基于化學史教育培養學生化學核心素養的探究

王思雨 翟宏菊 鄭鑫宇 張志林

摘?要：化學史是化學教學中的重要情景素材，對于學生學科核心素養的培育發揮著重要作用。化學史融入化學教學中，具有增添學習趣味，加強知識理解，拓展科學思維及培養化學核心素養的價值意蘊，本文以“元素周期表”為例，滲透化學史進行教學設計，在探索周期表編制的過程中，促進學生化學學科核心素養落地。

關鍵詞：化學史；化學核心素養；高中化學教學；元素周期表

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標》）中指出，要全面發展學生的化學學科核心素養，注重以“素養為本”教學的落實［1］。《新課標》從五個維度凝練了化學學科核心素養，并在“情景素材建議”中均體現出化學史教育的內容，建議將化學史教育滲透到中學化學課堂中，倡導化學課程應該與人類探索自然規律的歷程和化學科學發展的趨勢相結合，將其中所蘊含的思想和精神以不同的方式滲透給學生，有利于學生對新課標中所倡導的化學核心素養的內涵有更深層次的了解，從而將素養目標內化于心［2］，促進化學核心素養的提升，其本質是推動了化學課程與學生的人文底蘊和核心素養培養上的雙向并重。

1?化學史的內涵與價值

化學史是人們在漫長的社會實踐中對化學知識探究的歷史，反映了化學知識的動態生成過程，折射出先輩的科學思維、精神與態度［3］。化學史是化學教學中必不可少的素材，它既是化學學科發展的歷程，又是對化學研究者理想信念、民族情懷和社會責任感的體現，通過化學史的學習，可以讓學生透過歷史素材，看到其發展歷程，從而加深對化學知識的認識理解，進而提高其內在的學科發展素養。

2?基于化學史教育的重要性

2.1?增添學習的趣味性

傳統的化學學科往往注重概念和教材內容的講授，而教師只注重學科知識的傳授，這樣的教學方式枯燥乏味，導致學生失去化學學習中原有的樂趣，降低了學習積極性。因此，要將化學史實靈活地穿插融入教學過程中，在化學史的滲透過程中，教師通過引導學生回顧一些有趣的歷史故事，在歷史長河中講述知識，吸引學生注意力的同時讓他們在興趣中學習，從而激發對于化學的學習熱情，并為學生探索未知的世界注入動力。

2.2?加強知識的理解

高中化學所涉及的教學內容中某些知識具有較深的理論性，這些知識晦澀難懂，在學習過程中學生們往往難以理解，將化學史作為背景材料穿插在教學過程中，使學生站在歷史的視角學習前人對于化學概念和理論的探索過程和演化過程。接著在教師講授指導下，進一步引導學生了解化學知識內容是如何產生的，又要應用到哪里去，把對理論性知識的“排斥”轉化為學習知識的動力，促進學生對于化學知識的理解及掌握。

2.3?拓展科學思維

規律不是憑空想象的，而是科學家們經過長期探索與總結形成，化學史素材反映出人們探求自然規律的漫長和艱辛，體現了先輩探索實踐、勇于創新的科學精神［4］，在高中化學教學環節中穿插化學史實，有利于培養學生的辯證唯物主義思想，對于高中生化學知識的儲備和思維拓展具有潛在作用。同時，通過培養學生在學習中注重探究的過程，轉換他們的思考方式，提高對學科知識的分析、應用能力，使其科學思維能力得到提升。

2.4?培養化學核心素養

化學核心素養是學生通過化學學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力［1］，促進學生化學核心素養發展已成為化學教學最為關鍵的教學任務。化學史寶庫包含了豐富多樣的內容，蘊含著獨特且深遠的教育價值理念，其中科學家們所表現出的開拓創新的科學精神，以及科學家們所運用的證據推理、宏微結合等探究方法與核心素養的五個維度十分契合。在化學教學過程中，將具有獨特育人價值的化學史素材融入其中，是培養學生化學核心素養必不可少的一部分。

3?教學設計

3.1?教材分析

《元素周期表》是新人教版高中化學必修第一冊第四章第一節《原子結構與元素周期表》的內容，本節內容具有一定的理論指導意義，學習本部分知識，既是對前面學習過的元素及其化合物知識的綜合、歸納、整理，又為元素周期律的學習奠定基礎，在化學課程中具有獨特的承載作用。

3.2?學情分析

元素周期表在初中已有簡單的介紹，學生對元素周期表的大體結構也有了一定的了解，也學會用周期表查找常見元素的相關知識，但對元素周期表的發展歷程沒有更深刻、全面的認識，對元素位置與原子結構的關系沒有更深的理解。

3.3?教學目標

（1）了解周期表的編制過程，能從物質的宏觀特征對其進行分類；（2）通過學生編排元素周期表，學會推斷元素在周期表中的位置及其電子層結構，逐步建構“位”“構”“性”認識模型；（3）通過學習元素周期表發展歷程，領略科學家刻苦鉆研的科學態度，以此來引導自己的實踐，形成科學精神和創新意識。

3.4?教學流程

教學流程，見圖1。

3.5?教學設計

環節一：問題設疑，導入新課

［問題］同學們知道元素周期表是哪位化學家編制出來的嗎？元素之間有哪些規律？又存在著何種聯系？是否能對已發現的118種元素進行有序排列或分類呢？

［過渡］大家都知道門捷列夫制作出世界上第一張元素周期表，做出了巨大貢獻，但他并不是唯一對元素周期表做出貢獻的科學家，探索科學的道路從來都不是平坦的，往往都是站在巨人的肩膀上不斷探索。如果我們知道科學家如何編制元素周期表，那么上述問題就會迎刃而解，接下來我們通過探究活動和學習元素周期表的發展史（見表1）開展本節課的學習。

環節二：活動探究，引發思考

［教師］請同學們仔細閱讀課前做好卡片上的信息（見圖2）后，將這些卡片分組并說明你分組的依據。

［過渡］通過仔細觀看，可以知道每張卡片上都列出了名稱、符號、相對原子質量以及核外電子排布，單質的性質和化合價等信息。我們應怎樣梳理信息并將元素分組？

［學生］認真討論，將卡片分組。

［教師］有的同學將氧氣和氯氣分為一組、溴單質分為一組，這是按照單質的狀態不同來進行分組的，氧和氯是氣體，而溴是液體，剩下的鈉、硫、鉀、鈣等固體分為一組。還有其他同學說說自己是如何分組的嗎？

［學生1］我把鈉、鉀、鈣單質分為一組，因為它們都是金屬，氧、硫、氯、溴單質這些非金屬分為一組。

［學生2］我將氧元素和硫元素分為一組；氯元素和溴元素分為一組；鈉元素和鉀元素分為一組，這是依據元素最外層電子數相同所分組的，分組之后我還發現每組元素的化學性質和元素化合價都是相似的。

［教師］通過以上同學的分組，我們知道元素之間存在著內在聯系，可以采用不同的分類依據，元素就會有不同的分類情況。由表及里，逐漸深入微觀領域，以原子核外最外層電子數目作為分類依據時，就會越來越接近事物的本質。

設計意圖：通過活動探究，提高學生的分析和邏輯思維能力，使學生認識到事物之間是普遍聯系的，對事物的認識是由表及里、由淺入深，從而認識到事物的本質。

環節三：講述史實，認識元素周期表

［過渡］事實上元素周期表發現的過程中，科學家們也經歷了和同學們一樣的思考路徑，科學家們在分類過程中逐漸地揭示出元素更本質的特征，不斷地對元素周期表進行修正，終于得到了我們現在所使用的元素周期表。

［拉瓦錫的化學元素表］1789年，法國化學家拉瓦錫在《化學概要》一書中提出了第一個元素分類表，將當時發現的33種元素按照化學性質分為了金屬元素、非金屬元素、氣體物質和土質物質等四組。

［德貝萊納的“三元素組”］1829年，德國化學家德貝萊納分析了44種元素，將化學性質相似的十五組元素分為了五組三元素組：鋰、鈉、鉀；氯、溴、碘；硫、硒、碲；鈣、鍶、鋇；錳、鉻、鐵。

［紐蘭茲的“八音律”］1865年，英國科學家紐蘭茲將元素按照相對原子質量由小到大依次排序，形成了元素表格（見表2），在研究中他發現了一個有趣的現象：當元素按原子量遞增的順序排列起來時，每隔8個元素，元素的物理性質和化學性質就會重復出現，就像音階里的八度一樣［5］，但是紐蘭茲只是機械地排列當時所發現的元素，沒有考慮尚未發現的元素，更沒有指出元素之間的內在規律。

［門捷列夫的元素周期表］1869年，俄國科學家門捷列夫經過長期的研究繪制出了第一張元素周期表，在門捷列夫繪制的元素周期表中將元素按相對原子質量由小到大的順序排列，并將化學性質相似的元素放在一行［6］，同時他還預言了“類鋁”“類硅”“類硼”等未知元素的存在，并對它們的性質進行了預測，在門捷列夫繪制出元素周期表后，化學界掀起了一股發現新元素和研究無機化學理論的熱潮。

［教師］隨著技術手段的不斷進步，越來越多的元素被發現，目前為止，人們已經發現118種元素，元素周期表也逐漸演變成了如今這種形式，回看化學發展史，化學家們也在不斷地從多種角度尋找規律，他們都在對元素進行有意識的分類，在處理綜合信息時，不同人有不同的思考角度，分類的依據也不同，只有當分類的依據由表象到本質，由宏觀到微觀時，我們才能越來越接近事物的本質。

設計意圖：沿著科學家的腳步，體驗了元素周期表的編制過程，有助于學生們感受到科學家們崇尚創新、熱愛科學和不畏艱難的精神，培養學生“宏觀辨識與微觀探析”“科學探究與創新意識”的核心素養；同時使學生們體會到化學史在化學學習中的重要性。

環節四：知識講解，鞏固提升

［教師］根據上節課原子結構的學習，總結1～20號元素在元素周期表中的排列規律。

［學生］元素按照核電荷數由小到大的順序依次排列，元素在周期表中的順序即原子序數等于核電荷數，電子層數相同的元素排在同一橫行，并且周期的序數等于該行元素原子的電子層數；除稀有氣體所在的零族外，同一縱列的元素最外層電子數相同，并且最外層電子數與族序數相同。

［教師］觀看教材附表中的元素周期表，思考總結元素周期表的結構。

［學生］在教師指導下總結出每一橫行稱為一個周期，每一縱列稱為一個族；元素周期表有七個周期，前三周期稱為短周期，其他周期稱為長周期；族包括主族、副族和零族，族序數用羅馬數字表示，主族元素的族序數后標A，副族元素在族序數后標B（除第Ⅷ族）。

［練習］科學家用鈣離子撞擊放射性元素锫（Bk），產生了質子數為117的超重元素Ts。Ts的原子結構示意圖（見圖3），試判斷它在元素周期表中的位置。

設計意圖：通過對知識的梳理講解，逐步建構“位”“構”“性”認識模型，培養學生“證據推理與模型認知”的核心素養，以有針對性的習題練習結尾，利于培養學生學以致用的能力。

3.6?教學反思

“元素周期表”教學設計呈現出許多版本，然而，在新教材教學內容重組下，尤其是對化學史的應用，可以使學生能更好地了解“元素周期表”的編寫過程，本節教學設計中將化學史素材和教材內容有機融合使學生對“元素周期表”的編制歷程有了更深入的了解，以化學史為主線，使學生身臨其境地體會到科學家編制周期表的進程，以促進學生的科學精神、創新精神和核心素養。

結語

化學史是化學教學內容的重要組成部分，它呈現給學生豐富多樣的化學知識，激發學生探索未知的動力，在化學課程中深層次地引領學生從歷史發展角度去學習化學知識，在化學教育中以化學史為切入點，能夠有效提升學生的化學核心素養，從而實現“素養為本”教學理念的達成。

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（2017年版2020修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］傅彤.基于化學史教育培養高中生的化學核心素養［D］.大連：遼寧師范大學，2021.

［3］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（09）：5155.

［4］董麗敏，單連偉，吳澤.基于課程思政的化學課程教學融入化學史的重要性［J］.教育教學論壇，2021（44）：142145.

［5］張娟，姜建文.基于化學史的“元素周期表”教學設計［J］.化學教育（中英文），2017，38（17）：7581.

［6］龔賢，顧紅霞.基于學科理解的高中化學教學設計——以“元素周期表”為例［J］.化學教與學，2022（19）：4045+54.

基金項目：吉林師范大學2021年職業教育與成人教育教學研究課題（5號）

作者簡介：王思雨（2001—?），女，滿族，遼寧撫順人，碩士研究生在讀，研究方向：學科教學（化學）。

*通訊作者：翟宏菊（1973—?），女，漢族，吉林四平人，博士，碩士生導師，研究方向：學科教學（化學）、無機化學。