基于人類發展史認識化學學科

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1引言

對化學學科的認識影響學生對學科內容的理解、學科體系的建立和職業生涯的選擇，不僅關系學生的升學就業，還關系到學生在未來生活中做出的科學判斷與決策，與人生觀、世界觀、生活觀的建立緊密關聯。魯科版化學必修一第一章就以“認識化學學科”為主題，介紹了化學學科的形成與發展、化學科學的主要特征以及化學科學的探索空間，其中反復提及化學學科與人類發展的關系，如化學科學和化學工業的發展，對人類文明的進步發揮了巨大的推動作用；新興的化學分支學科以及與其他學科的交叉領域表現出強大的生命力，在促進人類社會發展和文明進步的過程中作出了巨大貢獻。事實上，人類發展史是最貼近生活、最生動、最豐富的學習素材，基于人類發展史認識化學學科，不僅能讓我們從更宏觀的視角理解化學學科，也能啟發我們在不斷學習中思考化學思維方式、化學研究手段、化學探索領域及其與人類發展的關系和對人類進步的意義。因此，教師可以嘗試從人類發展史中汲取素材，重新構建認識化學學科的敘事角度和方式，用更接近學科本質、更生動新穎的方式回答“化學是什么”“化學能干什么”等學科基本問題，以進一步提升學生對學科的理解，激發其學習興趣與探究熱情，培養學科創造力。

2基于人類發展史認識化學學科的價值意涵

2.1 人類發展的角度

科學的進步與發展是人類實現可持續發展的強大支撐。化學作為科學的分支，以其獨特的視角探索世界，思考人與世界的關系。學科和人本身是無法割裂且一體相融的，一方面人類文明的智慧寶庫是化學學科發展的溫床，化學學科每一次的突破都與解決人類面臨的問題息息相關，都受到其他學科與技術的影響與啟發；另一方面，未來世界復雜多變，化學學科本身以及與其他學科的聯動演進將對人類未來產生持續而深遠的影響，我們需要學會運用化學學科研究成果破解困擾人類進步與發展的老難題、新問題。因此，從人類發展史中探尋和理解學科本質是合理的、必要的。

2.2 知識體系的角度

當下，碎片化的知識信息已難以滿足升學、就業、處理與解決生活問題的深層需要，問題難度與復雜程度的提升要求我們建立更加結構化、系統化的知識體系，人類發展史既能提供大量的知識碎片，又能提供知識與信息鏈接的情境、方法和思路。首先，歷史發展中的大量素材貼近生活，有利于學生理解、記憶，建立知識之間的關聯，增進對知識的理解和掌握；其次，未來學科間的融合和交叉將越來越普遍，人類發展史中出現的具體問題的解決過程是真實的跨學科實踐樣本，在其中尋找不同學科知識的連接點、知識與現實問題的結合點，有助于打通不同學科知識體系，幫助學生形成歷史視角、質疑意識和求實精神，促進對知識的遷移和應用；再次，研究表明深度學習的實現需要我們引入社會學視角、文化學視角乃至人類學、管理學等多維視角[1]。如果缺乏將零散的碎片化知識進行整合并綜合運用的意識和能力，就難以將學科知識與真實生活相聯系，因此，人類發展史的引入有助于促進從知識到能力的躍遷。

2.3 創新人才培養的角度

第一，學科人才培養的關鍵是激發學習興趣，而人類發展史中涉及科學、技術、藝術等不同領域，有利于吸引有不同興趣愛好的學生，激發其對真實問題本身和學科研究的興趣；第二，學習內驅力的培養與學生對學科的認識和理解分不開，學生需要清楚地知道為什么要學化學，學化學能干什么，而缺乏宏觀整體性規劃和把握的教學無法給予學生深刻的啟迪，會削弱學生學習的后勁。引入人類發展史這樣的宏觀維度可以拓寬知識視野、延展思維深度，有助于保持學生的學科鉆研熱情，對發展學生的發散性思維至關重要[2]；第三，創新往往誕生于學科交叉之處，人們為了解決問題會調用不同的概念、技術、方法、理論，并把它們融合起來構建新格局。因此，人類發展史中真實的跨學科實踐素材體現了學科內的創新和學科間的互促融合，能激發具有化學知識和思維的人參與到全球性的、人類普遍性問題的研究項目中，為人類文明進步貢獻力量。

2.4落實核心素養的角度

《普通高中化學課程標準（2017年版）》3]及《義務教育化學課程標準（2022年版）》4對大概念、跨學科實踐等的倡導都體現了對知識系統化、結構化的要求。林崇德曾撰文指出：“以往的課程標準表現出明顯的學科本位特點，各學科課標高度重視與本課程直接相關的核心素養內容，對學科融合性的內容以及與個性發展、社會交往有關的跨學科素養則相對忽視。5]”因此，以人類發展史為教學素材，有利于把學科知識體系、學生已有經驗及社會問題三維融合，為落實核心素養以及分科而教模式下的課程設計提供可參考的結構化、系統化框架。

3基于人類發展史認識化學學科的施教策略

3.1教學思路

如何在教學中融入人類發展史？要回答這一問題，需要厘清我們希望通過人類發展史呈現什么學科內容、達到什么教學目的、實現什么教育導向。教材中雖有關于化學與人類發展關系的描述，但十分簡要、抽象，如果能有具體、真實的案例作為支撐則更有說服力。因此，基于人類發展史認識化學學科施教的整體思路為：首先細致深人地了解選取的人類發展史素材與教材在內容上是否關聯、聯系緊密程度如何，再利用史料攻破教學難點、重點、盲點，對教材內容的知識邏輯與呈現角度進行補充、深化。

3.1.1 教學著力點

由于認識化學學科的這一教學任務與化學緒言課的關系最為直接、密切，下面主要以緒言課教學為例，談談基于人類發展史認識化學學科的施教策略。為了使策略更具體、更具有示范性，結合《我們如何走到今天：重塑世界的6項創新》一書（以下簡稱“重塑世界”）中的案例進行闡述。

人教版、魯科版、科粵版教材（以下簡稱“三版教材”對化學學科的介紹基本上采用直接傳授的模式，學生在有限的內容資料介紹中被動接受關于學科的描述，不利于學生從生活的情境中感受化學、從真實的問題中看見化學、從發展的脈絡中肯定化學。筆者認為在具體教學實踐中，可以圍繞知識、方法、特點、價值四個基本方面8展開教學。先將“重塑世界”書中的內容案例整理提煉形成導學單或閱讀材料，利用時間線索、邏輯線索和中心詞線索等整理關于6項發明的歷史，讓學生了解書的內容主旨，引導學生圍繞以下四個方面認識化學學科，自主構建對化學學科的認識。

3.1.2知識及其誕生方式

知識作為信息的基本要素，是實現深度學習的根基，學科知識及其誕生方式反映了人們認識與觀察世界的方式。魯科版和科粵版教材第一章對化學學科的介紹直接從身邊的化學人手，沒有明確指出化學知識及其誕生方式，不利于了解學科誕生源頭及演進過程；人教版教材緒論中對化學學科的發展史做了簡要回顧，重點是從我國歷史發展及生產實踐中的化學知識入手，對學生視野拓展有一定的局限性，沒有將化學知識的誕生方式顯性化。基于人類發展史認識化學學科，首先可以帶領學生從人類發展史的角度梳理學科知識及其誕生方式，激發學生對學科知識的興趣和探索熱情，使學生感受到化學知識來源于真實世界，其誕生方式具有多樣性。結合“重塑世界”中的案例發現主要包括以下四種：（1）偶然發現。在與世界接觸的過程中，了解了某一物質的特殊形態、特殊性質并目睹了其形成過程，積累相關的物質信息，逐步嘗試該物質在不同領域中的應用并不斷進行改進。例如，玻璃的性質發現與應用線索：沙漠中偶然發現（美學、儲存功能） $$ 光學性能被發現（制作眼鏡、顯微鏡等） $$ 耐熱性能被發現（制備隔熱特殊材料） $$ 傳遞光波的特性被發現（玻璃纖維，用于信息領域）；（2）從實踐經驗中總結。如在制冰過程中，人們需要了解并熟悉水的三態變化，利用不同溫度下水的形態變化滿足貿易需求，在實踐中探索保溫方法、運輸方法、制冷方法，最終推動了人工制冷技術的發展;（3）被其他領域的創新激發。如隨著精密儀器的發展，借助觀察工具，人們能觀察到肉眼看不見的微小事物，發現了細菌、病毒，了解了物質的微觀結構（如冷凍食品中的氫鍵）；（4）個人興趣驅使。例如，冷凍食品的推廣者克拉倫斯·伯宰，他長期以來被個人興趣驅使，終于在各種工具和創新因素的合力作用下取得了突破性貢獻。從學科知識及其誕生方式可以看出人通過多種方式感受并理解自然，在這一過程中的偶然發現、耐心記錄、分析總結都是以科學的方式進行探索的一部分，知識不僅僅是我們可以從書本中和課堂上學得的，它更是來源于與世界的互動、其他領域創新突破帶來的啟發、強烈的好奇心和創意思考。

3.1.3探究方法和運用方式

之所以對學科進行細致的劃分，是因為每門學科都有其特有的研究方法和手段。以化學學科為例，其發展過程中使用的探究方法及其運用方式最能體現出化學學科的特點。三版教材第一章都強調了學科方法的重要性，對實驗探究、基本技能和科學研究一般過程作了介紹，但比較抽象、單調，容易讓學生形成對化學學科的刻板印象。教師可結合“重塑世界”一書中的案例介紹學科方法及其運用方式，重點關注以下三個方面：基于實驗方法獲得數據支持、基于物質性質進行應用研發、基于微觀視角進行解釋說明。例如，在“清潔”一章中，約翰·李爾反復通過實驗獲取數據，得到了凈水時加入次氯酸鈣的合適濃度，體現了化學中的定性與定量概念；在“時間”一章中，基于石英（晶體規律性的振動，壓電效應）和銫原子（繞核電子的規律性運動）的性質將其用于計時，提高了計時的精度；基于碳元素的衰變周期對文物進行年代溯蹤，推測文物的年代，通過元素分析，解釋地球生命的形成過程等。這些真實案例，讓我們感受到化學學科的發展離不開以實驗為基礎的研究，一方面為我們提供了解釋問題的模型構建基礎，另一方面也為我們提供定量應用的資料支撐。化學家們往往通過認識與了解事物的性質來發掘其應用領域，通過不斷地開發、設計具有更高適配度的材料實現應用升級（“玻璃”的應用就是很好的例子）；不斷尋找宏觀與微觀上的邏輯關聯，通過對微觀結構和運動方式的探索解釋宏觀問題（霍亂病因的揭示體現了這一過程）。

3.1.4特點及其影響方式

化學學科的特點及其影響方式反映了化學學科在人類發展史上的意義和價值，更能揭示出化學學科與人類自身的關聯。三版教材第一章沒有明確指出化學學科特點，而是將其隱含在相關內容的介紹中。教學中可結合人類發展史內容，將化學學科特點顯性化并結合具體案例探討學科對人類發展的影響方式。因此，可以引導學生對比“重塑世界”中的多個案例，總結出化學學科的特點及其影響方式：（1）作為基礎學科的支撐作用。通過梳理發現影響人類的6項發明背后都有化學學科的支持。例如，從以玻璃為中心拓展發散形成的知識導圖中可以看出（見圖1），依據人們對玻璃（ SiO₂ ）性質的認識過程，逐步發掘了玻璃在不同領域的應用，開發出眼鏡、顯微鏡、望遠鏡、玻璃纖維等特殊材料，體現了化學作為基礎學科對材料、建筑、生活、通訊等不同領域的支撐作用；“制冷”中涉及冰的性質、食品中的氫鍵等化學知識；“清潔”中突出了漂白劑次氯酸鈣的化學性質及應用；“聲音”中滲透著聲音記錄介質及材料的發展；“時間”中涉及石英鐘、原子鐘的性質和應用，以及碳元素示蹤法在考古學中的應用；“光”中涉及稀有氣體的性質與應用（霓虹燈）等。這些都充分體現了化學學科的基礎性，反映了化學與人類生活、生產的聯系，其知識與思維影響和滲透在各行各業之中。（2）與多學科的交叉互動。這主要體現在知識背景和方法理念上，一方面人們往往會綜合運用多學科手段解決現實問題，例如，在“制冷”發明中，涉及水的化學性質，即三態變化（化學）空氣壓縮的原理和結果（物理學）、溫度與濕度的關系（物理學、化學）、空調的設計與制造（工程設計學）；另一方面，某一學科的創新突破也會給其他領域帶來革命性變革。例如，玻璃作為眼鏡的應用促進了大眾閱讀的發展、霓虹燈的出現帶來了獨特的商業景觀等。這一特點使化學學科的影響力往往帶有一定的隱蔽性，常與其他學科一起發揮復合、聯動的影響，人類社會的重大變革和重大問題的攻破往往需要多學科的通力合作、共同發力。

圖2關于清潔的發展史

3.1.5 價值及其實現方式

人教版和科粵版教材對學科價值的表達比較隱晦，結合學科特點和應用領域來談;魯科版教材明確提到了化學科學研究的價值，指出了化學能夠通過創造新物質改善人類生活、實現物質和能量的轉化。其實，化學學科的價值常蘊含于人類發展史中，生動的史實不僅能佐證化學學科價值也能使其實現方式顯性化，可重點從以下三個方面強化對學科價值的滲透：（1）作為基本素養。化學知識、思維、方法能夠幫助我們建立世界觀、價值觀，學會在生活和工作中做出更科學、更明智的決策，最突出的例子就是我們在了解物質性質的基礎上發掘對物質的應用，又通過改變物質的性質開辟其新的應用領域。科粵版教材中的“物質的變化”人教版教材中的“物質的變化與性質”都體現了化學學科對幫助學生認識與理解世界的獨特視角。“重塑世界”中“玻璃”的應用過程也印證了這一點，可作為真實案例進行補充說明；（2）作為創新支持。化學是一門基礎學科，而基礎領域的研究對創新成果的研發至關重要。技術創新史告訴我們，化學作為基礎研究領域的突破往往會帶來革命性的改變，對搶占新一輪科技革命和產業變革的戰略先機和競爭優勢十分重要。化學人通過對化學知識的鉆研和想象，在探索自然世界的過程中也發揮著人的創意，這些創意能夠為解決人類面臨的問題提供新觀點和新途徑。例如，將漂白粉溶于水進行消毒的想法（用化學的方法應對病菌帶來的麻煩）對改善公共用水衛生、人類抗病能力做出了巨大的貢獻（見圖2）。教材中屠呦呦團隊的研發事例也是可供利用的素材，中西方的案例共同體現了化學學地勢平坦、土壤透水性差，城市臟亂差細菌致病理論被發現 氯化法的拓展應用和下水道系統誕生并被大眾接受 影響切薩布魯夫團隊試圖通約翰·斯諾通過霍亂病過抬高建筑物，建立下 游泳池和水上娛樂項目例分布圖得出霍亂是由水系統解決城市積水和 的興起；家庭清潔和個受污染的水引起的；臟亂的問題。但廢物通 人清潔行業的發展；哮羅伯特·科赫在顯微鏡過下水道排向芝加哥河 喘和過敏的激增下識別了霍亂病菌帶來水源污染和疾病

科在維護人類安全健康方面的突出貢獻；（3）作為精神力量。榜樣的激勵作用能實現深層次的教育功能，而人類發展史中充滿了富有創意、同情心、堅韌、勇毅等優秀品質的榜樣，他們為人類發展貢獻力量與智慧的事跡是我們取之不盡、用之不竭的精神力量，也是我們進行學科德育教育的生動素材。例如，氯化法凈水發明者約翰·李爾沒有對他的氯化凈水技術申請專利，不貪錢財、無私奉獻，以默默無聞的方式福澤后人。

綜上，“重塑世界”一書不僅豐富了化學教學素材庫，更為實現教學內容的深度與廣度、促進學生科學素養的全面發展提供了有力支持：首先，書中案例直接關聯到化學核心知識與概念，提供了豐富的教學主題，有助于教師構建系統且具吸引力的課程體系；其次，每項創新背后都伴隨著一系列亟待解決的問題，為學生提供了真實情境，鼓勵他們運用化學知識分析問題、提出解決方案；再次，書中不僅講述創新過程，還總結了每項技術帶來的社會變革與科學啟示，有助于學生將零散的知識點整合為連貫的知識體系，理解化學知識在推動社會進步中的價值，形成深刻的知識結論。

3.2關于教學策略的兩點說明

為了充分闡述、發掘與拓展基于人類發展史認識化學學科對教學的指導意義，對該思路引導下的教學策略作如下說明。

第一，除了緒言課外，教師可參考以上思路，落實其他化學學科知識內容的教學，強化、深化學生對化學學科的認識，把促進學生對學科的認識與理解融人日常教學。可以截取、重組書中部分資源聚焦于某一具體教學內容，以更多樣化、個性化、綜合化的方式組織教學，以凸顯知識、方法、特點、價值四個基本方面的一點或多點。例如，“光”中霓虹燈的發現過程與九年級化學上冊第二單元“空氣與氧氣”中“稀有氣體”內容相關，教材在正文介紹部分和插圖中都呈現有霓虹燈，但相關介紹比較簡潔。教學時可進行史實補充，讓學生了解氛是空氣液化工程師喬治斯·克勞德在制取液氧液氮時產生的副產物，他通過各種方式嘗試氛的可能用途，最終發現氛氣在電場作用下電離發出紅光且亮度是白熾燈的5倍。這一事例體現了該發明誕生過程中的偶然與興趣因素的作用（知識）、電流方法的運用（方法）、物質性質與用途的關系（特點）、化學成果與社會生活的互動（價值）等核心要素，可使學科的形象更加立體、生動。又如，在“氯及其化合物”的相關教學中，如果單純地講授氯化法消毒，學生只是了解和識記化學物質和方程式，但若利用“清潔”發明中的相關素材，學生能從城市管道設計中了解到人類對干凈水源的需求，從消毒劑及其用量選擇中學習到次氯酸鈣的性質及消毒原理（知識、方法），從約翰·李爾因氯化法而牽人的法律糾紛中看到科學家的自信、堅持與無私奉獻的精神（價值），從水源衛生與人類健康了解到微生物學對公共衛生的重要性（特點），從個人清潔和水上娛樂活動的興起認識到干凈用水對人類身心健康的多重意義（價值）。人類發展史中帶有因果邏輯和多維關聯的素材讓學科知識的學習變得生動、立體、豐富、深人，化學與醫學、生物學、心理學、社會及文化的關系也寓于其中。

第二，跳出內容教學的思考框架限制，基于人類發展史認識化學學科的方法還有很多：（1）如結合復習課展開教學。教師可借此整合不同模塊、不同學段、不同學科的內容，以便突出化學學科的特點及其研究角度，或將人類發展史相關內容作為科普閱讀素材，既能在作業設計中滲透對學生信息處理能力的培養，又能結合高考相關題型對學生進行思維訓練；（2）作為科普講座輔助教學。可以專門組織教師力量進行相關主題的科普講座，以更開闊的視野吸引學生認識科學并從事科學研究，也可以把素材提供給學生，讓學生自主梳理相關內容并通過講演的方式進行分享；（3）設計課外活動豐富教學。可組織學生通過參觀博物館、科技館，了解人類發展過程中涉及的與化學有關的內容。組織課外閱讀活動，鼓勵學生關注真實世界、思考現實問題，更自由地學習與探索。

4結語

教育變革從以知識為中心到以能力素養為核心再到以人為本，體現了對人的關懷，其最終目的是以學科的知識、思維、方法、視角探索生存意義、生命價值、生活關懷的更多可能。因此，化學學科教育教學不能脫離對人的關注：從微觀角度看，化學教育對人的關懷體現了對學生生命與特性的尊重，關照每一位學生個性的發展；從宏觀角度看，應以全球的視角關注人類的發展過程，形成命運共同體意識，應用化學知識與思維促進人類共同發展的事業進而形成社會責任感。因此，基于人類發展史認識化學學科提醒我們，不能放棄基礎研究，不能偏離關乎人類福祉和進步的研究，不能丟掉對人類整體福利和發展的思考維度；學習化學知識的目的是用化學的眼光和思維去適應現代和審視未來發展的需要°，反思人類和人類社會需要什么，化學能夠在其中發揮怎樣的作用；創新教育教學思路，引入對學科歷史連續性的認識維度，思考學科與創新、學科創新人才培養、學科與人類進步的邏輯關聯；充分體會科學家們在探索與解決實際問題中展現出的科學精神，從中汲取學科德育與精神激勵的養分。

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