新課標(biāo)理念下基于化學(xué)史的探究學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

【摘 要】新課標(biāo)理念下化學(xué)史與探究學(xué)習(xí)在化學(xué)教學(xué)中占有很重要的一席，科學(xué)家的科學(xué)探究與學(xué)生的科學(xué)探究的本質(zhì)一致性決定了教師教學(xué)設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)際教學(xué)內(nèi)容，基于化學(xué)史針對探究學(xué)習(xí)的構(gòu)成要素進(jìn)行學(xué)生探究學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)，能有效地促進(jìn)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)史 探究學(xué)習(xí) 教學(xué)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）04B-0064-03

新課標(biāo)理念強(qiáng)調(diào)化學(xué)教學(xué)要“結(jié)合人類探索物質(zhì)及其變化的歷史與化學(xué)科學(xué)發(fā)展的趨勢，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的基本原理和基本方法，形成科學(xué)的世界觀”，“通過以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強(qiáng)化科學(xué)探究的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的改變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”。可見，化學(xué)史教育與探究學(xué)習(xí)在如今的中學(xué)化學(xué)教學(xué)中已占有相當(dāng)重要的地位。化學(xué)史例在某些新教材中占據(jù)更大的比重，出現(xiàn)形式也多樣化。化學(xué)教師在教學(xué)中也已逐漸改變以灌輸講授為中心、以被動(dòng)接受學(xué)習(xí)為主的教學(xué)與學(xué)習(xí)方式，嘗試引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去學(xué)習(xí)探究。那么，在化學(xué)教學(xué)中，如何挖掘化學(xué)史在化學(xué)探究學(xué)習(xí)中的價(jià)值，更好地應(yīng)用化學(xué)史資料，讓學(xué)生更為主動(dòng)并有效地去建構(gòu)事物的意義呢？筆者認(rèn)為核心在于教學(xué)設(shè)計(jì)上。

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，知識(shí)不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境下，通過與他人（教師和同學(xué)）的協(xié)作與會(huì)話，依靠必需的學(xué)習(xí)資料，在自身原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過自主意義建構(gòu)的方式而獲得，倘若這種情境能更接近、更符合實(shí)際情況，那么這時(shí)的意義建構(gòu)將更為有效。因此，筆者認(rèn)為結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容以化學(xué)史例為導(dǎo)引或支架進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)是一種較好的方法。

一、基于化學(xué)史進(jìn)行探究學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)的可行性分析

從化學(xué)史上我們可以發(fā)現(xiàn)，化學(xué)家們一般耗費(fèi)了較長時(shí)間來對未知世界進(jìn)行探究，其目的是發(fā)現(xiàn)科學(xué)原理和規(guī)律，建立科學(xué)理論，而學(xué)生的探究一般是在課堂上花費(fèi)較短時(shí)間對科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)的科學(xué)原理、規(guī)律和理論進(jìn)行探究，目的是理解科學(xué)知識(shí)、掌握科學(xué)方法，是一個(gè)知識(shí)的再生產(chǎn)過程。盡管化學(xué)家的科學(xué)探究與學(xué)生的探究學(xué)習(xí)在探究的時(shí)間、目的和對象上有所差異，但兩者在本質(zhì)上是一致的，都是一個(gè)從未知到已知的探索、發(fā)現(xiàn)的過程，也都是把感知客體作為理解的前提，通過具體的實(shí)踐活動(dòng)達(dá)到對知識(shí)的理解。簡單來講，探究學(xué)習(xí)其實(shí)就是一種模仿科學(xué)家探究的探究。故借助于科學(xué)家的研究歷程可以為學(xué)生的探究學(xué)習(xí)找到探究的素材、分析問題的思路和解決問題的方法，為學(xué)生對知識(shí)的意義建構(gòu)找到捷徑，在探究過程中提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。

二、基于化學(xué)史的探究教學(xué)設(shè)計(jì)方法與策略

目前較為公認(rèn)的探究學(xué)習(xí)構(gòu)成要素為：提出問題——收集資料——猜想假設(shè)——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——得出結(jié)論——評價(jià)反思。下面筆者以人教版高中化學(xué)教材必修2第三章第二節(jié)“來自石油和煤的兩種基本化工原料”中的苯內(nèi)容為例，來說明基于化學(xué)如何針對探究學(xué)習(xí)的構(gòu)成要素來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）精心設(shè)計(jì)化學(xué)史實(shí)，為學(xué)生的探究學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)“提出問題”的情境

探究學(xué)習(xí)是基于問題為中心的學(xué)習(xí)模式，而問題是具有一定的情境性的。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們教師都希望在課堂中創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)膯栴}情境，以便能更為自然地提出一些啟發(fā)性、生動(dòng)性的問題或者是在這種情境中讓學(xué)生感知并主動(dòng)地提出將要探究的問題。那么，哪里可以找到這方面的資料呢？毫無疑問，化學(xué)史例就是一個(gè)豐富的資料寶庫。因?yàn)榭茖W(xué)家在開始進(jìn)行研究時(shí)，也是在某些情境問題的引發(fā)下，經(jīng)過周密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)才揭開了自然界的許多奧密。本例教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

【情景導(dǎo)入】同學(xué)們，我們先來進(jìn)行一個(gè)知識(shí)競猜，請問2001年在美國搞了911恐怖事件的是誰？（本·拉登）這個(gè)本·拉登造成了人類歷史上的大災(zāi)難，但此后他就消失了，成為世界上的一個(gè)迷，直到十年之后，2011年5月1日，本·拉登在巴基斯坦被美軍擊斃。湊巧的是，曾經(jīng)在十九世紀(jì)，也有一個(gè)“本”對于當(dāng)時(shí)的科學(xué)界是一個(gè)很大的迷，這就是今天我們要學(xué)習(xí)的內(nèi)容苯（板書）（學(xué)生笑）。苯的分子結(jié)構(gòu)曾令不少科學(xué)家絞盡腦汁，不過此苯非彼本也，前本給人類帶來了的是巨大災(zāi)難，而后苯在我們的化學(xué)發(fā)展史上卻有著光輝的一筆！首先我們先來回顧歷史，看一下苯是怎樣發(fā)現(xiàn)的。

【投影】苯的發(fā)現(xiàn)歷史。（略）

本段設(shè)計(jì)由恐怖分子本·拉登的名字與苯的諧音和藏身之迷引出科學(xué)史上對苯的探究之迷，在巧合與疑惑之中教師自然地提出了本課中要探究的課題——苯分子結(jié)構(gòu)，活躍了課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生探究興趣。之后教師再結(jié)合化學(xué)史介紹英國科學(xué)家法拉第對苯的發(fā)現(xiàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生批判精神和不斷追求的進(jìn)取精神。由此可見，化學(xué)史例經(jīng)過教師一定程度的智慧加工，可成為學(xué)生探究學(xué)習(xí)提供情境問題的源泉。

（二）精心設(shè)計(jì)化學(xué)史例，為學(xué)生的探究學(xué)習(xí)提供問題解決所必須的資料

資料的收集是探究學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，收集的途徑也有多種，由于課堂上的探究學(xué)習(xí)受到空間與時(shí)間的限制，學(xué)生通常并不能得到有效的資料。因此，需要教師提供一些與此有關(guān)的有用資料讓學(xué)生去分析和處理，有效地幫助他們完成探究學(xué)習(xí)。倘若這些資料能在一種歷史情境中出現(xiàn)的話，學(xué)生將會(huì)覺得這樣的探究會(huì)更有意義，也更有興趣將探究進(jìn)行到底。本例教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

【情景導(dǎo)入】現(xiàn)在，讓我們追溯歷史，和當(dāng)時(shí)的科學(xué)家一起來探索苯的分子結(jié)構(gòu)這個(gè)神秘之迷吧，當(dāng)時(shí)的科學(xué)家經(jīng)過大量辛苦的研究已經(jīng)取得了大量成果，請看屏幕。

【投影】1.苯的組成元素C，H。

2.法國化學(xué)家日拉爾等人確定了苯蒸汽密度為同溫、同壓下乙炔氣體密度的 3 倍。

【實(shí)驗(yàn)演示】苯的燃燒。（先由大量濃煙的現(xiàn)象讓學(xué)生猜測苯中的含碳量）

【投影】3.苯的含碳量高達(dá)92.3%。

【設(shè)問】根據(jù)以上信息，假如你在那時(shí)，你能得出什么結(jié)果？（請學(xué)生板書并說出思維過程）

【過渡】很好！思路清晰，謝謝這位聰明的小科學(xué)家。我們已經(jīng)完成了探究的第一步，獲得了苯的化學(xué)式，下面我們繼續(xù)探索。

【投影】當(dāng)時(shí)已知的有機(jī)理論：碳四價(jià)學(xué)說和碳鏈學(xué)說。

【設(shè)問】按照當(dāng)時(shí)的理論，假如你在那時(shí)，你認(rèn)為苯有什么可能結(jié)構(gòu)？（請學(xué)生板書）

【設(shè)問】若苯分子為上述結(jié)構(gòu)之一，根據(jù)你們已有知識(shí)，它可能具有什么化學(xué)性質(zhì)？能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證嗎？

本段教學(xué)設(shè)計(jì)中，筆者深入挖掘苯的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史，創(chuàng)設(shè)了一個(gè)讓學(xué)生模仿科學(xué)家探究的情境，把當(dāng)時(shí)的科學(xué)家所取得的研究的成果加工后作為資料提供給學(xué)生。在這個(gè)歷史情境中，學(xué)生需要借助已有知識(shí)對這些資料進(jìn)行分析加工，最后解決苯的化學(xué)式的問題，享受了探究成功的喜悅，探究的積極性也大大提高了。另外，科學(xué)家正是由于受到了當(dāng)時(shí)有機(jī)理論的限制才在研究苯分子結(jié)構(gòu)陷入了困境，為此，筆者也把當(dāng)時(shí)的有機(jī)理論作為資料提供給學(xué)生，讓他們在這個(gè)前提下進(jìn)行猜想，為的就是讓學(xué)生也感受科學(xué)家當(dāng)時(shí)極大的困惑，更大地激活了他們探究欲望。筆者還考慮到這一點(diǎn)，如沒有這兩種理論的限制，預(yù)習(xí)了教材的學(xué)生很可能寫出苯分子的環(huán)形結(jié)構(gòu)，這將使得接下來疑問的提出和凱庫勒的引出不能自然地銜接與過度。由此可見，教師可以模擬科學(xué)家的研究過程，經(jīng)過精心加工處理，根據(jù)化學(xué)史資料創(chuàng)設(shè)一個(gè)訓(xùn)練學(xué)生分析、加工信息的情境，為學(xué)生開展探究學(xué)習(xí)提供有價(jià)值的材料，讓學(xué)生模仿化學(xué)家進(jìn)行研究，解決問題。

（三）精心設(shè)計(jì)化學(xué)史例，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)方法

猜想與假設(shè)是科學(xué)探究過程中關(guān)鍵的一環(huán)，化學(xué)史中有大量的生動(dòng)事例指出，化學(xué)大師們是如何熟練而巧妙地運(yùn)用猜想與假設(shè)這些科學(xué)方法來取得重要成就的。筆者認(rèn)為，化學(xué)教師如能利用這些事例重現(xiàn)科學(xué)家提出假說和驗(yàn)證假說的探究過程，可以讓學(xué)生充分了解猜想與假設(shè)是科學(xué)探索的必經(jīng)階段，是正確認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律的途徑和有效手段。在模仿中讓學(xué)生掌握這些科學(xué)方法，提高科學(xué)探究的能力。本例教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

【情景導(dǎo)入】剛才這位同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了苯分子并不是碳碳雙鍵或碳碳三鍵的碳鏈結(jié)構(gòu)，那么苯分子到底有什么樣的結(jié)構(gòu)呢？ 受當(dāng)時(shí)的理論限制，科學(xué)家們百思不得其解，最終是誰解決了這個(gè)迷呢？經(jīng)過大量研究和探索，這個(gè)迷最終被德國化學(xué)家凱庫勒揭開了，他的這個(gè)發(fā)現(xiàn)為化學(xué)史寫上了光輝的一筆。

【投影】凱庫勒的相片、介紹、成就及名言。（略）

【講述】化學(xué)史故事《夢中的出現(xiàn)》。（略）

【投影】首尾相連的蛇。（略）

【過渡】現(xiàn)在我們來回顧歷史，重現(xiàn)凱庫勒由夢而始的探索歷程，看它對我們有沒有什么啟示？

【投影】1866年，凱庫勒在《關(guān)于芳香族化合物的研究》一文中提出了兩個(gè)假說：

1.苯的6個(gè)碳原子形成環(huán)狀閉鏈，即平面六角閉鏈。

2.各碳原子之間存在著單雙鍵交替形式。

【設(shè)問】對于凱庫勒提出的假說你有什么看法？

【投影】根據(jù)假說1：苯的一元取代物應(yīng)該只有一種。

實(shí)驗(yàn)事實(shí)1：苯的溴一元取代物只有一種。→證實(shí)了假說1是正確的。

1935年，詹斯用X射線衍射法證實(shí)苯環(huán)是平面的正六角形。

【投影】電子顯微鏡拍攝的苯分子照片。

【投影】根據(jù)假說2：苯的鄰位二元取代物應(yīng)有兩種。

實(shí)驗(yàn)事實(shí)2：苯的鄰位二元取代物只有一種。→證實(shí)了假說2是有缺陷的！

1872年，凱庫勒又提出了新論點(diǎn)。（略）

本段教學(xué)設(shè)計(jì)中，由于教材中沒有苯分子結(jié)構(gòu)的研究過程，滿足不了學(xué)生追根問底的好奇心，故筆者深入挖掘化學(xué)史，將凱庫勒的研究過程和一些資料補(bǔ)充進(jìn)來，使學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)理論形成所經(jīng)歷的提出假說——證實(shí)或證偽——進(jìn)一步提出假說并進(jìn)一步求證的探究過程，這樣將過去的講授式教學(xué)變成探究性學(xué)習(xí)。學(xué)生不僅獲得了陳述性知識(shí)，而且獲得了程序性知識(shí)。由此可見，科學(xué)家的探究過程能為我們進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可借鑒的思路。讓學(xué)生學(xué)到科學(xué)研究的基本方法和策略，感受到科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的科學(xué)精神。

（四）精心設(shè)計(jì)化學(xué)史例，重現(xiàn)化學(xué)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力

化學(xué)家的每一個(gè)結(jié)論都是經(jīng)過精心的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出實(shí)驗(yàn)事實(shí)后再通過嚴(yán)密的邏輯推理得出來的。教師可以選擇那些原理和操作方法較為簡單的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，組織學(xué)生按化學(xué)家的方法重新演示。對于比較復(fù)雜、難度較高的，可以只做其中一部分，或利用多媒體進(jìn)行原理模擬或是作為史實(shí)資料直接提供給學(xué)生。在本例中，因?yàn)閯P庫勒的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜所以沒有在課堂上進(jìn)行演示，只作為化學(xué)史實(shí)直接展現(xiàn)給學(xué)生。但如果是一些比較簡單的實(shí)驗(yàn)就完全可以在課堂上演示或讓學(xué)生去完成，例如在探究原電池原理時(shí)，就可在課堂上重現(xiàn)伽伐尼的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)（靈敏電流計(jì)連兩根導(dǎo)線，一端連接鋅片，另一端連接銅片。將鋅片和銅片同時(shí)碰觸剝?nèi)ネ馄さ那嗤芡龋Ｔ趯?shí)驗(yàn)的展示過程中，學(xué)生感受到了科學(xué)的神奇和成功的快樂，感受到了科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)超人的聰明才智和對科學(xué)一絲不茍的精神，發(fā)展了實(shí)驗(yàn)探究能力。

（五）精心設(shè)計(jì)化學(xué)史例，提高學(xué)生在探究學(xué)習(xí)中形成結(jié)論的能力

探究結(jié)論是在事實(shí)證據(jù)的基礎(chǔ)上通過一定的思維方法，分析論證而得出的。化學(xué)發(fā)展史上的每一個(gè)科學(xué)結(jié)論的獲得，都是化學(xué)家們通過獲取和處理大量相關(guān)信息，在大量的科學(xué)事實(shí)和嚴(yán)密的推理論證基礎(chǔ)之上得出的。基于化學(xué)史的探究學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)可以讓學(xué)生跟隨科學(xué)家的研究思路，在收集大量證據(jù)的基礎(chǔ)上，對事實(shí)與證據(jù)進(jìn)行加工與整理，找出它們之間的相互聯(lián)系和因果關(guān)系，找出事實(shí)證據(jù)與假設(shè)之間的關(guān)系。通過歸類比較、分析綜合、歸納演繹、概括抽象等方法，找出事實(shí)證據(jù)之間的本質(zhì)聯(lián)系和內(nèi)在規(guī)律，從而形成科學(xué)結(jié)論。這是一個(gè)高水平的思維過程，同時(shí)也是學(xué)生形成超越已有的知識(shí)的新的理解、實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)質(zhì)的飛躍的過程。因此，借助化學(xué)史實(shí)重現(xiàn)科學(xué)家的研究過程，可以很好地發(fā)展學(xué)生分析并組織信息從而得出最后結(jié)論的能力。在本例教學(xué)設(shè)計(jì)中，學(xué)生順著科學(xué)家們的探究過程可以很自然地得出苯分子特殊結(jié)構(gòu)的結(jié)論。

（六）精心設(shè)計(jì)化學(xué)史例，提高學(xué)生在探究學(xué)習(xí)中的評價(jià)與反思能力

反思與評價(jià)貫穿于整個(gè)科學(xué)探究學(xué)習(xí)過程之中，是提高學(xué)生科學(xué)探究能力的關(guān)鍵。探究過程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生分析評價(jià)化學(xué)家在科學(xué)研究時(shí)的成功與錯(cuò)誤，促使學(xué)生用辨證的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)化學(xué)的發(fā)展過程，引導(dǎo)學(xué)生分析化學(xué)家如何在研究中進(jìn)行自我反思，培養(yǎng)他們多角度、多層次地對問題進(jìn)行全面分析與思考的意識(shí)。探究的最后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思與評價(jià)化學(xué)家的整個(gè)研究過程，使學(xué)生明確科學(xué)探究的步驟，掌握科學(xué)探究的方法，促使他們的探究活動(dòng)成為一種有目標(biāo)有策略的主動(dòng)行為。

本段設(shè)計(jì)通過引導(dǎo)學(xué)生反思與評價(jià)凱庫勒的探究過程，總結(jié)出科學(xué)研究的一般方法，引申出有機(jī)物結(jié)構(gòu)研究的一般過程和方法，讓學(xué)生更好地了解科學(xué)研究方法并能遷移應(yīng)用。最后引導(dǎo)學(xué)生回顧評價(jià)所有對苯的研究作出貢獻(xiàn)的科學(xué)家，使學(xué)生知道化學(xué)研究的階段性和發(fā)展性，促使學(xué)生課后主動(dòng)去查找資料了解自己感興趣的科學(xué)家，感受科學(xué)精神。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]鐘啟泉，崔允郭，張華.為了中華民族的復(fù)興 為了每位學(xué)生的發(fā)展（《基礎(chǔ)教育改革綱要（試行）》解讀）[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2001

【作者簡介】范斌（1977-）男，江西臨川人，中學(xué)一級教師，課程與教學(xué)論（化學(xué)）專業(yè)碩士研究生。

（責(zé)編 盧建龍）