歷史線和知識線融合的化學史教學設計*

左 玉，王慧芳，張亞楠，王佩巾，李鵬鴿

(太原師范學院化學系，山西 晉中 030619)

教育教學改革的不斷深化對教師和學生的要求逐步提高，如在教學過程中應不斷推動思想政治教育課程的建設，促進學生核心素養的發展，實現立德樹人的目標[1]。化學史作為基礎學科的結合體，不僅記載了諸多影響人類發展歷程的重要知識，還展現出了當時的文化背景以及化學家為科學做貢獻的人文精神，化學史的學習能幫助學生了解學科發展的整個過程。因此，本文構建了歷史線和知識線融合的化學史教學模式，并基于此模式開展了兩線相融的化學史教學設計。相信這樣的教學不僅有助于學生清楚知識的發展歷程，完善自身的知識體系，還能激發學生的創造熱情，引導學生進一步探索科學思想和科學方法，促進學生核心素養的發展。

1 歷史線和知識線融合的教學模式

1.1 歷史線的教學模式

歷史線的教學模式是教師在教材分析和學情分析的基礎上選擇適合學生心理結構和認知發展的化學史料，再將這些打磨好的化學史料組成一條明晰的教學主線——歷史線，揭示化學概念與理論的產生與演變進程、化學家們的思維智慧和他們面對棘手問題時的精神態度[2]。當然，在深入挖掘每一個化學史料時，教師要利用層次化的問題引起學生的疑問，讓學生積極地加入組內討論，能夠在同伴交流和思維碰撞的過程中感受合作學習的快樂，共同完成有意義的學習任務，以此激發學生的創造熱情，鍛煉學生的團隊協作能力。最后通過串聯化學史料，使學生明白知識之間的緊密關系，逐步理解科學本質，靈活地解決實際問題，培養學生的科學態度與社會責任。

圖1 歷史線的教學模式

1.2 知識線的教學模式

知識線教學模式的構建是通過分析教材內容和學生的真實情況后確定具體的教學方法，即啟發講授法和分組討論法，它們不僅能活躍學生的思維，挖掘學生的潛能，還能拉近師生之間的距離，促進生生之間的交談，增強教學效果。該模式是以知識線為教學主線，以“提出問題-探析問題-猜想假設-推理驗證-獲得結論”五部分為主要的教學活動，以學生領會知識和素養提升為最終目標，最后教師和學生同步進行教學評價，復盤教學過程中的亮點和缺點，量化教學效果，提供有價值的建議，為下一次教學做好充分的準備[3]。

圖2 知識線的教學模式

1.3 兩線融合的教學模式

鑒于以上兩種教學模式的局限性，本文構建了以啟發式教學理論和學科核心素養為基石的歷史線和知識線融合的教學模式，帶領學生回溯理論知識的產生背景和發展過程，掌握學科知識的內在本質，覺察化學家開展研究的切入點，形成勇于嘗試、不懼困難和追求極致的科學態度，也便于更快地解決學生的知識盲點和障礙點[4]。該模式將歷史線和知識線有效融合，通過對化學史料的挖掘拋出有意義的問題，讓學生置于探索知識的真實環境中，展開小組討論和師生交談，并通過揣摩預測、設計方案、解釋驗證、掌握知識等教學活動，培養學生的學科核心素養。最后以總結歸納的方式幫助學生理清化學知識脈絡，習得科學方法，汲取科學精神；利用課后習題與思考題來檢測學生的知識應用能力，實現知識到能力的逾越。

圖3 兩線融合的教學模式

2 歷史線和知識線融合的化學史教學設計

本文以構建的兩線融合的教學模式為基礎，從教學分析、確定教學目標、確定教學策略、確定教學方法、教學過程以及教學評價六個方面開展歷史線和知識線融合的化學史教學設計。

2.1 教學分析

教材分析是開展教學設計的第一步，教師要充分解析教材內容，清楚教材的地位，并依據關鍵知識的類型和特點確定課型；此外，也要明確教材的重難點，挖掘知識背后隱藏的化學史料，分析史料是否適合學生的認知發展特點，如果適合的話，要考慮如何選擇史實內容、如何呈現出真實且完整的化學史，才能讓學生更好地吸收核心內容，確保達到很好的教學成效[5]。除了分析教材，也要從學生的已知點、發展點和障礙點三個維度著手進行學情分析。即教師首先要清楚地知道學生已經掌握的基本知識和基本技能，了解不同層級的學生的實際能力和思維習慣，明確課前學生可執行的學習任務；然后思考學生在了解了化學家的人生經歷或者參與實驗探究過程后，能夠在知識、能力、方法和態度方面獲得哪些發展；最后要預想學生在學習過程中會碰到的障礙和陷阱，針對不同情況設計有效的教學方案，促使學生掌握重難點知識和科學的學習方法，更快地剖析問題并解決問題。此外，教師可通過課前與學生談話、問卷分析等方式來知曉學生的需求和障礙點，更精準地達到教學目標。

2.2 確定教學目標

教學目標是化學史教學設計的起點，也是教學實施的落腳點。一般從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個維度展開。任何化學概念的建立和原理的提出都需要經歷漫長而曲折的過程，在這個過程中化學家會不斷地提出問題、分析問題，再通過做實驗或重復研究驗證自己的想法，從中汲取或成或敗的經驗，最終解決了一些棘手的問題，創立新的化學理論。可見，化學家獲取化學知識的過程積淀了較多的思維智慧和人文精神，值得學生學習和借鑒。通過兩線相融的化學史教學，能夠引導學生回溯科學發展的曲折歷程，思考解決問題的方法，學習化學家的科學思想和科學精神[6]。由于化學史的資源豐富多樣，所以兩線相融的化學史教學也具備多重的情感價值，不僅能增強學生對化學世界的理解力和感受力，引導學生辨別真偽，學會多維度地理解知識，還能培養學生的愛國情懷、實證精神和精益求精的做事態度，使學生懷有一份對科學的尊重和敬意。

2.3 確定教學策略

為了豐富化學史課堂，激發學生的創作潛能，教師可以在課前給學生安排一些實操任務，并按照學生的特點和興趣，將他們分成小組，組內成員共同設計相關化學史料的呈現方式(如微課、動畫、手繪插畫、海報和微型實驗等)，在課上由小組代表負責講演其內容[7]。通過小組代表呈現出的化學史，創設問題情境，引導學生手腦并用，主動參與小組討論，發掘問題，大膽猜測和假設，然后分析問題，不斷探究問題的本質，獲取真知[8-9]。

化學實驗是化學教學的重要組成部分。教師可以結合學生的知識水平和學校的教學條件，篩選出一些合適的、與實驗相關的化學史料，然后在課上重現歷史上化學家做過的實驗，引導學生開展實驗探究，或者將化學家的實驗思路與自己的研究角度相結合進行調整，再做相同的、類似的或者創新性的實驗，或許會有不一樣的發現；最后對比實驗成果，總結方法與經驗[10]。學生不僅在實驗探究中理解了重要概念，親身體會了科學發現的波折歷程，還能領悟化學家的科研方法和科學思維，養成耐心細致和不斷進取的學習態度。

2.4 確定教學方法

教師在選用教學方法時，不僅要考慮自身的教學習慣、能力與經驗，契合化學學科特點、教學目標與教學過程，還要考慮班風學風與學生的學習特點。對于兩線相融的化學史教學，本文選用啟發講授法和分組討論法開展教學。啟發講授法是為了改善學生的被動學習狀態，鼓勵學生在課前自覺預習所學內容，完成老師布置的任務，利用現有的資源主動挖掘化學史料，利用現階段的知識和技能設計化學史料的呈現方式，發揮自身的創造力；在課上調動學生的主觀能動性，抓住時機巧妙設疑和點撥，講解難點并強調重點，培養學生解決問題的能力和探索精神，發展學生的核心素養。課后，也可布置一些有意義的問題，給學生留足思考的時間，培養學生的放射思維[11]。分組討論法是為了提高學生的課堂參與度，提供更多師生交流和生生交流的機會，訓練學生的批判質疑精神、團隊合作能力和思辨能力，讓學生學會學習；通過與組內同學討論、交流想法，拓展自己分析問題的思路，保持積極開放的心態，獲取真知。

2.5 教學過程

兩線融合的化學史教學圍繞歷史發展線和知識遞進線展開，兩條線相互交織，緊密結合，共同構成完整的化學史課堂。化學史課堂以學生展現化學史料和分組討論問題為主要的教學活動，其中教師通過提問的方式引發學生思考，組織學生共同探討史實或者設計實驗方案，挖掘化學史實中隱含的關鍵性知識，逐漸深入化學知識的本質，理清知識的發展脈絡。在實際教學中，由于化學史的內容和類型有所不同，教師可依據實際情況適當地調整教學活動，使學生在完成學習任務的過程中獲得真知。

圖4 化學史教學過程

2.6 教學評價

教師評價是為了結合理論和實踐經驗進一步改進化學史教學，促進歷史線和知識線的有效融合，可從課前準備、課中執行、課后效果三個方面考慮。課前準備包括教材分析和學情分析，化學史料的選擇，教學目標的制定等；課中執行包括化學史實的呈現方式，教學策略和方法的選擇，課堂節奏和時間的把控，課堂檢測效果，學生核心素養的建立等；課后效果包括學生對知識點的理解與消化情況，學生的課堂感受和求知欲，學生解決實際問題的能力等。教學評價不容小覷，需要教師認真考量，確保教學質量的提升[12]。

學生自我評價可以培養學生的反思習慣和精進好學的態度，強化學習效果，加深對知識的理解和記憶。其內容主要有知識、方法、能力和態度四個方面。從知識層面來看，評價內容是針對重難點知識的理解和應用，對拓展性知識的了解，以及對知識發展歷程的清晰認知等；從方法層面來看，評價內容包括學習方法的掌握和科研方法的領會；從能力層面來看，評價內容有獨立思考、解決問題、團隊合作與創新能力等，當然這些能力并不是一蹴而就的，需要通過積極主動參加課堂活動來獲得；從態度層面來看，評價內容主要是求學態度和科學精神，即在學習上是否腳踏實地，在科學探究上是否求真以及是否汲取到化學家的科學精神等。通過這四方面的評價，讓學生更全面地了解自己的學習狀態，有針對性地進行調整，提高學習效率。

2.7 教學舉例

在“甲烷的結構”這一講中，教師引導學生回顧有機物與無機物的異同點，再聯系實際生活激發學生學習動力，鼓勵學生發散思維。然后，教師提問“既然甲烷與我們的生活密切相關，那它是由什么元素組成的？”“同學們通過課前對化學史的預習發現了什么新大陸呢？”

第一組同學以故事的方式講述了1776年意大利物理學家伏打與友人通過信件交流了甲烷的發現過程，并在黑板上大致畫出伏打的實驗過程。教師結合學生的表達內容引發疑問：“這種氣體的燃燒與氫氣的燃燒有什么異同？”學生代表回答問題，交換意見。此后，教師補充關鍵內容，即1790年奧斯汀發表的一份報告，提到甲烷和氫氣的比重以及它們燃燒后的產物[13]。學生根據質量守恒定律預測甲烷的組成和性質，推出其分子式為CH4，具有還原性。

明白了甲烷的分子組成，那兩種原子之間的連接方式是怎樣的呢？下面繼續跟隨科學家的腳步一起探索甲烷的結構。第二組同學介紹了1808年道爾頓畫出的化學史上第一個結構式，展示組員制作的“道爾頓結構”模型，但同學們覺得這個結構明顯與它的分子式不對應，所以第三組同學解釋了凱庫勒在1857年提出的關于碳的化合價概念及其連接方式，還有四年后俄國布特列洛夫提出的“化學結構”的概念和結構與性質的關系[14]。此時，教師組織同學們依據前面幾位科學家提出的概念，小組合作、集思廣益，利用準備的道具設計甲烷可能的結構，而后由一位組員輪流上臺展現成果，生生互評，教師給予反饋和指導。最后，第四組同學通過動畫講解范霍夫在1874年提出的碳的四面體結構學說，而他提出的結構已得到驗證，正是甲烷的正確結構[15]。至此，同學們設計的結構的正確性一目了然，教師重新梳理甲烷結構的發展過程，引導學生要保持開放的心態，科學之路成功與失敗并從，不可斷然否定自己。然后播放甲烷與氯氣反應的對照實驗視頻，同學們交流自己的心得體會，強化了“結構決定性質”的認識。

通過甲烷結構的發現史與核心知識的互融，學生不僅消除了對有機物概念的陌生感，還鍛煉了動手能力和空間想象能力，增強了創造力和學習動力，也感受到了化學家們的獨特思維和堅定信念。這種融合方式也會給教師的化學史教學實踐帶來新思考和新挑戰，從而夯實了他們的教學基本功，提高了教師的教學設計能力。

3 結 語

本文構建了歷史線和知識線融合的教學模式，從教學分析、教學目標、教學策略、教學方法、教學過程和教學評價六個方面開展了兩線融合的化學史教學設計研究。研究發現，兩線相融的教學模式不僅可以引導學生了解知識發展的來龍去脈，激發學生對化學學科的熱愛，還能讓學生學習化學家的科學研究方法和科學思想，幫助學生養成求真務實和精進好學的求學態度，進而培養學生的核心素養。