大學化學教學中使用化學史案例對提高軍校學員科學素養的作用

摘? 要 隨著經濟社會的發展，國民的科學素養不斷提高，以本科教育為依托的高等教育對提高軍校學員的科學素養具有重要現實意義。探討在大學化學教學中引入化學史案例對提高軍校學員科學素養的作用。

關鍵詞 大學化學;科學素養;化學史;軍校;課程思政

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）16-0099-04

On Role of Using Chemical History Cases in College Chemistry Teaching to Improve Scientific Literacy of Military Cadets//ZHENG Shuyue

Abstract With the economic and social development， the scientific literacy of the people is also constantly improving. Higher education based on undergraduate education is of great practical significance to improve the scientific literacy of military cadets. In this paper， the introduction of chemical history cases in college chemistry teaching is discussed to improve the scientific literacy of military cadets.

Key words college chemistry; scientific literacy; chemical history;military academy; curriculum ideological and political education

1 前言

科學素養一詞最早是由美國著名教育家、化學家科南特第一次提出來的。科學家和教育工作者經過半個多世紀的研究，使科學素養由最初一個口號逐漸發展為一種理念，到現在已經成熟地落實到實踐，各項相關教育政策在各國推行開來。由于文化背景、經濟發展、服務階層不同，不同時期、不同國家對于科學素養的理解也不一樣，其中最受推崇的是科學素養國際發展中心主任米勒教授在1983年提出的三個維度，一直被沿用至今，即：

1）關于科學概念的理解;

2）關于科學過程和科學本質的認識;

3）關于科學、技術和社會相互關系的認識。

米勒的概括簡單明了，所以被廣泛應用到各國公民素養的調查中，是設計公民科學素養調查問卷的基礎，中國、美國、日本等都是采用這種標準進行公眾科學素養調查[1]。

根據2018年第10次中國公民科學素質調查結果顯示，2018年我國公民具備科學素質的比例達到8.47%，較2015年第九次調查的6.20%提高了2.27個百分點?？梢哉f，我國公民的科學素質隨著經濟社會的發展正在穩步上升，但整體水平依然不高，特別是與日本、歐美等發達國家相比還有很大的差距[2]，因此，在提高國民科學素養方面依然有很長的路要走。當代大學生是未來社會高學歷的主力軍，關乎國家科技發展走向，提高其科學素養就顯得尤為重要。

2 問題的提出

隨著我國經濟社會的高速發展，伴隨著科技的迅猛進步，提高大學生科學素養的方法有很多，但最直接有效的方式依然是依靠大學教育。近些年，關于科學素養的研究層出不窮，但是專門針對大學化學的研究不多，針對軍校大學化學的研究更少?；谲娦W員學習大學化學面臨的現實問題以及軍隊發展的趨勢，筆者認為開展在大學化學教學中融入化學史案例來提高軍校學員科學素養的研究，很有現實意義。

軍校學員面臨的現實問題? 軍校學員與普通大學生相比有其獨特的特點，筆者發現學員面對大學化學的學習出現一些問題。

一是由于學員體能訓練、淘汰機制以及課業考評壓力較大，有學員堅持“唯考試論”，一味功利性地學習。

二是學員基礎不同，對于高中有基礎的學員而言，大學化學的內容不夠深入，他們又不能掌握學習自然科學的方法，不能很好地獨自開展深入學習;而對于沒有基礎的學員，大學化學原理又抽象難懂，他們很容易失去學習興趣，“一盤棋”的課堂教學很難平衡二者關系。

三是大學化學課程課時較少，學習的內容又大多為物理化學中相關的化學核心理論部分，相對比較枯燥難懂，學員學起來有一定難度。

四是在學習過程中有學員對于化學知識的學習更多停留在機械記憶，不能理解原理，更不會靈活運用，缺少創新精神。

五是過分依賴教材，依賴習題，依賴教員，缺少獨立思考和判斷的能力，缺少批判的科學精神。

軍隊建設發展的趨勢? 現代戰爭是包括化學在內的以各種高端技術為基礎的戰爭，可以說未來的戰場是高科技的戰場，而前沿的技術大多涉及多學科相互交叉、互相融合?；瘜W是自然科學中的一門基礎學科，對于學員構建完整的科學知識體系，掌握科學方法，并將所學知識用于解決實戰當中遇到的問題，就顯得更為重要。本科學員是未來直接面向戰場的基層初級指揮官，提高其科學素養，對于提高整個軍隊現代化水平，實現科技強軍、人才強軍，建設世界一流軍隊，實現新時代強軍目標，具有深遠意義。

3 問題的探討

本文舉例談一談在大學化學教學中融入化學史案例，在科學知識、科學方法、情感態度與價值觀方面給學員帶來的具體影響。

有利于科學知識的學習? 通過史料的學習，讓學生拓寬人文知識面，深入理解概念、理論，同時置身其中，感受科學探索的過程，既能提升人文素養，又能更加深刻理解化學是一門實驗學科，養成主觀愿意獲取知識的習慣。

1）結合崗位，利用化學戰史提升學習興趣，做好學習鋪墊。針對軍校學員，軍事發展與學科發展的聯系具有實際意義，而戰爭史總會給學員更親切的感覺，可以在緒論課中介紹相關內容，在學員學習理論前做好鋪墊。如介紹化學戰是一種近代戰爭，1914年6月爆發的第一次世界大戰中，德國人為了驅逐深藏在遮掩部的敵人，首先選用氯氣作為毒氣，做了化學戰的始作俑者，這就是世界上首次進行大規?；瘜W攻擊的著名的伊普爾毒氣戰，是現代化學戰的開端;1915年9月的盧斯毒氣戰，標志著第一次世界大戰中毒氣戰的全面展開。

再如日本軍隊在第二次世界大戰中嚴重違反日內瓦協定，在二戰中使用的化學毒劑達九種之多，尤其令人發指的是，日本516部隊還曾使用化學毒劑在中國人身上做實驗。在整個抗日戰爭期間，日軍的化學戰貫穿戰爭全過程，使用化學武器的地點遍及全國19個省區，用毒高達2000多次。另外，二戰之后的“兩伊”戰爭也是化學戰的典型案例[3]?？梢栽诰w論課上增加類似內容，提升學員學習興趣，為課程開展打好鋪墊，通過二戰時日本的例子可以同時增強學員的愛國情懷。

2）結合教材知識，利用化學史挖掘理論背后的發展歷程，增強知識的理解。如在教學道爾頓分壓定律時，可以引入化學史，介紹道爾頓生平主要貢獻。道爾頓在年輕時就在大氣研究方面小有名氣，雷打不動每天堅持進行氣象觀測，堅持了將近30年。對大氣各種問題的癡迷與探索引導他去研究氣體的物理性質，自己動手制作各種器具，認真地研究大氣、水蒸氣等多種氣體的性質和蒸發、壓縮、膨脹等物理現象，還對大氣的組成、混合氣體的狀態、氣體在水中的溶解度等問題進行了研究。在此基礎上，他提出著名的道爾頓分壓定律。這樣既可以給枯燥的理論學習增加趣味性，提升學生學習興趣，也可使學生自己感受科學發現的過程重在日積月累的細心觀察與不斷努力。

再如在教學化學熱力學時，可以引入熱力學的發展史：1840年，彼得堡的蓋斯提出的人們熟知的蓋斯定律奠定了基礎，一個化學反應發生所放出或吸收的熱量總和，只由初始和終了的狀態決定，而與反應的途徑完全無關;此后，哥本哈根的湯姆生又系統地研究了許多化學變化的反應熱、有機化合物的結構和燃燒熱的關系;巴黎的貝特羅還對化學過程進行的方向、作用的強弱與熱量的關系等進行了研究;等等，取得的種種研究成果都說明熱化學在化學研究中具有重要意義。介紹理論的發展史，提升學員學習科學知識的興趣，使枯燥的理論變得生動活潑，促進對理論的理解。

有利于科學方法的引導? 掌握科學方法有利于化學知識的學習，同時有助于其他的科學學科學習;但沒有一種科學方法是普世的，是一勞永逸的，這也是科學的魅力所在。每一位科學家都在用自己的方法探索科學，學員可以利用化學史的內容去效仿已有科學成就的科學家研究問題的方法，充分感受科學方法在化學研究中的重要性，對于新知識的學習也會有很大幫助。同時，可以將從中學習的科學方法遷移到類似的科學學科的學習以及以后的工作學習當中，真正從科學教育中受益[4]。下面通過舉例，就化學史在科學方法引導上的作用進行探討。

1）歸納與推理。如在教學理想氣體狀態方程和實際氣體狀態方程時引入化學史：18世紀末到19世紀初，化學反應的質量守恒定律、定比定律、倍比定律等最早的化學基本定律逐漸被總結和確定;后來隨著原子學說的發展，又逐漸提出波義耳馬里奧定律、查理—蓋-呂薩克定律及阿伏伽德羅定律;后來經過整合總結，由這幾個定律推導出理想氣體的狀態方程[5];范德華又在理想氣體的基礎進行修正，推理出實際氣體的狀態方程。借助化學發展進程的歷史，向學員展示科學中由特例到共性的歸納的研究方法，每一個定律的提出都建立在大量實驗的基礎上，也很好地說明化學是一門實驗學科。

歸納與推理往往相輔相成，可以在教學稀溶液相關知識時引入化學史。范霍夫將氣體分子運動學說發展到液體，用來解釋稀薄溶液的各項原理。他在考察了浦菲弗所進行的滲透壓的實驗結果后發現，溶液的滲透壓和氣體的氣壓在性質上有著完全相同的含義，并且在溫度或者濃度條件相同的狀況下，甚至發現它們的數值都是相等的?，F在可以看到滲透壓的方程與理想氣體狀態方程極為相似，范霍夫用處理氣體的各種定律來處理液體，后來發展得到難揮發非電解質稀溶液的各項性質。借此啟發學員總結科學的方法并學習知識的遷移。

2）類比法。在教學核外電子運動內容的過程中可以引入物理化學史。隨著1926年量子力學的創立，改變了人們的時空觀念，促進了化學理論的發展。由于電子的波粒二象性，薛定諤類比于宏觀物質運動狀態方程，根據德布羅意波的思想，在海森堡不確定原理等基礎上提出薛定諤方程，描述微觀粒子的運動狀態，進而引入四個量子數來描述電子，大大方便了人們對于電子的運動的研究。研究看不到、摸不到的微觀粒子的問題，經常使用類比的方法進行形象化的解釋。

3）建模法。在研究物質結構的過程中可以引入物理化學史。1803年9月，在37歲生日時，道爾頓換算出一批原子的相對質量，并于同年第一次公開闡述了他的原子論。盡管后來發現原子論存在很多錯誤，但在當時是第一次臆測把原子構建成一種有質量的可測定的物質，成功解釋了許多實際問題，比如定比定律等。20世紀初，盧瑟福的行星模型時至今日依然被沿用，雖然現在看來有錯誤，但在當時確實是研究問題有效的方法，對于化學的發展具有里程碑式的意義。再如在研究化學反應速率的理論中，路易斯的碰撞理論采用的也是構建模型的方法，將氣體分子看作是沒有內部結構的硬球，而把化學反應看作剛性球體間的有效碰撞。雖然碰撞理論有其局限性，但它的模型更直觀、更形象，在今天研究反應速率理論時仍然沿用。

大學化學課程中呈現出的科學方法有很多，需要教員在授課過程中有意識地去引導學員進行理解和體會，而引入化學史，可以通過化學家研究過程的呈現使科學方法更生動，更具說服力。

有利于科學精神的培養? 科學的發展史就是一部人類精神發展的歷史，科學精神是科學發展的動力，科學發展也是科技強軍的根本保障?？茖W精神是人們在長期科學研究過程中形成的共同信念、價值標準和行為規范的總稱，關于科學精神的內涵，各家理解也是眾說紛紜，但筆者認為，對于軍校學員最重要的科學精神內涵至少包括四個方面，分別是批判精神、創新精神、協作精神和愛國精神。利用化學史開展教學，對學員情感態度和價值觀方面的影響更為直接，在科學精神培養上表現更為突出[6]。

1）批判精神?？茖W最大的魅力就在于科學的暫時性。不斷提出問題，才能進行科學創造。批判和懷疑精神支撐和推動著科學的發展。受傳統文化、我國目前的應試教育、大學教育功利化的影響，學員普遍缺少批判精神?？梢砸牖瘜W史，借助化學家的案例，培養學員的批判精神。如在教學元素周期律這部分知識時，不得不提到門捷列夫，他總結的元素周期表不但在無機化學發展史上具有重要意義，其應用的量變到質變、由簡單到復雜的思想在哲學方面也有深刻的影響。在排列元素周期表時，門捷列夫曾大膽提出當時一些公認的原子量是不準確的，比如金、鉍等。實踐證明，門捷列夫是正確的，元素周期表是正確的。

整個化學的發展過程也是一個不斷推翻前人結論的過程?？梢栽诨瘜W緒論課中簡要介紹整個化學近代發展史，如化學之父波義耳提出科學的元素的概念，否定了亞里士多德的“四元素”說，把化學確立為科學;18世紀下半葉，拉瓦錫提出燃燒氧化理論，否定了統治人類思想長達100年之久的燃素說，建立了化學燃燒理論。許多化學史的例子可以貫穿整個大學化學的教學過程，化學理論的發展很多都是以質疑其局限性為突破口，不斷去完善、創新理論。從緒論開始，教員要鼓勵學員大膽提出質疑，不要迷信教材、迷信教員，要有自己獨立的思考能力，注重對學員質疑批判意識的培養。

2）創新精神。創新是科學發展的根本動力。只有不斷突破前人的理論，才能推動科技發展的車輪向前行駛，而化學發展歷史中更不乏富有創新精神的化學家。如在教學溶液電離平衡時引入化學史：1887年，當時還不到30歲的瑞典化學家阿累尼烏斯發現了多數酸堿鹽的水溶液不遵守范霍夫之前提出的關于溶液的一般原理，于是另辟蹊徑，主要集中精力研究出現反?，F象的各種物質的溶液，并通過電學的現象進行圓滿解釋。法拉第和克勞修斯就都曾有過類似的想法，但阿累尼烏斯在前人基礎上創新性地向前走了一步，他也通過大量的實驗證明了自己提出的假說的正確性。

再如在教學共價鍵理論時引入化學史：1916年，路易斯提出共價鍵理論，可以很好地解決同原子非金屬分子的形成，但是不能闡明共價鍵的本質及特征;1927年，海特勒和倫敦用量子力學解決了為什么電子對可以使兩個原子結合在一起;隨著量子力學的發展，鮑林和斯萊脫提出經典價鍵理論，在此基礎上又提出雜化軌道理論，但是雜化軌道理論又不能很好地解釋分子的空間構型;1940年，西奇維克和鮑威爾率先在總結大量實驗事實的基礎上提出一種理論模型，后來經由吉來斯皮等人加以發展，逐漸發展為現代的價層電子對互斥理論，配合雜化軌道理論就很好地解決了分子空間構型的問題。由此可以看出，每一種理論的提出都是化學家為了解決現實問題而不斷創新突破，各種理論相互配合來解決實際問題，推動學科發展。

3）協作精神。大學化學大部分內容與物理化學有關，在教學化學反應的基本規律時可以介紹物理化學發展史。作為兩大自然基礎學科，化學和物理學真正走在一起歷經了三個階段：第一個階段是在拉瓦錫時代;第二個階段是在本生時代;第三個階段是從范霍夫時代開始的，這個時期，物理化學已經具備一定的科學體系。1887年，奧斯特瓦爾德在范霍夫協助下，還有德、美、英、俄等國多位專家參加下，創辦了標準教科書《物理化學雜志》，這本雜志的正式出版標志著物理化學的正式創建。范霍夫在阿姆斯特丹創建了物理化學學派，同時奧斯特瓦爾德在萊比錫培養了大批相關的專家，可以說奧斯特瓦爾德和范霍夫共享物理化學創建帶來的榮譽。在現代科學發展過程中，大多以團隊形式進行研究，這種例子也很多，這種團隊精神除了在科研上，在學員未來的工作中也有很重要的現實意義。

4）愛國精神?？茖W沒有國界，但科學家有國籍。對于軍校學員，培養家國情懷更為重要?；瘜W家也熱愛自己的祖國。如在日俄戰爭時期，門捷列夫70歲生日這一年也是他從事學術和社會活動50周年，很多人來向他表示祝賀。他在致感謝辭時，不講與自己有關的任何事情，只關心國家正在發生的戰爭，邊講邊哭，甚至還提到自己要上一線參加戰斗。再比如，論證了原子—分子學說的意大利化學家康尼扎羅在歐洲革命期間，放棄自己發展良好的化學事業，投身革命，保衛家鄉，曾經在戰爭中擔任炮兵指揮員。課程思政也由此可以得到很好的體現。

4 結語

習近平總書記指出：“高校的立身之本在于立德樹人。只有培養出一流人才的高校，才能夠成為世界一流的大學。”軍校的主要目的是為戰育人，在軍校高等教育過程中，提高學員科學素養是必然趨勢。這就需要教員走下權威的“神壇”，創建與學員平等交流的平臺，鼓勵學員批判性地學習，勇于打破權威，質疑教材，用自己的言傳身教去教育學員，用科學的魅力去影響學員。我國膠體化學家、表面化學家和化學教育家傅鷹曾經說過：“化學給人以知識，化學史給人以智慧?！痹诖髮W化學教學中，教員需要花費更多的時間和經歷來挖掘更多的化學史等素材，結合教學實際，充分利用化學史資源[7]，在保證學員掌握基礎知識的基礎上，通過化學史案例的引用，有效提高學員面向未來戰場的科學素養。

參考文獻

[1]郭元婕.“科學素養”之概念辨析[J].比較教育研究，2004（11）：12-15.

[2]中國科普研究所.第十次中國公民科學素質調查結果公布[J].科協論壇，2018（9）：62.

[3]周文洲.“陰魂不散”的化學戰[J].解放軍生活，2017（9）：13.

[4]張瑤，徐楠，單長吉，等.試論物理學史對培養大學生科學素養的重要性[J].昭通學院學報，2017（5）：28-31.

[5]張明波，李莉，張旭，等.在物理化學教學中提高大學生的科學素養[J].廣州化工，2016（12）：204-205.

[6]劉迪，劉騫，王永剛.物理化學教學中科學方法的培養[J].廣東化工，2019（5）：244-245，134.

[7]葉耀淞.諾貝爾科學獎獲得者的科學精神對我國高等教育改革的啟示[D].鄭州：鄭州大學，2010：31-33.

作者：鄭舒月，陸軍步兵學院基礎部，研究方向為大學化學教學（330103）。