淺談化學史之于概念知識教學的價值

趙俊安　陸國志

摘要：概念知識是化學教學中最重要的概念之一，但由于其過于抽象，往往成為學生學習化學時的巨大阻礙。化學史記錄了概念從產生至今，推廣與爭辯的全過程，分析了化學史創設教學情境、激發認知沖突、促進知識遷移的三個教學價值，并舉例說明了如何在課堂中發揮化學史的教學價值。

關鍵詞：化學史;概念性知識;課堂教學

概念性知識是一種較為抽象的、概括的、有組織的知識類型。概念性知識具有廣泛的遷移性，通過概念性知識的學習與應用，能夠幫助學生理解相關的事實性和程序性知識，發展邏輯性思維，有效培養學生的科學素養。但由于概念性知識的抽象性、教學發揮的有限性以及教師對其教學難度、重要性的認識不夠等因素，往往會造成概念性知識課堂教學方法單一，枯燥乏味，進而導致學生不能充分認識該部分知識的價值，難以進行有效的遷移活動，不利于科學素養的培養。

在歷史的背景下展開概念教學可以有效建立學生對概念性知識的深度理解，促進學生的科學素養的發展。《普通高中化學課程標準（2017版）》在課程基本理念、課程結構以及教學實施建議中多次提到利用化學史引導學生理解概念[1]。因此，從化學史中學習概念性知識是非常重要的。

一、例談概念教學價值

（一）創設教學情境，引導概念建立

斯菲爾德認為“學習始于情境，讓學生有機會體驗解決問題所帶來的快樂。”概念性知識的學習重在概念的建立，在課堂教學中如果將注意力集中在對概念的文字解釋和訓練鞏固上，便難以讓學生對概念進行深度理解，通過創設情境可以幫助學生有效建立概念。《普通高中化學課程標準（2017版）》要求教師在教學中注重情境的創設，以此來促進學生學習方式的轉變，在其中課程內容部分的情景素材中也有許多運用化學史創設情境的建議。由此可以看出新課標對科學史的情境價值的重視。

從建構主義的角度來看，科學概念的建立與發展本身就是科學教學的一個重要部分。利用化學史創設情境的目的在于引導學生反思所學科學概念的先驗知識，學生理解概念的過程應該與概念的歷史發展相平行[2]。例如在氧化還原反應教學中，關于氧化還原的本質的思想史就可以作為一個很好的概念構建情境。氧化還原反應理論的發展共分為三個階段，其產生始于拉瓦錫推翻了燃素說。1772年拉瓦錫開始研究燃燒問題，隨著不斷地實驗，漸漸地對燃素說產生了懷疑，后來他總結了自己的研究成果并撰寫成了《燃燒理論》，文章中闡述了氧化學說[3]。這一階段科學家總結了很多物質與氧氣的反應，進而提出了氧化反應，認為其本質是有氧氣參與反應，與初中化學中的氧化反應與還原反應的概念相同，以第一階段歷史為背景創設涉及學生已有知識的問題情境，引發學生對初中所學習的氧化與還原的概念的反思。科學是不斷發展、前進的，氧化還原本質發展的第二階段是在19世紀，隨著化合價的概念的提出，科學家們又將涉及化合價升高的一類反應歸并為氧化反應，化合價降低的一類反應歸并為還原反應，直到1970年科學家對氧化數做出了嚴格的定義，氧化還原反應的本質由此轉變成元素氧化數的升降[4]。第三階段是20世紀初，由于成鍵電子理論的建立，得失電子成為了氧化還原的本質。在第二、三階段的歷史情境中嵌入自主探究活動，將教學方式由直接呈現最終知識轉變成從概念發展的角度引導學生構建概念，促進學生對科學概念的深度理解，更能提升學生證據推理等科學素養。

（二）激發認知沖突，培養批判思維

概念性知識是基于主觀和經驗的，具有試探性，其產生與發展必然蘊含著人類的推理、想象和創造力，在不同時期的社會和文化背景下都是根深蒂固的。在教學中如果單純地從現有的概念去告訴學生，不利于學生形成認知上的矛盾沖突，導致學生對知識僅是淺嘗輒止，無法對其進行更深的理解。科學史有助于提升課堂的挑戰性，幫助學生深度體驗概念的發展過程，提高批判思維和推理能力，將科學史作為科學教學背景，能夠為學生提供更多深入發展批判性思維的機會[5]。教師在講授概念性知識時，應結合同一概念性知識在不同歷史背景下的不同依據與理解，通過再現歷史辯論、歷史實驗、閱讀和理解科學文獻等方式認識概念。

以元素周期律的教學為例，通過元素周期律的學習學生能夠從更宏觀的視角重新審視元素及其化合物的相關知識，促進分類觀的形成。在教學中，為了幫助學生理解概念，可以利用元素周期律發現史的三段重要科學史背景將教學過程分為三個部分，并讓學生思考“科學家為何要對元素進行分類”“最初科學家對元素是如何進行分類的”“為什么不同時期元素周期表有不同的表現”“不同時期元素排序的依據是什么”。元素排序最初的背景是道爾頓的原子學說的提出，從德貝賴納的三元素組、尚古多爾的圓柱形螺旋圖，邁爾制作的六元素表、牛蘭茲的八音律元素表，一直到1869年門捷列夫的元素周期表的創立，科學家們都認為元素是按元素的原子量進行排列的;1913—1914年莫斯利通過陰極射線轟擊不同元素發現當由周期表的一個元素過渡到下一個元素時，原子序數N變化一個單位，揭示了原子序數和核電荷數之間的關系;1913—1925年隨著四個量子數以及洪特規則、泡利原理的相繼發現，人類對元素周期律的本質有了進一步認識[6]。以這三個時間段科學家們對元素周期律的不同理解，將教學學習活動分成三個部分，以這種方式不僅可以推動學生對概念的理解與應用，還可以有效實現必修與選修之間的銜接。在各部分歷史認識教學中插入基于該時期理論相應的能夠解決的化學問題的練習，可以為學生解答課前提出的疑問，并通過激發對已有經驗的反思，提高對主觀和意識形態偏見的認識，發展批判性思維。

（三）銜接知識遷移，突破教學難點

概念性知識由于其高度的抽象性，為教師教授和學生學習都造成了一定程度的困難。概念所涉及的知識較為繁雜，難以設計系統的遷移活動;概念本身的文字表述不合理以及同一概念詞在不同科學語境或生活語境中的不同含義，機械的照搬教材上的內容，會使學生產生錯誤觀念和理解誤差，難以達到好的教學效果。深度理解概念之前需要首先了解豐富的相關背景知識，而學生們的知識基礎并沒有非常深厚且閱讀能力不強，所以即使讀懂了教材上的概念文字，也很難更深入地了解概念;化學概念很多都是宏觀與微觀結合，需要有較好的抽象思維，而一部分學生的認知發展水平仍處于形式運算階段，所以在學習概念時會出現較大困難。運用化學史進行概念教學，可以幫助學生將科學理解為為了回答特定時期提出的問題而進行的人類活動，以此克服錯誤的觀念和理解的困難。在不同的歷史時期，科學家們其實并沒有應用我們現在的概念術語來思考，而是使用了邏輯與認識論的工具來獲得深度的認識[7]。所以通過化學史引導學生認識概念的起源、發展與期間的學術爭鳴可以為學生提供完整的背景知識，促進學生對概念的深度理解;并通過重復發展期間科學家們做過的推論或驗證操作，可以有效地進行知識的遷移應用。

以化學鍵的教學為例，其教學困難主要有兩個方面：一是部分學生對“鍵”的來自生活語言和科學語言中不同意義的理解困難;二是部分學生很難將化學鍵知識與其他化學知識學習聯系在一起。關于化學鍵的歷史研究為解決以上問題提供了一個很有效的線索，從19世紀道爾頓原子論的提出到20世紀科學家發現原子可再分，化學鍵理論的發展從“電化二元論”到“八隅規則”再到離子鍵與共價鍵概念的提出，通過了解化學鍵的“前世今生”，可以更好地幫助學生建立化學鍵的概念，理解化學鍵真正的意義;通過讓學生了解化學鍵概念的提出解決了哪些當時存在的問題以及還有哪些問題未解決的歷史，可以促進知識網絡的構建，例如，阿倫尼烏斯的“電離學說”并未很好地說明離子的電荷是如何產生的，可以引導學生依循科學家的思維運用離子鍵知識來解釋。這樣的教與學的方式不需要非常困難的概念工具和抽象思維，非常適合高中生。

二、結語

化學概念性知識對學生來說一直是比較難學、枯燥的模塊之一，很多時候學生難以理解概念性的知識的原因一方面是難以產生學習興趣，另一方面是自身認為概念知識難以理解而產生的恐懼心理。將化學史融入課堂教學，可以激發學生學習知識的興趣，讓他們通過認識概念在歷史上的產生、發展與應用，有助于化解在教學過程中主觀和客觀兩方面遇到的不同困難。化學史的教學價值還有很多，有待更多的學者去探索，但只有依據知識本身以及相關的歷史來制定化學史在教學中的角色，才能發揮化學史在教學過程中的最大價值。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準[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]廣田襄.丁明玉譯.現代化學史[M].化學工業出版社，2018：015020.

[4]J.R.柏廷頓.胡作玄，譯.化學簡史[M].廣西師范大學出版社，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]廣田襄著.現代化學史[M].化學工業出版社，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.

項目：該文為吉林師范大學教育科研振興基金重點項目“基于教師專業發展的職前培養與職后培訓一體化模式創新研究”（jsjkzx201402）的部分成果

作者簡介：趙俊安，男，滿族，吉林遼源人，碩士，研究方向：中學化學教學。

*通訊作者：陸國志，男，漢族，吉林四平人，碩士，教授，研究方向：化學課程與教學論。