新蘇教版高中化學必修教材中化學史的特點及教學建議

吳季 嚴文法 萬盈盈

摘要：新課程標準重視化學史在教學中的應用，課程標準是教材編寫的依據，在對新蘇教版必修教材中的化學史進行分類的基礎上，分析了教材中化學史內容選擇和呈現方式的特點及其承載的教學功能，提出了基于教材中的化學史開展教學的一些建議。

關鍵詞：新蘇教版教材；化學史；教材分析；教學建議

文章編號：1008-0546（2023）09-0065-06

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2023.09.013

化學史是以歷史為本體對由化學家活動組成的化學實際發展過程的描述與研究，[1]是承載化學知識、科學方法、科學思維與科學精神的形成、發展及演變過程的史實，兼具教學價值與素養價值的情境素材。[2]《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課標）在基本理念、課程內容以及實施建議等多方面都強調了化學史在化學教學、學生核心素養發展以及科學本質觀建立過程中的教育價值。[3]課程標準是教材編寫的依據，教材是課程標準的物化形態，本文以新蘇教版高中化學教材的必修兩冊（以下簡稱新教材）為研究對象，分析了新教材中化學史內容選擇和呈現方式的特征，為發揮化學史培養學科核心素養及科學本質的教學功能提供建議。

一、化學史的教育功能

情境教育是將兒童的情感活動與認知活動相結合的獨特教育模式。[4]化學史情境以發展學生化學學科核心素養為出發點，用復雜有趣的社會問題激發學生學習化學知識的興趣，用真實激烈的科學爭論引起學生對化學問題的深遠思考，用客觀系統的科學方法提高學生解決科學問題的能力，用真摯熱忱的化學家精神情感滋潤學生的品格修養。深入把握化學史的教育功能有利于從多角度挖掘和落實化學史情境在課堂教學中的教育價值，其教育功能如下：

1．以史育知，傳授化學知識

化學史詳細地記載了科研成果的產生背景、演變過程以及社會影響，教育者在對教育理念、學科特點、教學目標、學生認知特點等作綜合考量的基礎上，將化學史進行抽象概括、凝練總結和應用拓展等加工后編成大概念統領的化學教材。在化學概念、定律、理論、模型等知識教學時，傳統的教學往往將這些知識視為靜態的結果進行講授，學生很難經歷動態的知識形成過程，難以深入理解知識的邏輯，容易產生認知偏差。只有在基于真實學習情境的豐富多樣的學科能力活動中，知識才可能轉化為學生自覺主動的、合理的認識方式，形成核心素養。[5]化學史情境可以還原人類對未知事物的探索歷程及其中的困難曲折，這與學生在學習化學理論知識和概念模型時受前概念造成的影響近乎一致，學習與化學理論發展相關的化學史情境能夠減少學習過程中前概念的消極影響，促進錯誤概念的積極轉變。

2．以史育思，發展學科核心素養

思維是構建學科核心素養的最關鍵、最必要的要素，[6]教學要重點培養學生的思維能力，良好的教學情境是發展思維能力的前提。化學史是無數科學家對科學問題在思維和方法層面探索過程的總和，在教學中充分利用化學爭論等科學問題，創設鼓勵學生積極思考的問題情境能夠促進學生積極思維，進行深度學習，發展學生理解力、比較力、概括力、抽象力、推理力、論證力、判斷力、創新力等思維能力。[7]另外，學科核心素養不是輕而易舉地通過化學知識形成而發展的，而是從化學科學實踐到化學科學認識再到化學科學應用的波浪式前進過程，[8]這與化學史所記錄的科學規律發展相似。因此在教學中引入化學歷史中科學的探索歷程，組織學生按照一定的理論預期進行探索未知的活動，[9]能夠使學生經歷科學思維的過程，為學生發展和表現學科核心素養創造平臺。

3．以史育情，滋養人文素養

化學史對于人文素養的培育可以分成個人情感和人類文化兩個方面。從個人情感角度看，化學史情境首先可以縮短學生對新知識的距離感，化學史素材以生動的人物形象和故事情節串聯起知識點，學生在化學史情境中產生心理的、社會的、真實的情感體驗，迅速發生思維碰撞，完成知識構建，提高教學效率；從人類文化角度看，歷史是對人類文化進程的記載和描述，歷史教育的目的是培養學生提出問題和解決問題的能力，發展學生的歷史思維、時空觀念和歷史視野等文化素養。[10]化學史是物質文化和精神文化的結合體，不僅記錄人類發展過程中創造新物質的原理與技術，解釋知識的由來，還在精神上提供科學家們的歷史經驗與方法。在情感認同和文化積累的基礎上，學生可以總結歷史規律，開拓新方法、新工具進行科學創新，在潛移默化中人文素養得以提升。

二、新教材中化學史的內容選擇

結合化學史教育的特點，化學史按照不同主題通常可以分為化學家的生平事跡、化學概念和理論的發展、物質的制備與應用、化學實驗儀器與技術的進步等。[11]依據國別的不同，可以分為中國化學史、美國化學史、英國化學史和德國化學史等。按照化學所處的不同時期可以分為古代化學（化學的萌芽一17世紀中期）、近代化學（17世紀中期一19世紀90年代中期）、現代化學（19世紀90年代末一20世紀以來）。[12]本文對新教材必修兩冊中化學史實出現的頻次計數并分析，共發現有化學史43處，其中必修第一冊29處，必修第二冊14處，結合已有研究并根據其側重的主題將其分為物質發現、技術應用、理論發展和科學家傳記四類（如表1所示）。“物質發現”側重新物質的發現與創造；“技術應用”強調將科學知識應用于實際；[13]“理論發展”是指由概念知識總結出的判斷、推理等完整體系，包括物質結構理論、化學定律、化學反應速率和化學平衡理論等；[14]科學家傳記指對科學家的生活和科研等多方面描述的素材。

1．不同類型化學史功能性明確

“物質發現”類化學史是基于社會需要以及學科背景對概念、工具以及方法等進行創新后所獲得的科學發現，主要表現在新物質的發現或合成，比如維勒首次人工合成尿素、舍勒首次發現氯氣、哈伯首次合成氨等素材。歷史上新物質的發現雖然有類似于舍勒發現氯氣的意外情況，但多數的新發現都是科學家們在遵循客觀規律的前提下進行的科學創新。將“物質發現”類化學史作為課堂引入并進行探究性學習，學生在科學問題產生到解決的探究歷程中可以形成科學思維并學會科學方法的使用與創新。

從數量上來看，“技術應用”類化學史的數量最多，比如用伏打電池電解水、侯氏制堿法的應用、我國釀造技術及飛秒化學在激光光譜技術中的應用等。“技術應用”類化學史具有社會性，體現在技術是人類改造自然的能力，[9]技術的更迭是物質文化進步的主要途徑，也是提升人類生活水平的根本手段和方法。科學知識的建構也具有社會性，[15]以技術應用類化學史為媒介，通過重視化學技術類化學史的社會價值屬性關注化學對社會生活與環境的影響，激發學生對科學技術創新的動力。

理論是對技術背后原理的總結與提煉，化學理論發展的歷史是對化學的本質及其規律性探索認識的歷程，化學理論可以解釋化學實驗，規范和啟發化學技術的創新。以化學理論發展為線索逐步深入開展教學符合學生認知發展規律與學習興趣，比如通過原子結構模型的探索歷史逐步深入學習，學生可以感受更加立體的原子結構模型和人類對原子結構不斷的探索軌跡。在認識理論發展歷程后，理論在學生頭腦中的印象不再只是停留在課本的枯燥文字，而是充滿生命活力的科學。

新教材中科學家傳記共4處都在必修第一冊，有兩處關于門捷列夫修訂元素周期表的化學史，還有屠呦呦發現并提取青蒿素以及戴維用電解法確認新元素的相關史料。相比于其他史料，“科學家傳記”部分以較為生動的語言將化學家置于社會背景下描述其獨有的人物特質，學生不僅能認識真實的科學家面貌，還能感受科學家們在科研過程中的科研精神并以此為學習榜樣。

2．不同主題化學史指向性明顯

為更加具體地分析新教材在化學史的內容選擇時是如何處理知識基礎、能力發展和品格修養三者的辯證關系，[3]本文對不同主題中的化學史進行了分析，具體先將新教材的9個專題與新課標必修課程的5個主題對照歸納（見圖1）（其中主題5化學與社會發展的內容不像其他主題和專題存在明顯的對應關系，而是散布在9個專題中，因此在圖中不單獨呈現），然后將新課標中提出的化學史情境素材建議的數量與新教材中所涉及化學史素材的數量進行對比（見圖2）。可以發現新課標對主題1的化學史素材建議最多，其他三個主題次之，另外，新教材中各主題化學史素材的數量除了主題4外都大于新課標建議的化學史數量，其中主題2化學史素材更為豐富，這些特征可能與該主題所含專題數量和內容特點有關。

主題1是學生在高中階段最先接觸的化學知識，不僅需要筑牢學生的知識框架，深化初中對化學特征、化學研究方法以及化學實驗的認識；還需要增加學生內心對新知識的預期，培養學生的科學態度與安全意識。因此，由于主題1在高中化學階段的特殊性，化學史的人文特征便成為降低學科陌生感、增強學生化學觀念主要手段。其次，主題2的化學史素材數量最多，可以說元素的發現史幾乎就是一部化學史。在知識層面，由于常見元素的性質所組成的物質對生產生活有很大的影響，所以該主題一直以來都是高中化學知識內容的重要組成部分；[5]在化學與社會層面，主題5與主題2中物質的價值及應用相互呼應，化學史的社會性可以很好地詮釋化學對于社會發展的價值。最后，主題4的化學史素材最少可能與必修部分的課程要求有關，可以發現新教材在選修部分有專門一個專題介紹有機化學的發展史，因此在必修部分呈現較少。

3．不同國別化學史多元性突出

新課標在情境素材建議中多次提示可以列舉近年來我國化學科學研究成果及應用，并在主題5的學業要求中指出學生能列舉我國體現化學科學與技術應用的重要成果。[3]基于此，本文對新教材中的化學史按照國別和所處時期進行分類統計，如圖3所示。從國別角度可以明顯看到，新教材中我國化學史素材較其他國家多，這呼應了新課標對于化學必修課程的新要求；教材中化學史所涉及的其他國家范圍廣，且主要分布在歐洲國家。從時間角度觀察，現代化學史的數量最多，古代化學史數量少。結合二者可以發現，古代化學史中我國的數量較多；現代化學史美國的數量最多；近代化學史雖然在數量上居中，但是其涉及的國家數量最多，涉及了英國、意大利、德國和法國等7個國家。

對以上三個特征進行分析，中國化學史分布在古代較多，且素材多傾向于中國古代的技術應用，究其原因可能是中國古代傾向于實際應用的實用主義科學，[16]比如“我國煉丹術史料中記載有‘丹砂燒之成水銀，積變又還成丹砂’”和“我國古代四大發明之一的黑火藥就是由硫磺等原料配制而成的”等中華古代技術化學史。近現代化學史素材的占比與同時期世界科學中心呈正相關，近代的意大利、英國、法國和德國都分別成為過某一時期的世界科學中心，現代的科學中心轉移至美國，其也是新教材中提及諾貝爾獎最多的國家。在全球化的當下，世界科學中心正在朝著多中心和多極化趨勢發展，抓住時代的機遇，弘揚中華傳統文化精神和思想觀念的同時培養學生國際視野，著力發展學生的科學素養，書寫嶄新的化學歷史顯得尤為重要。

三、新教材中化學史的呈現方式

教材中化學史情境素材的呈現方式對學生的學習方式和教師的教學方式以及教學效果都有不同程度的影響，本文將新教材中化學史所處位置進行匯總（見表2），化學史素材以圖文并茂的方式分布在前言、正文、欄目以及習題四個部分，其中圖片涉及到科學家人物形象、實驗裝置圖和手稿等。本文在這里重點討論化學史在不同位置的特點與功能，可以發現新教材中各個欄目涉及的化學史數量最多，前言與正文中的化學史比重次之，習題中的化學史素材最少但分布在所有主題，各主題中化學史所處的位置分布較為均衡。

前言部分的化學史分布在“單元導語”和“專題導語”中，內容以首次發現或合成新物質為主，可見新教材注重化學史料與知識的貼合度。化學史所展現的歷史經驗可以給學生面對新知識帶來安全感和新鮮感，與學生潛在的探索精神產生共鳴。比如必修第一冊專題3通過英國化學家戴維首次在實驗室制得金屬鈉的化學史引入課堂，激發學生對戴維個人、戴維使用的研究方法以及金屬鈉等產生一連串的問題，課堂自然便成為符合學生期待的課堂。

正文中化學史多是與原子結構的特征、元素的性質以及技術原理相聯系的重要知識點，比如盧瑟福發現原子核、舍勒意外發現氯氣以及哈伯和博施實現工業合成氨等。新教材不是直白地講述知識點，而是將科學家們的實驗探究歷程轉述為知識后再進行總結提煉．形成圍繞核心概念的知識體系，增加化學知識生動性，學生可以感受基于證據的知識形成過程。

從化學史分布在不同位置的比例可以看出，新教材中的化學史多以拓展材料存在，且多在“科學史話”“拓展視野”“調查研究”三個欄目中。“科學史話”和“拓展視野”屬于資料性欄目，重在拓展和豐富學生對于相關主題的化學史，幫助學生形成完整的科學觀念。“調查研究”屬于活動性欄目，意在讓學生對相關史實有正確的價值判斷和實踐能力。與前言和正文中的史料分散且宏大不同，欄目中的化學史更注重背景細節的介紹和豐富的情感流露，尤其體現在新教材“科學史話”欄目的4個“科學家傳記”類史料中。

習題中的化學史數量最少但分布在每個主題，可以看出新教材的編寫呼應新課標強調的“教、學、評”一體化，且注重題目設置的情境性和綜合性。在習題的素材上，新教材重視中國傳統文化在課后習題中的作用，比如以考古中國古代文物作為問題背景設置問題，通過“鎏金龍鱗手鐲”和“吳王夫差劍”考查學生對金屬腐蝕原因的判斷以及對青銅合金特點的掌握情況。在題型上除了選擇題和填空題，還有簡答題和項目式的調查實踐題。其中必修第一冊專題2理解與應用第9題圍繞道爾頓的化學原子論創設問題．要求學生認識原子結構的基礎上能夠形成正確的科學觀念并解釋化學史上的錯誤，該題不僅發展學生“證據推理與模型認知”等素養，還開拓化學史在習題設置中的新思路，提高化學史在習題中的地位。

綜合看來，新教材中化學史雖然在不同位置承擔不同的教學任務，但各部分化學史的編排和呈現方式都基本符合核心知識的結構以及學生對于核心概念的認知規律。比如門捷列夫對元素周期律的預測與后期布瓦博得朗成功制得金屬鎵的歷史發展順序符合學生對研究方法的認知發展；從實驗室合成氨到氨的工業化生產的歷史過程滿足學生對科學研究與社會貢獻的認知順序等，這說明新教材在設計和編排上充分建立了化學史發展與學生學習之間的平衡關系，符合新課標要求的要注重情境、活動和問題解決的整體設計。[3]

四、新教材中化學史的教學建議

1．建立科學觀念，正確認識化學史

化學史教學涉及到化學教育學、科學哲學、科學社會學以及心理學等多個領域，這就對化學教師提出較為全面的要求。首先，化學史不是碎片的，是整體的。新教材在有限的篇幅中已經盡可能多地呈現了化學史素材的背景信息，但化學史是針對世界全面發展的連貫的科學，應當注意使用時間軸和地圖冊減少學生對化學史片段式認知，加強與物理學、醫藥學、生物學等其他科學的聯系，增加化學史與世界發展的聯結。其次，化學史不是表面的，是根本的。在知識上，化學史在教材中雖然占比較小，但是教材中知識無不是來自化學史的總結、概括、凝練。在學習與方法上，量變的積累才能發生質的根本變革，技術與方法的革新不是一蹴而就的突變，而是不斷根據歷史經驗試錯與改進產生的。最后，化學史是永不停歇的。化學科研的每一點進步都是化學史前進的燃料，化學教師點燃的光亮是化學史前進的永恒動力。

2．領悟教材邏輯，用好教材中化學史

目前化學史在真實課堂教學中實施仍有較多困難，主要表現在教師對化學史的掌握不夠系統，尋找匹配的化學史資源費時費力，考試涉及題目較少等問題。[17]教師初期可以充分利用好教材中的化學史，依據不同主題創設不同難度的化學史問題情境，學生在解決問題的過程中創新能力、探究能力和合作能力等都可以得到發展。另外，善于利用化學史的不同類型及其所處不同位置的特點使其成為知識的生長點。比如學習原子結構部分通過對正文中化學史的模型由宏人微逐步地探索，將“變化觀念”貫穿始終，潛移默化地發展了學生的“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”等核心素養，再根據習題中的化學史料進行創新思維訓練，診斷學生對于原子結構的掌握情況并根據化學史中的爭論發展學生探究精神與思辨能力。

3．拓展化學史素材，創新教學模式

由于化學史的特殊性，幾乎每個知識點都能找到對應的化學史情境素材，但是并不是所有的知識都需要使用化學史，這需要教師在教學中根據教學目標、知識特點以及學生認知特點有針對性地選擇合適的化學史。另外，教材資源存在滯后性，日常教學中可以在高效利用已有素材的基礎上，梳理化學史發展的思路，根據教學需求對教材中的化學史進行補充。最后，教學不是將知識和情境素材的直接拼接，而是需要在定位準確后結合教學內容、方法、條件、情境、資源等構建教與學的系統，[6]創設思維型課堂。這就需要教師在教學設計上合理構建，課內利用已有化學史教學模式（例如：融人模式、適度模式[18，19] 、IHV模式[20]和四線式教學模式[21]等），課外組織學生創辦興趣小組、開展講座等活動，創新開發能夠發展學生學科核心素養、培養學生科學本質觀、提高學生綜合能力的思維型課堂。

參考文獻

[1] 袁江洋．科學史的向度[J].自然科學史研究，1 999，1 8（2）：2-19.

[2] 劉貝貝，嚴文法．基于化學史學科核心素養培養價值的教學設計——以新人教版必修第一冊“電解質的電離”為例[J]．化學教學，2021（9）：51-55．

[3] 中華人民共和國教育部，普通高中化學課程標準（2017年版）[Sl.北京：人民教育出版社，2018.

[4] 李吉林．情境教育的獨特優勢及其建構[Jl.教育研究，2009，30（3）：52-59.

[5] 王磊，魏銳．學科核心素養發展導向的高中化學課程內容和學業要求——《普通高中化學課程標準（2017年版）》解讀[J]．化學教育（中英文），201 8，39（9）：48-53．

[6] 嚴文法．教學設計能力實訓[M]．北京：高等教育出版社，2019．

[7] 白路山．淺談高中化學核心素養的教學策略[Jl.中學化學教學參考，2019（4）：23-24.

[8] 鄭長龍．2017年版普通高中化學課程標準的重大變化及解析[J].化學教育（中英文），2018，39（9）：41-47.

[9] 楊水旸，自然辯證法[M]．北京：國防工業出版社，2009．

[10]中華人民共和國教育部．普通高中歷史課程標準（2017年版）[S]．北京：人民教育出版社，201 8．

[11]畢華林，辛本春．中學化學教材中化學史內容編排的思考[J]．課程·教材·教法，2008，28（3）：63-65+82．

[12]張家治，化學史教程[M].太原：山西教育出版社，2014.

[13]董坤，許海云，羅瑞，王超，等．科學與技術的關系分析研究綜述[J].情報學報，2018，37（6）：642-652.

[14]楊承印．化學課程與教學論[M]．西安：陜西師范大學出版總社，2010.

[15]李艷梅，鄭長龍，李德才．義務教育化學教科書中化學史教育內容的選擇與呈現[J]．化學教育，2007，28（5）：61- 63．

[16]洪曉楠．中國古代科技文化的特質[J].自然辯證法研究，1998，14（1）：43-46．

[17]劉真真．化學史融入高中課堂的案例設計與實踐研究[D]．開封：河南大學，2019．

[18]丁邦平．科學元勘與科學教學改革的兩種模式[J].全球教育展望，2001，30（11）：49-54．

[19]蔡鐵權，姜旭英．我國科學教師專業發展中的科學史哲素養[J]．全球教育展望，2008，37（8）：77-82.

[20]鄧永財，李廣洲．IHV-—化學史教育的新方法[J].化學育，2006，27（12）：60-62.

[21]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.