教科书化学史料选用特点及其导学功能比较例谈——以“质量守恒定律的发现史实”为例

■张冰峰

教科书化学史料选用特点及其导学功能比较例谈
——以“质量守恒定律的发现史实”为例

■张冰峰

化学史料教育元素导学功能比较研究

查阅《义务教育化学课程标准（2011年版）》，并没有关于要进行化学史教育的课标要求，若搜索“化学史”或“科学史”关键词，在三万多字的“课程标准”正文中，只出现过三处：一处是要求运用有关探索原子结构的科学史实，使学生了解科学家严谨求实的科学态度；另两处要求在创设教学情境中要运用化学史实等。可见，化学史在初中化学教学中的作用仅限于情感维度目标和课堂的情境创设。但是通过对现行义务教育教科书的比较发现，“化学史”也已成为化学教科书中重要的组成部分，突出表现为各种化学史料选用量明显增加，不再是一些点缀性质的逸闻趣事，更不是严谨学科知识外加的一味“调味剂”，其承载着的教育教学功能也突出彰显，充分体现了新课程培养学生具有科学和人文素养的育人理念。

1.化学史料素材选用特点比较分析

为方便著文与分析，本文以现行的义务教育阶段的人教版、沪教版、鲁教版三种教科书为分析对象，仅以有具体人物、事实、成果以及影响力等四个要素俱全作为标准所选择的一类化学史料，不包括一些古代的发明和近代的科技成果（如C60的发现和发展史）等。具体选用的化学史料汇总表如下（见表1）：

三种教科书选用的化学史料中涉及古、今、中、外等各类科学家、化学家约23人，史料涉及宏观物质性质认知，微观粒子认识发展，元素规律发现，科技创造发明等。三种教科书密切结合三维目标选择化学史料，且选择数量非常接近，人教版9例，沪教版8例，鲁教版9例，其中都选用的相同化学史料就有6例，分别是空气成分的发现、人类对原子的认识、元素周期表的发展历程、质量守恒定律的发现、酸碱指示剂的发现、侯氏制碱法等史料。

三种教科书虽然都选取了6例相同的化学史料，但陈述内容详略差异较大。鲁教版用49页大篇幅介绍了元素周期表的发展历程，且更为详尽。从19世纪初元素种类的不断发现开始，到1817年的德国化学家德贝莱纳发现的“三元素组”的规律性，1862年法国科学家尚古多按相对原子质量递增排列方式，1864年英国化学家纽兰兹发现的“元素八音律”规律，1869年俄国化学家门捷列夫依据已知的63种元素相对原子质量递增顺序排列，得到的第一张元素周期表；而1913年美国科学家莫斯雷按原子的质子数对元素进行排序得到的元素周期表，更好地体现了元素性质周期性的变化规律。

表1三种教科书选用化学史料汇总表

教师在备课时，尽量广泛阅览，尤其可以借鉴不同版本上对同一化学史料的表述，以便修正或补充，这有利于学生知识的科学建构。

2.教科书中化学史料导学功能的例举分析

据文献数据分析，开展化学史教育的功能或价值主要包括7个方面：①提高学习兴趣；②加深对知识的理解；③理解并掌握化学发展的历程；④形成科学思想，掌握科学方法；⑤培养人文精神；⑥培养科学精神；⑦设置教学情境。分析不同版本教科书中选择“化学史料”，或作为学生学习的情景材料，或作为知识理论的证明素材等，目的都是为实现对学生“知识与技能”“过程与方法”“情感态度价值观”的三维目标的培养，教师需深入挖掘史料中隐含的教育教学因素，并结合具体化学知识教学设计，择机渗透，发挥“导学”功能，以实现化学史教育的功能或价值。

下面以“质量守恒定律的发现史实”为例，谈谈其导学功能的运用。

2.1运用史料情景，设问激趣导学

激发学生学习兴趣，需要创设有效的学习情景。有些化学知识的学习需要了解其产生的“前身”，而许多化学事实就是其前身来源的最好情景。如人教版在课题“质量守恒定律”第二小节中，有一段文字描述：“1774年拉瓦锡的精确定量氧化汞加热分解实验，发现反应前后各物质的质量总和没有改变”，紧接教科书用“这难道是巧合吗？”作为设问，教师则顺势“导学”，引入新课，启发学生对化学变化中质量的关系的猜想与思考，激发学生动手探究的欲望，达到“悱愤”状态。

2.2适时给予史料，启迪思维导学

沪教版在课题“化学反应中的质量关系”中，运用“活动与探索”方式引导学生进行探究学习质量守恒定律，在“收集证据”环节，以“查阅资料”的方式给予了如下三段资料：

1673年英国化学家波义耳的“在敞口容器中加热金属，发现反应后容器中的物质质量增加了”的实验；

1777年拉瓦锡在密闭容器中研究氧化汞的分解与生成中各物质质量之间的关系时的“质量相等”实验，以及其得出的“质量守恒定律”结论；

后来，人们用先进的测量仪器，大量的实验进一步确认了拉瓦锡结论的正确性。

教科书要求学生认真阅读上述史实并思考回答两个问题：“你有什么想法？”“你能得出什么结论？”

分析可知，沪教版这种编排的意图是把“化学史料”作为学生探究性学习过程的一个材料，通过阅读引发深入思考，培养学生多种能力。通过探索可知，其中所隐含的信息主要有两点：其一，化学反应中的质量是守恒的，也已被实验证实，学生要相信并接受“质量守恒定律”；其二，实验中的“质量是否守恒”现象与容器的“敞口”“密闭”有很大关系；这些“想法或结论”信息对学生进行进一步的探究实验设计的思路具有很好的启迪作用。

2.3剖析史料信息，适时渗透导学

化学史料中所呈现的一些科学真理的发现过程隐含着许多信息，认真挖掘，能很好地指导我们学习再创新。鲁教版教科书关于“质量守恒定律的发现简史”的介绍就是很好的例证。

鲁教版教科书详细介绍了1673年的波义耳的敞口容器中的“质量增加”实验和1777年拉瓦锡密闭容器中的“质量守恒”实验，还插入介绍了1756年俄国化学家罗蒙诺夫的密闭容器的“质量守恒”实验，其中特别介绍了俄国化学家罗蒙诺夫只是用金属锡做实验，虽然他反复实验，得到相同的“质量守恒”结果，但却未引起科学界的注意。而介绍拉瓦锡时却特别强调他运用了更精确的称量仪器，用多种金属与非金属进行实验，并总结出当时的“物质不灭定律”。

上述史实中蕴含着很多的信息：

（1）实验是否“质量守恒”与实验体系的密封性关系密切。

（2）俄国罗蒙诺夫只用一种物质做实验，虽然反复“质量守恒”，但仍然具有偶然性，只能成为一个事实结果，而不能上升成为一个结论或一个定律，所以这一发现当时并没有引起科学界的注意。

（3）拉瓦锡运用更精确的称量仪器实验，让实验分析从定性到定量，更具说服力；用多种金属与非金属反应做实验，结论更具广泛性；能对实验现象及时进行总结提升成为一个“定律”并积极著书推介，对化学的发展做出了杰出的贡献，所以拉瓦锡成为“质量守恒定律”发现的“标志”人物。

（4）从时间上分析：1673年、1756年、1777年三个时间的实验，时间跨越百年甚至更长，充满着过程的艰辛与享受、假说的否定与肯定、理论的质疑和赞赏，表明化学理论定律的发现过程是曲折的，但还是在不断前行完善中。

从上述分析可以发现，这段化学史料中涵盖的“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”三个维度多层次的教育因素信息，教师应该在“导学”中择机渗透，充分发挥信息的教育功效。

2.4搭建史实支架，引导探究导学

鲁教版关于“质量守恒定律”的学习是采用了“科学探究”活动方式。教材没有提供“现成”的验证性实验方案，而是让学生从提供的20多种实验仪器、试剂和“盐酸与大理石反应、氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液、白磷与空气中的氧气燃烧”三个实验原理中，自由选择原理、选择仪器和药品，并独立设计探究实验方案，进行探究性实验学习，并分析得出“质量守恒定律”的结论。教科书在此节的最后以“多识一点”栏目形式较详细地介绍了“质量守恒定律的发现简史”，作为拓展学习资料，完成学生的知识体系建构。

但在实际教学中发现，运用原教材的编排设计思路进行教学设计和导学，过程很不流畅，分析原因，发现是因为此项活动的探究开放度极大。学生在具体设计时要跨越三关：

第一关：如何从三个反应中选择一个作为探究实验设计的原理？其中的难点是学生如何厘清三种反应原理的本质差异是什么？每个反应与探究质量定律的实验设计异同点是什么？

第二关：选定反应原理后，如何选择药品与仪器？此时学生的困难是要对教科书提供的20多种药品与仪器的作用进行分析，如试管夹，塑料袋或气球，放大镜，细线等有何作用？只有弄清这些仪器的作用，才能科学合理的选择实验仪器，并组装实验装置。

第三关：需要收集怎样的实验现象或实验证据？科学的结论需要科学的现象与证据，因此特别需要学生在进行实验前对实验有效证据的预测，即需观察到怎样的实验现象或收集哪些实验证据等。在此基础上还需考虑怎样让反应在安全的前提下发生，尤其是定量实验中需要注意的操作步骤与细节等。

可见教科书的实验设计对学生的实验设计能力要求极高，学生在设计实验时的表现为无思路或混乱，不知道实验设计要达到的目的，实验设计成败的判断依据是什么，实验设计中影响因素是什么？也就是说，实验设计缺少方向性，思路无序而无法作为。因此，可以利用书中提供的化学史料，挖掘其中可以发挥的“导学”功能因素，进行实验设计导学，过程如下：

（1）创设问题情境：运用多媒体创设情境并提问：“在化学反应中，反应前后物质的质量守恒吗？”

（2）探究实验初步设计：请学生根据教科书提供的实验试剂、仪器、反应原理，独立设计探究实验方案。此环节让学生独立分析实验原理、实验器材及其与实验探究设计的目的关系，教师没有具体指导性提示，让学生自由思考，不禁锢学生实验设计的思维，也许学生会有很多种方案，或成熟、或欠佳、或迷茫。

（3）请学生阅读“质量守恒定律发现简史”，并回答下列思考题：

为什么波义耳的实验“质量增加了”，而俄国罗蒙诺夫和拉瓦锡的实验却“质量守恒”了？

为什么罗蒙诺夫和拉瓦锡的实验都“质量守恒”，罗蒙诺夫没有得出“质量守恒定律”，而拉瓦锡却总结出“质量守恒定律”？

围绕“质量守恒”设计实验，选择仪器组成的实验体系一定要密封吗？你能总结出一些设计的思路吗？

还有哪些启示？

（4）继续完善设计方案，在小组内交流的基础上选择一种实验方案继续完善，组内合作进行实验探究，完成实验报告。

（5）全班展示交流：选择与其他小组不同原理的实验方案进行展示，分析实验成败的原因，总结分析得出质量守恒定律。

（6）微观守恒分析：引导学生从微观表征层面分析质量守恒的原因。

（7）检测、反馈。

从以上导学环节可以看出，在学生实验探究设计最需要帮助时，不是教师的“说”道，而是让化学史料中的信息来发挥导学作用，并通过阅读化学史料材料，培养学生的阅读能力，有效信息摄取能力和思维迁移能力。

3.结束语

化学史实是优质的教学资源，宋心琦教授认为科学史料的教育作用“更应当着眼于科学素质的培育和提高”，“但是在现实教学中，由于受到课程学时的限制和应试为主的影响，化学史料的选取存在着随意性较大和教育价值取向狭窄等不尽人意之处”。对化学史料的整理、研究与教学被普遍忽视，化学史料好似教学中的“鸡肋”被边缘化或省略化，所以许多专家学者极力呼吁要加强化学史的教育，而这一切的转变与落实关键在于教师。

首先要提高教师化学史教育的意识与素养；应该重视化学史料的学习，并作为对学生进行科学精神的核心理念熏陶和科学方法学习的载体；其次需要科学把握和落实新课程标准精神，进一步探讨、研究化学史料的教育功能，务必扭转“重增智轻育人”教育观念。在课堂教学中，或相互借鉴专业化学史实书籍和不同教科书中的化学史实；或穿插讲授，开设化学史专题讲座；或组织化学史研究性课题活动、举行化学史案例分析讨论会；或利用化学史编制习题等多种方式，挖掘化学史料中蕴含的教育元素并潜移默化地融入教学，加深对化学学科科学本质的理解，促进学生形成科学思想和方法，培养学生更高尚的人文精神和科学精神。

（作者为江苏省如皋市外国语学校教师）

通过对义务教育阶段课程标准以及不同版本教科书中化学史选用和作用的比较分析，归纳了教科书选用化学史实的一些编写特点。结合教学实际，建议在教学时要善于挖掘化学史料中隐含的教育元素，有机融合化学史教育，充分发挥化学史的教学导学作用，以期达到“励志育人，增智添慧”的目的。