接觸是產生電流的原因。即“生物電和化學電之爭”。

學生提出問題，產生猜想，動手實驗。

①用Cu和Cu連接蛙腿，動手實驗；②用Zn和Cu，不用蛙腿，用酸性濕紙、濕布、濕海綿等做實驗；③一大堆Cu片和鋅片交錯壘得很高，在每一對Cu片和Zn片之間，都加入用鹽水浸濕的硬紙，用導線若即若離地靠近或接觸時，產生出強大電流放射出的明亮電火花（伏打電池的雛形）。

2. 有助于培養學生的相互合作意識

任何一個概念的形成，每一個定律的建立，所有重大的科學發現，都是經過一代乃至幾代人的艱苦探索，利用許多人的研究成果才得以完成和總結出來的。比如，元素周期表及元素周期律。試想一下，如果沒有門捷列夫在德貝萊納、邁耶爾、紐蘭茲工作的基礎上發現初步元素周期律；如果沒有科學家在以后的科學實驗中證實門捷列夫在周期表中留下空格，為門捷列夫發現元素周期表贏得巨大贊譽，獲得廣泛認可；如果沒有拉姆塞發現稀有氣體，作為整個一族插入周期表，從而完善了周期表；如果沒有湯姆生、盧瑟福、玻爾等師徒打開原子大門，發現電子、原子核，提出原子結構理論，莫塞萊得出原子序數等于核電荷數，修正了門捷列夫的元素周期律，等等，人類探索元素化合物性質會是怎樣的呢？

3. 有利于培養學生科學的態度

比如，瑞利、拉姆塞對實驗數據微小差異產生的懷疑，在化學史上被稱為“第三位小數的勝利”，才有了氬和“零族”的發現。早在1785年，英國著名科學家卡文迪什在研究空氣組成時，發現一個奇怪的現象。當時人們已經知道空氣中含有氮、氧、二氧化碳等，卡文迪什把空氣中的這些成分除盡后，發現還殘留少量氣體，雖然這個氣體體積不足總體積的1/200，這個現象當時并沒有引起化學家們應有的重視。誰也沒有想到，就在這少量氣體里竟藏著一個化學元素家族。100多年后的1892年，英國物理學家瑞利，在研究氮氣時發現從氨分解得到的氮氣每升重1.2508g，而從空氣中分離出來的氮氣在相同情況下每升重1.2572g，這個每升0.0064g的微小差別引起了瑞利的注意。他與化學家萊姆賽合作，把空氣中的氮氣和氧氣除去，用光譜分析鑒定剩余氣體，終于在1894年發現了氬。

4. 有助于學生辯證唯物主義世界觀的形成

回顧中學化學教學內容，化學概念、化學定理和定律都充滿了辯證唯物主義內容。例如，人類對原子模型的認識，由湯姆孫的“棗糕式”模型，到盧瑟福的“核式結構模型”，再到玻爾的原子量子化模型，再到電子云模型等。在整個發展過程中，棗糕式模型能夠解釋一些事實，但很快就被盧瑟福的散射實驗結果否定，然而“核式結構”卻跟經典的電磁理論相互矛盾，進而到玻爾的原子量子化模型，但在解釋一些復雜的原子光譜上遇到很大的困難，直到現在的電子云模型才得以完善。在原子核模型教學中，通過這些化學史的介紹，我們可以使學生意識到“實踐是檢驗真理的唯一標準、否定之否定”等辯證的唯物主義觀點，并且可以使學生體會到只有唯物主義才是真正科學的世界觀。