基于化學史的“重演式建構”教學設計及價值研究

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1引言

化學教育的核心目標不僅局限于知識的傳授，更著重于培養學生的科學思維與創新能力。然而，現實中存在一種普遍的誤解，即將學生成績視為一種成果導向的產品，教學過程被視為實現目標的手段，導致在教學實踐中，為片面追求“高效”，大量重結論輕來源，重知識輕思維的現象充斥課堂。殊不知，若缺乏科學的思維方法，學生往往難以將所學的化學知識與其深層含義相融合，而這些零散且僵化的事實性知識，僅在腦海中留下淺顯的印象，在心智中難以持久。

鑒于此，重新審視化學教育的核心本質與目標，并探索更為有效的教學策略顯得尤為必要。化學史作為化學教育中的一項寶貴資源，蘊含著豐富的科學思維、研究方法以及科學家們的探索歷程。事實上，許多當前看似難以理解的化學知識或概念，若從科學發現史的視角進行審視，便會發現它們的出現實屬自然。因此，基于化學史實施“重演式建構”教學，對學生科學思維的培養、科學觀念的形成以及科學模型的建構，具有重要的現實意義。

2 理論溯源

2.1教育重演理論的啟示

以皮亞杰和維果斯基為代表提出的“教育重演理論”指出，學生的學習過程實際上是對人類文化發展歷程的認知重演[1]。這一理論在化學教學中得到了進一步的應用與深化。俄國化學家、哲學家凱德洛夫從辯證唯物主義的角度指出，化學教學應當“扼要地、以邏輯上嚴謹的形式，重復整個化學發展的歷程”[2]。由此可見，“重演\"并非知識的簡單再現，更應該是科學思維與方法的一種傳承。

2.2化學史中的科學思維與方法演變

美國科學史家薩頓曾提出：“如果把科學定義為系統的實證知識或者看作是在不同時期、不同地點所系統化了的這樣一種知識，那么科學史就是這種知識發展的描述和說明。3]”作為科學史的重要分支，化學史不僅詳細描述和闡述了化學知識的形成背景和發展脈絡，更蘊含著科學家們探索未知、解決問題的智慧與方法。通過化學史，學生能夠理解科學發現的真實場景，并從哲學層面把握科學實驗與理論、歸納與演繹之間的關系[4]。例如，拉瓦錫通過精確的定量實驗，推翻了燃素說，確立了氧化學說，這一過程中展現出的實證思維和定量分析方法，對后來的化學研究產生了深遠影響。門捷列夫的元素周期律的發現，則是通過對大量元素性質的深人分析和歸納推理，體現了科學思維中的歸納與演繹方法的完美結合。

2.3基于化學史的“重演式建構”：挑戰與機遇

在化學教學中融入化學史，不僅能夠豐富教學內容，還能為學生的學習提供一條從過去到現在、再到未來的知識演變路徑。更重要的是能夠引導他們像科學家一樣思考，學會用科學的方法去探究問題、解決問題。早在20世紀初，美國《化學教育》雜志化學史專欄的創始人史密斯就認識到化學史的重要性，同時也深刻意識到將其融入課堂教學所面臨的諸多挑戰。他指出，盡管學生對化學史課程表現出興趣，但這種興趣并未能轉化為更深層次的熱情。其主要原因在于課堂上缺乏探究精神，以及未能營造出促使學生深入思考的氛圍[5]。實際上，化學史不僅僅是化學知識發展的紀錄，更是科學思維與方法演變的一個縮影。由此可見，將化學史融入教學并非簡單地重現史料，更多地應該思考如何最大化發揮化學史的價值與功效。基于化學史，實施“重演式建構\"教學，正是從這一視角出發來設計和引領教學活動的變革，引導學生像科學家一樣進行循證與推理、質疑與爭辯、猜想與修正，在“做中學”和“探究中學”。這樣才能讓學生深人理解知識的本質、結構及其內在聯系，自主構建認知體系，從而形成新的認知與觀點。其教學機制見圖1。

圖1基于科學史的\"重演式建構\"教學機制

3基于化學史的“重演式建構”設計思路與價值

化學教學都是在選擇和設計的情境問題中展開教學的，重演與之相關的化學史是解決問題的方法之一，既要將化學史與學習內容深度融合，又要發揮化學史在解決問題過程中的重要作用。

3.1重演科學家的循證與推理，培養科學思維

《義務教育化學課程標準（2022版）》（以下簡稱“課程標準”）在學習活動建議中指出：“學會查閱化學發展史中的重大事件、化學家進行科學探究的有關資料，交流、討論化學知識是如何在科學探究中發展的。”以“水的組成\"這一教學內容為例，在2024 版的人教版九年級新教材中，將科學史話從資料卡片中提出并前移。這一變動的根本目的是什么？為何要將氫氣的性質與水的組成放在一起進行教學？這些都是教師需要深入理解的問題。事實上，新教材的重新編排，是希望通過科學史所蘊含的學科發展邏輯，清晰闡述“水的組成”這一主題的教學邏輯。因此，本節課的教學設計可圍繞科學家的探究故事展開“重演式建構”。

設計思路：化學史不僅提供了證據，也是推理的根基。通過“化學史話：水的組成揭秘”來引出問題，對科學家的探索過程進行恰當的情境再現或動畫模擬，依據實驗現象及數據進行推斷分析以及論證（見圖2），有助于形成“史話 $$ 推理 $$ 結論”的“重演式建構”教學鏈條，進而培育學生科學思維的慣性和意識。

設計價值：基于化學史的教學設計，學生能夠深入理解科學家在追求真理過程中所面臨的挑戰與困難。通過重演科學家的推理過程，從化合與分解兩種方法入手，探索水的組成，學生可以逐步建構推測未知物質組成的思路模型（見圖3）。這種“重演式建構”設計，旨在引導學生掌握探究與實踐的策略和技巧，培養科學的思維習慣，激發他們追求真理與嚴謹求實的科學精神。

圖2水的組成設計思路

圖3推測未知物質組成的思路模型

3.2重演科學家的質疑與爭辯，形成科學觀念

化學史的核心價值，在于引領學生深入探索知識的歷史演進路徑，從而領悟科學家的思維方式，并親身體驗科學研究的精神內涵與樂趣所在。對于學生而言，基于科學史的“重演式建構”，是縱向把握科學發展脈絡、理解科學理論、構建科學觀念或修正、重建科學模型的重要途徑。

以“燃燒與滅火”的教學為例，我們可嘗試以“燃素說”與“氧化說”為主線，設計教學活動。

設計思路：通過化學史中的經典爭議案例：“燃素說”與“氧化說”，引導學生重演科學家的辯論過程，逐步深入探討并構建科學觀念。這不僅能培養學生的批判性思維，還能幫助他們深刻理解科學知識的動態演變過程。

[問題導入］什么是燃燒？生活中哪些現象與燃燒相關？

[激發思考]燃燒為什么會發生？有沒有一種統一的理論可以解釋所有的燃燒現象？

[史話爭鳴]普里斯特利為代表的燃素說和拉瓦錫主張的氧化說是18世紀化學發展史上兩個重要的理論（見表1），它們對化學的發展產生了深遠的影響。

表1“燃素說”與\"氧化說”

[演示實驗」在氧氣中點燃鐵絲，用磁鐵吸引鐵絲燃燒后的生成物。并測量反應前后鐵絲的質量是否發生變化。用便攜式氧氣測定儀檢測鐵絲燃燒前后氧氣的濃度。

[提出質疑]如果燃燒是釋放“燃素”，為什么反應生成鐵的氧化物，質量反而增加？為什么反應后氧氣的濃度減小？

[學生實驗]在空氣中點燃蠟燭，觀察現象，并分別檢驗兩種產物。再用大燒杯罩住燃燒的蠟燭，觀察現象。

[引發思考]為何在空氣中能正常燃燒的蠟燭，在密閉的容器內燃燒迅速停止？

[得出結論]氧氣是燃燒的必要條件，氧氣和可燃物反應，生成氧化物，并釋放出能量

［課堂活動]對比分析“燃素說”和“氧化說”。分組討論三個問題。

問題1：燃素說如何解釋燃燒現象？氧化說又是如何解釋的？

問題2：哪種理論更能解釋實際的燃燒現象？舉例說明。

問題3：如果燃素說是正確的，為什么有些物質燃燒后質量減少？為什么沒有“燃素”能被恢復？

[匯報總結]每個小組派代表匯報討論結果，點評并總結：氧化說能更好地解釋燃燒過程，并得到現代化學的支持。

[引導探討]

（1）燃燒需要哪些條件？ 可燃物、氧氣、足夠的溫度。

（2）滅火的原理是什么？一降低溫度（用水冷卻）、切斷氧氣供應（用滅火器、沙子等）、移除可燃物（清除易燃物品）。

[學以致用]演示 CO₂ 滅火器的使用，了解滅火器的工作原理（ CO₂ 滅火器可以通過釋放二氧化碳隔絕氧氣，從而撲滅火源）。

［總結反思]燃燒是氧氣與可燃物反應的過程。燃燒的三要素是：可燃物、氧氣和足夠的溫度。通過控制這些要素，可以實現滅火。

設計價值：科學爭議中蘊含著科學家們為堅持自己的觀點而進行的智慧較量，這些爭議能夠激發學生的思考，拓寬他們的視野，并使他們意識到科學知識的積累并非一蹴而就。例如，為研究化合物是否有固定的組成，普魯斯特與貝托雷經歷了長達8年的論戰，才有了定組成定律這樣一個足以載入化學史冊的基本定律。此外，在化學的發展歷程中，那些飽受爭議的概念、原理和定律，往往是學生最難以理解且最容易犯錯的地方，它們最能體現歷史在實際教學中的重要性[7]

3.3重演科學家的猜想與修正，建構科學模型

“課程標準”指出：“初步了解化學學科的發展歷程，感悟科學家崇尚真理、嚴謹求實的科學態度，勇于質疑、批判和創新的精神。8]”科學的發展歷史是理解科學思維形成過程的有益資源。科學發展史中最有意義的時期，是科學家對科學的基本概念重新建立和加以修正的時期，這一時期中不僅涉及了科學家深邃的思想和直覺，還體現了他們突破原有理論和認識框架的能力以及創新精神，它需要科學家將各種科學預測、推論、假說上升為理論高度，還要面對原有理論的支持者的種種質疑[9]

以“原子的構成”教學為例，讓學生品鑒原子結構模型演變史（見圖4），重演科學家在理論研究中的證偽歷程，不僅能夠激發學生的創新思維，還能幫助他們理解科學知識的非線性發展過程。學生在這種“猜想 - 證偽 - 修正”的“重演式建構”路徑下，原子結構模型逐步形成，更領悟到科學發展的曲折過程和方法論。

第一，歷史視角：原子結構模型的演變反映了科學思想的發展歷程。從古希臘的“原子論”到道爾頓的原子模型，再到湯姆遜的“棗糕”模型、盧瑟福的“行星系”模型，以及玻爾的“軌道”模型和現代量子力學的“電子云”模型，學生能夠看到科學是如何一步步修正和發展理論的。

第二，科學方法：不同階段原子結構模型的猜想、證偽與修正，與科學探究的過程有異曲同工之妙，包括假設的提出、實驗驗證、理論修正，以及如何從實驗結果中得出結論，培養了學生的批判性思維和科學素養。

第三，概念理解：每個模型都對應著不同的實驗發現和理論背景，展示模型的演變可以幫助學生更好地理解原子的實際構成，每一個新模型都是對前一個模型的糾正或補充，化學理論的演進正是猜想與證偽的過程。

第四，激發興趣：通過展示歷史上的科學家及其發現的故事，可以激發學生對科學的興趣，使其更加關注科學史和科學家的貢獻，培養探索精神。

第五，跨學科聯系：原子結構模型的演變也涉及物理學、化學和哲學等多個學科，展示這些模型可以幫助學生理解科學的跨學科性，促進綜合思維。

第六，現代科技的啟示：了解原子結構模型的歷史演變，能夠讓學生意識到現代科技，如納米技術和量子計算，都是建立在對原子深刻理解的基礎上，增強他們對科學應用的認識。

設計思路：在原子結構的認識過程中，科學家們是通過\"事實 - 建模 - 解釋 - 發現新的事實 - 修正模型 - 新的解釋”的方法逐步接近真相的。通過原子結構模型的演變，學生能夠深入理解科學模型的構建是一個不斷進行假設、實驗驗證、修正和完善的動態過程，從而體會到科學進步的復雜性和挑戰性。

設計價值：在科學研究中，證實和證偽是相互補充的[10]。但實際教學中，教師常常專注于傳授經過驗證的科學成果和理論，卻往往忽略了科學理論的起源和歷史上的多元視角，尤其是那些被視為“過時”的理論，很少被納入課堂討論。這種科學教育模式過分集中于理論的證實過程，而忽略了證偽過程的重要性，這對學生批判性思維能力的培養顯然是不利的。

每個新理論的出現，都是在舊理論被部分證偽之后的修正，展示了科學知識是如何在實驗和理論的相互作用中不斷發展的，反映了科學家在探索物質最基本單位過程中的不斷推理和試驗。原子結構模型的演變史不僅是科學知識的重演，更是對學生科學思想、探究能力和綜合素養的全面培養。這一進程不僅是科學發展的象征，也是人類對自然界的認識不斷加深的體現。科學概念的形成、創新、發展和理解必須放在學科發展脈絡里[\"]。利用化學史可厘清概念的形成與發展，這種思維路徑符合學生心理發展規律的認知邏輯[12]。教師需要研究化學史在教材中的地位、呈現方式、學生的認知結構等要素，以此為基礎選擇或形成有效的教學模型，從而提高教學設計和課堂活動的有效性，實現化學史的教學價值[13]

4總結與展望

基于化學史的“重演式建構”教學，符合教學邏輯和認知邏輯。此過程不僅為學生提供智力上的挑戰與情感上的激勵，促進其從單純的知識接受者向思維建構者的轉變，同時，還能推動教學從單一學科向跨學科整合、從被動學習向主動探究、從結果導向向過程導向的轉型。這一過程有助于培養學生的科學思維和創新能力，理解科學知識的動態性和非線性發展，構建全面深刻的科學世界觀。

盡管基于化學史的“重演式建構”教學具有顯著優勢，但仍有若干問題需要進一步研究和探索。首先，需要探究它在不同化學主題中的普適性，尤其是在復雜概念與理論教學中的應用效果。其次，針對學生認知發展的差異性，如何根據學生的年齡階段與認知水平調整教學法，以確保其有效性。再次，評價體系的優化，教學過程如何實現對學生思維過程與探究能力的評價。最后，信息技術的輔助，如何有效利用虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等技術為教學提供更為豐富的教學資源與支持，都是未來需要著重探索的。

諾貝爾物理學獎得主馬克斯·馮·勞厄曾深刻指出，教育的核心價值并非在于知識的堆砌，而在于思維能力的培養。教育的真正意義在于，當所有具體的知識被遺忘后，依然能夠留存的是思維的能力。基于化學史，實施“重演式建構\"教學，正是對這一教育理念的深刻實踐。通過持續的優化與完善，本研究有望在培養學生科學素養、辯證思維與創新能力方面發揮更為深遠的作用，為化學教學的發展提供新的思路與路徑。

參考文獻：

［1］皮亞杰，加西亞．姜志輝譯.心理發生和科學史［M].上海：華東師范大學出版社，2005：1.

［2］凱德洛夫·BM.陳益升等譯．化學元素概念的演變[M].北京：科學出版社，1985：245～246.

［3］喬治·薩頓.陳恒六等譯.科學史與新人文主義［M].上海：上海交通大學出版社，2007：26.

［4］孟獻華，倪娟．基于“歷史復演法”的化學教學設計研究——以“質量守恒定律”為例[J]．化學教育（中英文），2018，39（1）：13～18.

[5]Smith E F.Observationgs on Teaching the HistoryofChemisty[J].JournalofChemicalEducation，1925，（2）：553～555.

[6][8］中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：17，12.

［7][9］孟獻華．基于化學史教學的理論與實踐研究[D].南京：南京師范大學博士學位論文，2011：105，103.

［10］北京教育科學研究院.義務教育教科書·化學（九年級上冊）[M]．北京：北京出版社，2024：36.

［11］李楊．大概念統領下的初中化學單元教學設計與實踐——以“基于化學史認識物質構成的奧秘”為例[J]．化學教學，2024，（8）：62～67.

［12］郭津含，王秀紅，楊海艷，武衍杰．基于化學史與學科邏輯的“化學反應限度”單元教學設計［J]．化學教學，2024，（2）：41～47.

［13］孟獻華，倪娟．基于化學史的教學設計模型與應用[J]．化學教育（中英文），2016，（1）：74～81.