發展學生科學態度與社會責任的HPS教學

李自雄 張曾棟

摘 ? 要：將化學知識串接在歷史線索中，能夠讓學生體會到知識形成的來龍去脈，避免知識結構的缺失與孤立，正確認識人類文明發展的曲折與不易，在歷史情境潛移默化地熏陶和影響下，學生的科學本質思想得以初步建立，科學素養獲得有效提升，社會責任以及人文情懷亦會得到相應地發展。文章以人教版九年級化學“氧氣”課題為例，運用HPS教學模式，模擬氧氣發現的真實情境，引導學生換位思考，在和科學家一樣面對相同的問題時應當如何作出選擇，通過實驗探究，學習氧氣的理化性質以及常見用途。

關鍵詞：HPS教育；科學態度；社會責任；氧氣

1 ?問題的提出

在編寫教材的過程中，編撰者為了盡可能地在有限的篇幅內呈現更多的知識，通常會舍棄過程性的資料，僅在教材中呈現孤立的結論。因此，教材的使用者會感受到化學知識彼此割裂，難以形成系統的思維體系，不利于學生在化學學習中的長遠發展。

HPS（科學史、科學哲學、科學社會學）教學模式在西方發達國家已經較為成熟，被廣泛用來理科教學，其在總結科學教育經驗的前提下，借鑒建構主義理論將科學史（History）、科學哲學（Philosophy）與科學社會學（Society）的有關內容融入到科學教育中，激發學生的學習興趣，促進其多角度地了解科學本質，發展科學精神和批判思維 [ 1 ]。《義務教育化學課程標準（2022年版）》重點強調了科學態度與社會責任這一化學學科核心素養，要求學生能夠運用化學知識決策社會重大議題，形成節約資源的思想意識，這與HPS教育理念十分吻合[ 2 ]。

2 ?教學設計

氧氣在在整個中學化學教學中發揮著舉足輕重的作用[ 3 ]。首先，氧化反應是初中階段學生學習的最重要的化學反應之一，后續的很多知識內容都要建立在學習氧化反應的基礎之上。其次，氧氣是學生最熟悉的化學物質之一，人類必須持續攝入氧氣才能維持基本的生命活動。最后，氧化反應反映著現代化學和化學工業成就，是現代大化工產業的基礎，在氧化反應的參與下，石油化工徹底改變了我們的生活方式。然而在元素化合物知識的學習中，學生普遍存在著學習障礙，主要表現為：學生只能掌握幾種孤立的化合物，很難將這些知識整合在一起，無法形成研究陌生元素化合物的一般思路和方法。

本節課的設計環節如圖1所示。

教學設計呈現出普里斯特里、舍勒和拉瓦錫三位化學家有關氧氣發現過程的化學史資料，以此為歷史線索展開教學，引導學生深入到真實的化學史實情境之中。重點突出提取發掘這段化學史料中最具趣味、引人入勝并具有關鍵作用的歷史事件，深度還原科學家所經歷的復雜歷史過程，巧妙性地將他們遭遇的關鍵問題轉化為學生可以直接參與探究學習的科學問題?；谝陨显O計思路，最終確定本節課的教學目標如下：

（1）學生通過學習化學家制取氧氣的故事和多媒體視頻，概括氧氣的物理性質，培養學生的歸納總結能力。

（2）復現歷史上化學家在發現氧氣過程中所做的一些實驗，探究氧氣的化學性質，初步掌握探究物質性質的一般過程及思路和方法。

（3）學生在學習發現氧氣的坎坷過程后，體會到科學發展的艱辛和不易，認識到科學的發展和進步不是一蹴而就的，是一個不斷試錯的過程，能夠體會化學家追求真理、敢于質疑、勇于思考的偉大科學精神。

3 ?教學實踐

3.1 ?環節一：情境創設導入新課

教師：我們生活的世界是如此的豐富多彩，由于科學技術的發展，人們的衣食住行生活水平已經十分便利。請同學們和老師一起欣賞如圖2所示的圖片，共同感受科學的力量。

學生：跟隨教師的指引，觀察和思考圖片中的內容，猜測本節課要學習的主題是氧氣。

設計意圖：由生活中的真實的情境引起學生的好奇心，調動學生學習的積極性，讓學生認識到化學與人類生活密不可分的聯系，正確認識化學的巨大價值。

3.2 ?環節二：啟發學生，提出觀點

教師：同學們，根據日常生活經驗可以知道，圖2中的各種反應中都有氧氣的直接參與，沒有氧氣，火焰無法持續燃燒；沒有氧氣，我們將會因為窒息而失去生命；沒有氧氣，化工產業將停止生產。氧氣對于人類而言是如此不可或缺，那么請同學們認真思考一下，氧氣到底具有哪些性質才能使氧氣起到這樣的作用呢？

學生根據小學所學的科學知識以及生活中的經驗，大膽開展頭腦風暴，通過小組討論以及查閱資料等多種途徑，對圖片中的內容進行猜想，初步對氧氣的物理性質和化學性質提出自己的觀點和看法。

設計意圖：引導學生學會分析問題，思考問題，解決問題。使學生初步形成探究問題的意識，鍛煉學生發現問題，提出假設，設計實驗，驗證假設的探究能力，培養學生形成探究物質的一般思路和方法。

3.3 ?環節三：氧氣的前世今生

教師：同學們的猜想看上去都很有道理，并且論據也很充分。氧氣是如此神奇，充滿了神秘色彩，那么真實的氧氣到底是不是和我們所想一樣呢？下面讓老師帶著大家一起走進歷史，沿著時間長河一同回到過去，了解氧氣的前世今生。

時間一晃而過，我們來到了18世紀的英國，此時著名的化學家普利斯特里正在利用透鏡去加熱氧化汞，試圖去發現一種新的物質。最終他收集到了一種無色無味的氣體，他將做實驗用的小白鼠放入這種無色無味的氣體之中，發現小鼠呼吸了這種氣體后顯得非常愉快，接著他親自去呼吸這種氣體，同樣感覺到十分輕松。故事暫時講到這里，請同學們大膽猜測一下，這種無色無味的氣體到底是什么氣體？

學生：氧化汞里只有氧和汞兩種元素，而且這種氣體可以使生物很愉快，根據元素守恒以及可以呼吸的性質，可以猜測這種氣體應該就是氧氣。

教師：同學們猜得很對，普利斯特里發現的氣體確實是氧氣，但在當時普利斯特里并沒有將其命名為氧氣。普利斯特里發現得到的氣體可以使蠟燭燃燒的更加旺盛，但由于他是一個堅定的燃素說支持者，根據燃素說的理論，他把該氣體命名為“脫燃素空氣”。就在普利斯特里制取了他所謂的脫燃素空氣后的第二年，瑞典化學家舍勒也做了一個實驗，請同學們閱讀資料卡片“舍勒的獨白”（圖3）。舍勒加熱硝石，得到了一種無色無味的氣體，這種氣體可以使氫氣和硫磺燃燒的更加劇烈，相信聰明的同學們已經猜到了這是什么氣體了吧！這說明了什么？同樣，舍勒也是一個燃素說的支持者，因此他把這種氣體命名為火空氣。

終于，百年一遇的化學天才拉瓦錫橫空出世，還給氧氣一個正確的名分。他在了解了普利斯特里和舍勒實驗的基礎上到得了靈感，改進了實驗，終于破除了燃素說，發現了氧氣。請同學們先學習資料卡片“拉瓦錫的獨白”（圖4）。然后思考為什么在同一時代，三位偉大的科學家中只有拉瓦錫最后成功的發現了氧氣。下面大家一起來觀看視頻，學習氧氣的物理性質。

設計意圖：從歷史的角度認識化學進步的歷程。對化學家面對困難，解決困難的真實情境有所體會，學會科學家探索科學的思路和方法。

3.4 ?環節四：重做科學實驗，感受科學家的心路歷程

教師：舍勒制得的氧氣可以使氫氣和硫燃燒的更加旺盛，下面由老師來給大家演示硫在空氣中和氧氣中燃燒的實驗，請大家注意觀察實驗現象有什么變化。

學生：認真觀察教師的實驗操作，觀察到硫在空氣中燃燒時發出微弱的淡藍色火焰，放出大量的熱，聞到刺激性氣味；硫在氧氣中燃燒時發出明亮的藍紫色火焰，放出大量的熱，和空氣中燃燒一樣能夠聞到刺激性氣味。

教師：硫磺本身在空氣中是可燃的，在氧氣中燃燒的更劇烈并不出乎我們的預料，那么在空氣中不燃燒的鐵，在氧氣中加熱會有什么效果呢？請同學們自行進行實驗，看看實驗結果會是怎樣。

學生：總結硫在空氣中和氧氣中燃燒的現象，自行設計驗證鐵能否在氧氣中燃燒的實驗：將鐵絲分別在空氣中和氧氣中加熱，觀察到鐵絲在空氣中加熱只是變紅，在氧氣中加熱卻可以劇烈燃燒，火星四射。

教師：同學們，木炭、硫磺、鐵都能分別與氧氣發生反應，請同學們寫出這些反應的文字表達式，觀察其中有什么規律。

學生：寫出文字表達式，發現規律：兩個反應物反應生成一個生成物。

教師：同學們說的很對，我們把這種由兩種或兩種以上的物質反應生成一種新物質的反應叫做化合反應。

設計意圖：學生重做科學家做過的科學實驗，感受實驗在化學中的重要地位。

3.5 ?環節五：教師講解當代科學觀念，實現學生觀念轉變實現

教師：根據上面所學的內容，氧氣和鐵、硫都能發生反應，我們把有兩種或兩種以上物質生成另一種物質的反應叫做化合反應。同樣是同一時代的人，普利斯特里、舍勒、拉瓦錫三人幾乎在同一時間發現了氧氣這種氣體，但是前兩者都受到傳統的燃素說的桎梏，與真理失之交臂。而拉瓦錫卻可以在總結前人經驗的基礎上，大膽地突破思維定式進行猜想假設，并設計嚴謹的實驗去驗證自己的猜想，這正是科學進步的持久動力。說明任何發現都不是一蹴而就的，都是后人在前人的積累的基礎上，慢慢改進的過程。

學生：傾聽思考，感受科學進步的歷程，認識到科學具有主觀性、暫時性。

設計意圖：使學生體會科學進步的艱難，感受思維變革的重要性。

3.6 ?環節六：總結評價

教師：科學的進步往往來源于思想的變革，但只有新的思維，新的方法，卻沒有扎實的基礎，拉瓦錫也是沒辦法發現氧氣的。因此同學們要打好基礎，練好基本功，這樣將來才能有所作為。除此之外，我們要認識到保護氧氣和空氣的重要性，建立保護環境從我做起的意識。

學生：認真聽講，跟隨教師的指導復習本節課的內容。

設計意圖：總結本節課的內容，勉勵學生重視基礎，培養學生保護環境的意識。

4 ?教學反思

圍繞教學目標的達成，本節課沿著化學家探究氧氣發現歷程，學習領會科學家善于思考、嚴謹求實的科學態度，了解科學家探究實驗的過程，學會氧氣的性質和實驗室制取氧氣的方法。通過了解氧氣的科學應用，體會化學對生產、生活的應用價值。相較于傳統的教學模式，HPS教學模式更加受到學生的歡迎，師生在教學活動過程中表現出良好的互動性和深入性。在教學活動中，學生對化學史展現出極大的學習興趣，有助于建構以學生為主體的教學活動，培養學生的科學思維。建立科學思維對于學生而言，無論以后是從事科學研究，亦或是從事日常的大眾工作，都將受益非淺。因此，一線教師在教學中應當有意識地引用人文知識，使化學更具趣味性，激發學生的學習興趣。

參考文獻：

［1］ 崔世峰，王娟.國內HPS教育融入中學化學教學的研究綜述[J].化學教學，2022（4）：3-8.

［2］ 中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）[S].北京：人民教育出版社，2022：6.

［3］ 孟獻華，吳倩，倪娟.基于學科知識發展歷史的論證式化學教學設計研究：以“空氣中氧氣成分測定”為例[J].化學教學，2018（11）：41-46.