摘要： 結合幾則公開發(fā)表的教學設計，就融合化學史的教學是照顧歷史事件還是知識體系，是遵循歷史時序還是認知順序，是進行事件重復還是改造重演等問題進行了討論，以便探尋融合化學史教學的更優(yōu)途徑。

關鍵詞： 融合化學史； 化學教學； 教學設計

文章編號： 1005-6629（2018）7-0036-04 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

近年來化學教師對“科學給人以知識，科學史則給人以智慧”的認同度不斷提高，融合化學史教學的話題受到了廣泛關注?！吨袑W化學教與學（復印報刊資料）》2018年第1期設置“融合化學史教學”專題，收錄了2017年發(fā)表在化學教學類雜志上的有關“氯氣”[1]“二氧化碳”[2]“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”[3]“元素周期表的誕生和發(fā)展”[4]等4則課例（下文引用時直接指明課例名稱，不再標注出處）。這些課例對如何在教學設計中融合化學史、破解教學難點、發(fā)展學生的科學本質觀，具有一定的指導意義和參考價值。然而，科學發(fā)現(xiàn)“既是必然的，又是偶然的”，“是偶然性和必然性的辯證統(tǒng)一”，特別是人類的早期發(fā)現(xiàn)經常是“通過偶然性揭示必然性”，這樣就使得不同科學家的先后發(fā)現(xiàn)之間不一定存在遞進與推演關系[5]。于是相關課例引發(fā)了筆者對化學教學如何更好地融合化學史的追問與思考。

1 是照顧歷史事件還是知識體系

人教版高中教科書中的“氯氣”，由1774年瑞典化學家舍勒（Scheele， 1742～1786）在用濃鹽酸處理軟錳礦時發(fā)現(xiàn)一種黃綠色的氣體，到1810年英國化學家戴維（H. Davy， 1778～1829）確認是氯氣的“科學史話”引入，并在“思考與交流”欄目設置有關“從發(fā)現(xiàn)到確認長達30多年的史實的啟示”和“舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣的化學方程式”兩個問題；然后介紹氯氣的氣味、狀態(tài)等物理性質，氯氣與金屬、非金屬反應的化學性質；在“氫氣在氯氣中燃燒”實驗之后的“思考與交流”欄目中，給出有關“對燃燒條件與本質有什么新認識”的問題；在“自來水廠用氯氣消毒”的事實之后，介紹氯氣在水中的溶解性，氯氣與水的反應，次氯酸的強氧化性、漂白性、弱酸性和不穩(wěn)定性，以及氯氣消毒自來水的缺點和替代品，并安排潮濕和干燥氯氣漂白性的對比實驗；再由氯氣在水中溶解度小，次氯酸不穩(wěn)定、難以保存等事實引出漂白液和漂白粉的話題，并介紹氯氣與堿的反應；最后介紹氯氣的用途以及安全使用的有關問題[6]。

“氯氣”的教學設計是針對人教版教科書進行的，并在教科書介紹的舍勒發(fā)現(xiàn)黃綠色氣體到戴維將其確認為氯氣的30多年之內，挖掘和增加了其他有關氯氣性質的史料，包括1874年貝托萊證實氯水有漂白作用；1789年臺奈特將氯氣通入石灰乳制得漂白粉；1809年蓋·呂薩克和泰納用氯氣制得鹽酸。教學設計以這些史料的發(fā)展軌跡為線索，先后組織了氯氣的實驗室制法和物理性質，氯氣與水的反應和氯水的性質，氯氣與Ca（OH）2等堿的反應，氯氣與氫氣的反應等知識的探究和學習。作者反思時認為，“乍看縱橫交錯，像一盤散沙似的教學流程，其實是有一條隱性的線索貫穿始終”，也就是“以氯氣的發(fā)展歷程為線索”，采用“歷史線、探究線和知識線的三線結合”。其實科學發(fā)現(xiàn)過程“相對無序”的歷史事實，決定了完全按科學史實的時序進行教學程序的設計，最終“一盤散沙”的可能性是難以避免的，甚至還可能出現(xiàn)知識點的缺漏等現(xiàn)象，像“氯氣”的教學設計就沒有涉及氯氣與金屬的反應，也沒有將學生對氯氣與氫氣反應的認識提升到氯氣具有氧化性的層面，當然最后更沒有安排知識系統(tǒng)化整合的環(huán)節(jié)。

雖然課程改革倡導從傳統(tǒng)的重學科知識體系完備性、重知識結構輕能力培養(yǎng)的教育模式，向提升學生能力水平、促進其全面發(fā)展的新模式的轉變，但也不是不要學科知識體系或知識結構，而且掌握相應的學科知識是學生全面發(fā)展的基礎。所以，對于課堂教學要不要在課程標準的框架下追求知識系統(tǒng)性的問題，答案是顯然的。事實也表明，結構化程度高的知識才容易被提取和運用，從而實現(xiàn)問題解決并獲得新的知識。不管是否融合化學史，教學都應該幫助學生實現(xiàn)知識的整合和系統(tǒng)化，對于融合化學史而可能導致“一盤散沙”的現(xiàn)象，更應該采取一定的補救措施。目前幫助學生知識結構化和系統(tǒng)化的常用方法是指導或帶領學生用思維導圖整合知識，如果融合化學史的“氯氣”教學設計，最后用相應的思維導圖建構知識體系，就可以使學生從整體上把握知識，彌補因為照顧歷史事實而可能導致的知識松散甚至缺漏現(xiàn)象，達到歷史事件和知識體系兩相兼顧的良好效果。

2 是遵循歷史時序還是認知順序

人教版義務教育教科書中的“二氧化碳”，包括顏色、狀態(tài)、氣味、密度、溶解性等物理性質，能與水、Ca（OH）2等反應以及不支持燃燒的化學性質，用澄清石灰水的檢驗方法，相關用途以及對生活和環(huán)境的影響[7]。融合化學史和生活的“二氧化碳”教學設計，與“氯氣”教學設計的思路基本相同，只是在“歷史線、活動線、知識線”三線結合的基礎上增加了“生活線”，具體是以化學家對二氧化碳的認識發(fā)展（歷史線）創(chuàng)設教學情境，讓學生通過實驗探究（活動線）挖掘出化學史蘊含的知識（知識線），再用學到的知識解決生活中的問題（生活線）。其中的歷史線完全是事件發(fā)生的先后順序： 17世紀初海爾蒙特首次發(fā)現(xiàn)二氧化碳（密度比空氣大）；1755年布萊克分離出二氧化碳（用澄清石灰水檢驗）；1766年卡文迪許研究二氧化碳溶解性（二氧化碳能溶于水），1774年貝克曼研究二氧化碳與水的反應（二氧化碳能與水反應）。由于二氧化碳的知識比較簡單，教科書中的內容與相關歷史事件基本匹配，所以，相應的教學設計也比“氯氣”的教學設計顯得清晰和結構化。當然，如果最后能用思維導圖建構知識體系，那就更為完美了。

“二氧化碳”和“氯氣”的教學設計都以歷史線索貫穿始終，那么，融合化學史的教學設計是不是都可以或都必須遵循歷史的時序呢？研讀“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”的教學設計可以發(fā)現(xiàn)，問題的答案是否定的。人教版高中教科書中編排的“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”，首先是聯(lián)系有關導電現(xiàn)象給出電解質的定義，“在水溶液或熔融狀態(tài)下能夠導電的化合物叫做電解質”；接著解釋酸、堿、鹽在水溶液中導電的原因，是“因為它們在溶液中發(fā)生了電離，產生了能夠自由移動的離子”，并以NaCl為例說明形成水合離子的過程，還配了NaCl在水中的溶解和電離示意圖；然后結合HCl、H2SO4和HNO3的電離方程式，從電離的角度概括出酸的本質；最后是“思考與交流”欄目，要求學生“從電離的角度概括出堿和鹽的本質”[8]。但教科書的設計沒有涉及“電解質在水溶液中電離的自發(fā)性”和“電離時能量的來源”等問題，這可能使學生產生“電解質在通電條件下才會電離”的錯誤認識。為了突破相應的難點，“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”的教學設計充分利用化學史，在相關教學環(huán)節(jié)中，將電離理論發(fā)展史的片段和創(chuàng)建電離學說時所構建的相關示意圖提供給學生，讓他們提出電解質溶液中離子來源的主張，或思考電解質電離時能量的來源，并通過相應的實驗進行驗證。其中所提供的電離理論發(fā)展史或電離學說示意圖，都沒有嚴格遵循歷史時序，而是經過了必要的重構和加工。

再看電解原理的教學。學生在學習人教版高中教科書中的電解原理之前，曾兩次接觸過電解水的實驗。一是在初中化學“水的組成”部分，用以說明“水不是一種元素，是由氫、氧兩種元素組成的”[9]；二是在高中化學“氣體摩爾體積”部分，用以說明產物中H2和O2的物質的量之比等于氣體體積之比[10]。從化學發(fā)展史來看，電解是從水開始的，戴維發(fā)現(xiàn)元素的一系列實驗則是從電解水到電解水溶液再到電解熔融物[11]。為此，有“電解原理”教學設計也從電解水開始，一方面因為“電解水”是學生的已有知識，符合“從學生已有知識經驗出發(fā)”的教學原則；另一方面，電解的歷史是從“電解水”開始的，又“遵循歷史時序”。電解水看起來是學生的已有知識，其實學生只知道電解水的產物而不知道其中離子的放電原理，水中存在的H+和OH-與電解產物H2和O2之間，不像教科書設計的CuCl2溶液中Cu2+和Cl-與電解產物Cu和Cl2之間那樣的對應，再有水是弱電解質，初中化學介紹電解水時注解要加Na2SO4或NaOH增強導電性。所以電解原理教學從水開始，其難度和復雜性遠大于教科書設計的氯化銅溶液。因為分析CuCl2溶液的電解，開始是不涉及水的，考慮水時便自然引出離子的放電順序。也就是說，從電解水開始電解原理的教學，不像教科書經典設計的那樣符合學生的認知規(guī)律[12]。所以，在歷史時序與認知順序之間，認知順序顯得更為重要。

3 是進行事件重復還是改造重演

“元素周期表的誕生和發(fā)展”的教學設計是對教科書中元素周期表知識的拓展，以促進學生對相關科學本質的理解。全課安排了三個學生活動： （1）對與“元素周期表的誕生和發(fā)展”相關的6項重要歷史事件（如表1所示）按照時間先后進行排序；（2）根據(jù)X（鎵）、Y（鍺）、Z（碘）三種元素的相對原子質量、原子體積、比重以及部分化學性質，確定它們在門捷列夫第一張元素周期表中的位置；（3）結合門捷列夫第一張元素周期表中碘與碲倒置的矛盾，進一步理解元素性質與原子結構的關系（見表1）。

對于設計中的三個學生活動，作者自認為是“具有思維容量”的。其實，只是對歷史事件排序問題的難度稍大一點，一是因為隱去了具體時間，二是雖然設計的答案是⑤④②⑥①③，但僅從事件的邏輯關系來看該答案不是唯一的。由于早期不同科學家的先后發(fā)現(xiàn)之間不一定有邏輯關系，而且成果的公開時間和發(fā)表范圍還存在一定的差異，這就決定了讓學生對隱去時間的歷史事件進行排序是沒有太大意義的，苯結構的發(fā)現(xiàn)是最好的例證。一般認為苯的結構是凱庫勒于1865年的夢中發(fā)現(xiàn)的，然而有資料證明洛希米特早在1861年就發(fā)表了苯的環(huán)狀結構，這比凱庫勒早4年。但是洛希米特的成果“因為它是私下印行的，而且當時也沒有讓真正理解它的化學家讀到”，從而耽誤了被廣泛認同的時機[13]。另外，學生有了教科書中元素周期律和元素周期表的知識以后，再讓他們根據(jù)性質確定某些元素在原始殘缺周期表中的位置，是沒有什么思維容量可言的。

早在煉丹術和煉金術時期，人們就已經注意到化學反應中存在量的關系，隨著天平的使用與改進，海爾蒙特進行了著名的“柳樹實驗”，波義耳發(fā)現(xiàn)了金屬煅燒所得灰燼總是重于原來金屬的現(xiàn)象。到1756年前后，羅蒙諾索夫才比較清楚地表達了化學反應中質量守恒的思想。拉瓦錫在1789年出版的《化學綱要》中用清晰的語言表達了質量守恒定律。1905年愛因斯坦提出相對論，人們又認識到質量守恒定律所存在的局限。初中化學教學給“質量守恒定律”只安排了一個課時，要在“質量守恒定律”的教學中融合化學史，顯然是不可能完全重復從海爾蒙特開始的全部實驗，那只能是根據(jù)教學需要和學生實際對科學家的探索歷程進行加工改造和精心設計。先可以引導學生利用已有知識形成假說，然后用封閉體系中的實驗驗證假說，再用開放體系中的實驗深化認識并形成結論。最后，可以給學生介紹從質量守恒定律到質能守恒定律的發(fā)展簡史，引導學生認識自己的發(fā)現(xiàn)路徑與科學家的不同以及科學知識需要不斷地修正和完善，從而使學生對科學探究的主觀性和科學知識的暫時性等科學本質有一個顯性的認識[14]。

生物的個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)展都遵循重演律。在教學過程中，為了讓學生盡快學會和掌握間接知識，可以采取與重演律對應的“重演教學法”[15]。在科學文化知識按照“指數(shù)規(guī)律”膨脹和發(fā)展的情況下，“重演教學法”可以在相對短促而狹小的教學時空中，引導學生“摘要”式地重復前人的主要研究方法、實驗手段和思維過程，以獲得良好的教學效果?？茖W知識體系的每一個概念或規(guī)律，都需要科學家經歷漫長的發(fā)現(xiàn)之旅，甚至需要幾代人的共同努力，特別是科學知識的再生產過程與生產過程之間在目的、情境等方面存在著明顯的差異，所以，科學知識的再生產過程對生產過程的重演，不可能也不需要完全重復科學家的探索歷程。經過加工改造了的“摘要”式重演，雖然沒有原始的科學知識生產過程那樣的艱辛與獵奇，但能夠讓學生親歷適合自己的研究，并生產出屬于自己的科學知識，同時對有關的科學本質形成正確的理解?；诳茖W本質教育的“元素周期表的誕生和發(fā)展”教學設計，只要像“質量守恒定律”教學那樣，給學生提供有關史料事實，就能讓他們從中體會到科學是一個開放的系統(tǒng)，科學知識具有相對的穩(wěn)定性、不斷發(fā)展和進步的科學本質。

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