高中必修教科書化學史的素養功能及應用策略

唐勁軍 郭明魁 林小榮

摘? ?要

化學史承載著重要的素養發展功能。以舊人教版教科書為參照，對新人教版必修教科書中化學史內容變化及新增化學史內容的學科核心素養功能進行分析，提出化學史的應用策略，為開展“素養為本”的化學教學提供參考。

關鍵詞

高中化學教材 化學史? 學科核心素養

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課標）指出，結合人類探索物質及其變化的歷史與化學科學發展的趨勢，引導學生進一步學習化學的基本原理和方法，形成化學學科的核心觀念[1]。以化學史為素材，引導學生了解化學概念、原理的形成和發展，引導學生認識實驗在化學科學發展中的重要作用[2]、教科書是課程的具體化，其化學史內容一直備受關注。國內已有相關研究主要有：關于化學史的教學功能研究，如化學史融入教學的實踐與探索[3]、化學史的科學本質教育功能[4-5];基于化學史的教學設計研究，如融入化學史的“四線式”教學模式構建[6]、基于科學史的教學設計層次分析[7];關于化學史的教材研究，如不同時期教科書中化學史變化研究[8]、運用化學史發展學科核心素養的教學策略研究[9]等。但隨著新課標發布，教科書中化學史內容已有較大變化，在學科核心素養方面也賦予了新的功能。基于學科核心素養視角，以舊版教科書為參照，對人教版必修教科書中化學史內容變化及新增化學史內容的學科核心素養功能進行分析，提出化學史的應用策略，為開展“素養為本”的教學提供參考。

一、必修模塊化學史新增內容的素養功能分析

我們對必修教材各章節中新增或變動的化學史內容進行統計，并對史料內容承載的素養功能進行分析，見表1。對新教科書中化學史內容的刪減、呈現欄目變化情況進行分析，具體見表2。由表1、表2可以看到，必修教材新增27處，刪除7處，另有2處從活動欄目轉到了正文。刪除的化學史多為常識性介紹，或是學生已經熟知的內容，新增化學史內容或相關欄目為教學增加了新素材，有助于學生更好地理解化學原理。

1.“方法引導”中的素養功能

“方法引導”是新增的教材欄目，其編入的化學史內容體現了新課標提出的“結合歷史引導學生學習化學基本原理和方法”的要求。例如，第一章第二節新增電離模型的發展。介紹化學家在認識電離現象時提出的電離模型，努力尋找證據去證實或證偽，不斷修正、提出新的模型，如阿倫尼烏斯研究電解質稀溶液的導電性時提出電離模型，經過長期論證，發現其可以解釋很多現象，從而被現代科學接受。該化學史內容能夠幫助學生理解假說、模型在科學研究中的作用與意義，發展模型認知素養。

2.“科學史話”中的素養功能

“科學史話”欄目中的化學史較多，功能較為全面。例如第二章第一節新增科學史話中的侯德榜與侯氏制堿法。侯德榜心懷祖國，致力于振興民族工業，毅然放棄在美國的優厚待遇回國負責技術開發工作。在抗戰時期艱苦的條件下，經數百次實驗，確定了聯合制堿法。侯德榜為了維護國家利益開展艱苦卓絕的探索，體現了強烈的社會責任和民族使命感。該內容讓學生體會“科學知識是嵌入在人類社會及文化中的”本質[10]，從國家與民族的角度認識科學，并以此形成正確的科學價值觀，堅定學好化學為國家做貢獻的信念。

3.“科學·技術·社會”中的素養功能

“科學·技術·社會”是教材新增欄目，所包含的化學史主要涉及化學學科前沿及其應用，可以讓學生了解化學理論與相關技術的新發展。例如第八章第二節中DDT的應用發展，介紹DDT最初為人類的衛生防疫事業發揮了重大作用，然而DDT的大量使用對昆蟲的天敵產生毒害，對環境產生了負面作用，一些國家因此禁止生產和施用DDT。“DDT的功與過”可以啟發學生辯證地看待科學技術在社會發展中的作用與影響，對科學、社會中的關鍵問題做出正確判斷。

4.正文中的素養功能

新教材把部分原處在活動欄目中的化學史內容移到了正文，以凸顯其學科核心素養功能。例如第六章第一節“人類對能量的利用”，教材把該化學史放到正文，讓學生認識到化學反應的能量變化在人類生活、社會發展中的重要作用。該化學史內容可發展學生的變化觀念與平衡思想，加深對化學學科價值的認識，樹立正確的科學觀念。

5.插圖中的素養功能

必修教材新增了3處具有中國特色的化學史插圖，可以利用它們開展愛國主義教育，增強民族自信，提升社會責任感的教學功能。例如第六章第二節高爐煉鐵，課本將原來的19世紀歐洲的煉鐵高爐圖改為我國首鋼的煉鐵高爐圖，讓學生看到我國工業技術的發展，增強民族自豪感，激勵學生為民族復興而學好化學。

二、必修模塊化學史的應用策略

1.利用概念演變史發展模型認知能力

對模型認知的深入理解能夠促進學生建立解決復雜化學問題的思維框架[11]，我們可以利用化學史突出模型演變過程中概念的作用，從初始概念起，隨著科學發展引出后一個概念，直到最新的概念。例如第四章第一節的原子結構模型演變。原子結構模型最初由道爾頓提出，認為原子是構成物質的基本粒子，不可再分;隨著電子發現，湯姆孫提出棗糕模型;之后盧瑟福通過α粒子散射實驗，提出核式結構模型;此后量子力學出現，玻爾提出了新的模型，認為電子只能在確定的軌道做圓周運動，被稱為玻爾原子模型;現代隨著量子力學的發展，人們提出了電子云模型，認為電子沒有確定的軌道，電子在原子核外呈現概率分布。原子結構模型的演變經歷了實驗驗證和理論推導，為模型的建構和完善提供了證據，即模型認知過程。通過該模型的演變，使學生感受到模型認知在科學研究和化學學習中的作用，發展證據推理與模型認知素養。

2.利用實踐探究史發展科學探究能力

運用化學史的實踐探究案例，讓學生認識科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動[12]。我們可以將教材中的工業生產實踐探究史設計成情境素材，引導學生思考工業生產實踐的探究歷程，發展科學探究素養。例如第二章第一節中純堿的生產歷史，可以引導學生了解3種制堿法的原理，比較其優缺點，從生態文明的角度思考侯氏制堿法的意義。指導學生查閱資料，開展探究學習，通過比較、分析、歸納發現探索新的制堿法，既要克服之前工藝不足，也要考慮節約設備成本、減少環境污染等。讓學生認識到工藝流程設計要考慮原料、設備、環境等多方面因素，發展科學探究能力。

3.利用化學家事跡培養嚴謹求實的態度

化學家的事跡蘊含嚴謹求實、堅持真理的科學態度。將化學家的事跡設計成情境問題，培養學生嚴謹求實態度。例如第四章第二節，可以設計問題“當布瓦博得朗測得鎵的密度時，門捷列夫為什么沒有直接用他的結果進行后續研究？”引導學生思考討論，認識到門捷列夫沒有盲從布瓦博得朗的結果，而是通過縝密分析，發現了理論與實驗結果的差異，體現了門捷列夫嚴謹的科學態度。針對布瓦博得朗重新測定鎵的密度的史實，設計問題“布瓦博得朗為什么沒有直接反駁門捷列夫，而是堅持實驗探索？”引導學生認識到布瓦博得朗尊重客觀事實，在認真思考門捷列夫觀點的基礎上，重新測其密度，最終測得鎵的準確密度，用實驗驗證了理論預測，以此發展學生嚴謹求實、敢于質疑的科學態度與精神。

4.利用中國化學貢獻培養社會責任與民族自信

化學史內容中新增了多處中國化學成就，以及中國化學家做出巨大科學貢獻的史實，契合了“課程思政”的理念。在化學教學中利用這些內容幫助學生樹立“四個自信”，提高民族自豪感與社會責任感，發揮學科育人價值。例如緒言和第七章第四節都介紹了我國科學家首次合成牛胰島素。由于胰島素結構復雜，合成難度大，直到1958年《自然》雜志還斷言“人工合成胰島素在相當長時間里未必會發生”。然而，中國科學家卻在這場全球科學家的競賽中領先，1965年，我國首次人工合成結晶牛胰島素[13]。以邢其毅教授為代表的中國科學家在這項研究中做出了巨大貢獻。利用科學史中的“中國故事”，提高學生的民族自信心，樹立熱愛科學、報效祖國、造福人類的遠大理想。

5.利用化學史落實“教、學、評”一體化

將化學史設計成學習素材和測試題的問題情境，為落實“教、學、評”一體化提供載體。教科書的正文和習題都增加了化學史內容，尤其是新增的化學史情境習題，發揮了化學史在測評中的作用，使得化學史貫穿“教、學、評”的全過程。例如第四章復習題8題，該題主要考查學生對元素周期律（表）探索史的理解，并在此基礎上對未知的119號元素進行位置與性質的預測，該題是課本中元素周期表內容的延伸與拓展。學生需要根據史料，提出預測或假說，闡述合理的解釋，探查學生的科學探究與創新意識學科素養。

參考文獻

[1][2][11][12] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：2，72，6，4.

[3] 張志紅.化學史融入教學的實踐與探索[J].教學與管理，2020（28）：53-55.

[4] 嚴文法，王小梅，李彥花.新課標視域下化學史的科學本質教育功能研究[J].化學教學，2020（01）：3-7.

[5] 胡勝利，陸亞君，劉曉玲，等.不同科學史設計對高一學生科學本質觀發展的影響——以原子結構發現史為例[J].化學教育，2012，33（07）：24-27.

[6] 張鳳英，劉子忠.化學史融入中學化學課程“四線式”教學模式的構建[J].化學教育（中英文），2019，40（17）：50-57.

[7] 孟獻華，倪娟.基于科學發展歷史的教學設計層次分析[J].化學教育（中英文），2018，39（01）：33-38.

[8] 曾兵芳，蔡彩芳.我國高中化學教科書中化學史的變化研究[J].化學教育（中英文），2019，40（21）：90-95.

[9] 周業虹.基于教科書化學史素材發展學科核心素養的教學策略[J].化學教學，2020（09）：36-40.

[10] Lederman N.G.Abd-el-Khakjick F.，Bell R.L.et al.Views of Nature of Science Questionnaire：Toward Valid and MeaningfulAssessment of Learners Conceptions of Nature ofScience[J].JournalofResearchin Science Teaching，2002，39（06）：497-521.

[13] 劉立雄，張順清.第二冊 第七章 糖類 油脂 蛋白質——人類重要的營養物質教與學設計[J].中學化學教學參考，2004（04）：53-54.

【責任編輯? 郭振玲】