基于发展学科核心素养的高中化学史教育的实践与思考

华丽芬

（江苏省常州市前黄高级中学国际分校）

从事化学教育工作50多年的刘知新教授认为：“化学教育不仅仅具有使受教育者理解和掌握化学知识与技能的功能，更蕴含着育人和笃行的重要功能。大学前化学教育的任务是能培养受教育者科学判断真理，开启探究科技世界的窗户，倡导并引导他们树立科学人文观念，实现它所蕴含的启智、益智、育人和笃行等方面的价值。”

在化学教学中，借助于化学史开展学科探究和知识生成，对于发展学科核心素养有着重要的实践价值和理论意义。

一、高中化学核心素养提出的背景与含义

为落实“立德树人”的教育根本任务，充分发挥课程在人才培养中的核心作用，高中化学课程标准修订组根据《中国学生发展核心素养》和高中化学课程特点，提出包含“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认识”“实验探究与创新意识”“科学精神和社会责任”等五个要素的高中化学核心素养，要求教师通过教学帮助学生逐步建立和发展“基于元素认识物质”“微粒之间存在相互作用”“结构决定性质”“化学反应中的守恒与平衡”“实验是科学探究的基本过程和方法”等化学核心观念。

二、高中化学史教育的实践与思考

我国著名化学家、教育家傅鹰认为：“化学给人以知识，化学史给人以智慧。”化学史提供了重要的科学史实、概念、原理及科学发现的历史背景、现实来源及其应用，可以加深学生对知识完整的理解；有助于学生学习科学家的研究方法，理解科学研究的过程；学习科学家高尚的品质、科学的态度和人文精神。

1.再现化学史，创设问题情境，构建化学基础知识和基本技能

化学史能让学生了解化学理论中的概念和原理是在什么条件下被提出来的，以化学史为背景创设问题情境，学生从中可以感悟到科学家发现问题、进行推理判断、提出假设并进行验证的科学思维过程。

【教学片段一】溶液的酸碱性

【提出问题】检验溶液酸碱性的方法有哪些？pH是什么？与溶液的酸碱性有何关系？

【材料一】17世纪英国化学家波义耳在一次实验中不小心将浓盐酸洒在了实验室内的紫罗兰上，过了一会，他发现深紫色的紫罗兰变成了红色。这一奇怪的现象促使他进行了许多花木与酸碱相互作用的实验，由此他发现了大部分花草受酸或碱作用都能改变颜色，其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明显，它遇酸变成红色，遇碱变成蓝色。利用这一特点，波义耳用石蕊浸液把纸浸透，然后烤干，这就制成了实验中常用的酸碱试纸——石蕊试纸。

【材料二】“pH”是由丹麦化学家彼得·索伦森在1909年提出的。索伦森当时在一家啤酒厂工作，经常要化验啤酒中所含氢离子浓度。每次化验结果都要记载许多个零，这使他感到很麻烦。经过长期潜心研究，他发现用氢离子浓度的负对数来表示氢离子浓度非常方便，并把它称为溶液的pH（p代表德语Potenz，意思是力量或浓度，H代表氢离子）。

“溶液的酸碱性”是溶液中微粒及微粒间相互作用的宏观表现，学生在初中阶段就已经能利用石蕊试纸、pH试纸测试溶液的酸碱性，高中选修阶段引入了定量方法：pH与溶液中氢离子浓度的定量关系及相关计算，结合化学史进行教学，激发了学生的学习兴趣。以弱电解质水的电离及移动的知识为载体，从微观、动态、平衡、定量的角度认识水溶液中溶质电离生成的微粒与水电离生成的H＋和OH－的相互作用，以及这种相互作用导致水的电离平衡的移动及水溶液酸碱性的变化，由此认识溶液的酸碱性取决于水溶液中H＋和OH－浓度的相对大小，而H＋和OH－浓度的相对大小受水的电离平衡的制约。

马克思主义哲学认为，物质是不停运动变化的，平衡和运动是不可分的，客观世界是不断地沿着由不平衡到平衡、再由平衡到不平衡的轨迹运动着。内因是事物变化发展的内在根据，是事物运动的源泉和动力。“宏观辨识与微观探析”“变化思想与平衡观念”是具有高度概括性、统领性和迁移性的化学学科观念。

2.挖掘化学史，设计探究活动，培养科学研究方法和创新精神

在化学教学中结合化学史，设计具有思考价值的问题和蕴含科学本质的探究活动，能够很好地引导学生深刻思考知识之间的内在联系，从而逐步形成科学研究的正确方法，培养科学的思想和创新的精神。

【教学片段二】苯的结构

【材料一】19世纪初，煤气已经得到了广泛的使用，最主要的用途之一就是用来照明。在生产煤气的同时总会有少量的液体剩余，但是这种液体一直没有引起人们的注意。英国科学家法拉第首先对这种液体产生了兴趣，他把这些液体进行了蒸馏，在80℃左右得到一种新的液体。1825年，他向英国皇家学会报告了自己的发现，并将这种液体称为“氢的重碳化合物”。这种液体是一种无色透明的液体，略有香味，当把它放到冰水中冷却时，它会结晶成为固体，如果让温度慢慢上升，在5.5℃时它又会融化。融化后的液体完全暴露在空气中，最后会完全挥发。

【探究活动一】从法拉第的描述中你知道了苯的哪些物理性质？

【材料二】1834年，德国科学家米希尔里希思也制得了法拉第曾经制得的那种液体，它采用的方法是加热苯甲酸和碱石灰的混合物，并将其命名为“苯”。后来法国化学家日拉尔经过测定，发现苯的密度是同温同压下乙炔的3倍，其中碳元素的质量分数为92.3%。

【探究活动二】你能计算出苯的分子量并确定苯的分子式吗？它是否为饱和烃？

【材料三】德国化学家凯库勒曾提出“碳四价学说”和“碳链学说”。为搞清楚苯的结构，他分析了大量的实验事实，彻夜苦思冥想，但一直没有找到合理的答案。一天晚上，工作了一天的凯库勒坐在椅子上休息，很快就进入了梦乡，梦中一直困扰他的碳原子又跑了出来，每个碳原子上面带有一个氢原子，一个连一个变成了一条奇怪的长蛇，忽然怪蛇一口咬住了自己的尾巴，并旋转不停。此时，他猛地醒过来，迅速把梦中的环记在了本子上，并以此整理出苯分子结构假说。

【探究活动三】根据材料，试推测凯库勒提出的苯分子结构是怎样的。画出它可能的结构。

【材料四】经实验，得到以下事实：

（1）苯既不能使溴水褪色，也不能使高锰酸钾溶液褪色。

（2）1mol苯在一定条件下最多可以与3mol氢气发生反应生成环己烷。

（3）邻二甲苯只有一种结构。

【探究活动四】能否用凯库勒式来解释以上三个事实？

【材料五】1935年詹斯用X射线衍射实验证实苯分子结构是平面正六边形，并测得了苯分子中碳键的键长介于单键和双键之间。20世纪80年代发明了扫描隧道显微镜，人们终于“亲眼目睹”了苯分子的“真容”。

【探究活动五】从苯的发现到真正目睹它的真容，用了将近200年的时间，你有何体会？

化学学科历来十分重视实证研究，高中化学课程中所涉及的化学理论和原理，都是建立在对大量实验事实进行比较分析、归纳概括的基础上的，这就是“证据推理”。由于化学研究的对象是分子、原子层面的物质，且物质具有多样性，不同物质的结构具有独特性等特点，人类运用化学方法探索物质世界时，常常对大量实验事实进行比较分析、归纳概括后，还需要通过抽象和简化的方法建构模型，再现物质及其变化的基本规律，这就是“模型认知”。通过挖掘化学史，设计探究活动，不但能培养学生基于证据进行分析推理，概括信息建构模型，用模型思想认识物质及其变化规律的能力，而且能培养学生严谨的科学态度，独立思考，敢于提出创造性见解的品质。“实验探究和创新意识”是化学学科实践的核心要素。

3.正视化学史，开展客观评价，树立科学态度和可持续发展思想

教育的本质是教学生学会学习、学会做事、学会做人，其中教会学生做人是教育工作者的第一要务。这就要求我们在教学中结合化学史实，教育学生合理运用化学知识造福人类，在推动社会发展的同时把对环境的危害降到最低，使社会能够可持续发展。

【教学片段三】合成氨工业

在化学发展史上，有一位化学家，虽早已长眠地下，却曾给世人留下关于他的功过是非的激烈争论。他就是上世纪初世界闻名的德国物理化学家、合成氨的发明者弗里茨·哈伯。

哈伯的父亲是知识丰富又善经营的犹太染料商人，家庭环境的熏陶使哈伯从小和化学结缘。哈伯天资聪颖，好学好问好动手，小小年纪就掌握了不少化学知识，他曾先后到柏林、海德堡、苏黎世求学，做过著名化学家霍夫曼和本生的学生。大学毕业后在耶拿大学一度从事有机化学研究，撰写过轰动化学界的论文，哈伯19岁就被德国皇家工业大学破格授予博士学位。

1908年7月，哈伯经过不断的实践和努力，终于在实验室用N2和H2在600℃、200个大气压下合成了氨气，虽然产率少得可怜，仅有2%，但却敲开了合成氨的大门。哈伯的成果一经发表，就引起了德国军界高层的注意。为了利用哈伯，德国皇帝亲自聘请哈伯出任德国威廉研究所所长一职。从1911年到1913年短短的两年内，哈伯不仅提高了合成氨的产率，合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药。1913年，第一次世界大战开始之前，哈伯已经在德国各处修建了无数合成氨工厂，为侵略者准备了数百万吨的炸药。当事实真相曝光后，世界各国的科学家都对哈伯提出了强烈的批评。1918年，当他获得诺贝尔化学奖时，更是激起了世界人民的愤怒。

合成氨的成功实现不仅开辟了人工固氮的历史，还对化学工业的发展起到了极大的促进作用。从化学平衡理论的实践到气体循环使用思路的产生，从催化剂的选择使用到耐高压容器的广泛采用，化工生产的技术从来没有像这样被综合运用过，这为以后化学工业的快速发展奠定了坚实的基础。因此，哈伯获得诺贝尔奖是完全有理由的。但同时我们还应该辩证地看待哈伯，他所生产出的氨气被进一步加工为炸药，他还研制了氯气、光气、芥子气等化学武器，所以他是一名盲目的爱国者。

“科学精神与社会责任”是对化学学科价值很好的诠释，科学技术是一把“双刃剑”，它可以为人类带来福祉，但一旦被滥用，也会给人类带来灾难。通过化学史教育，可以更好地帮助学生树立正确的科学观、可持续发展的绿色化学观。

三、结语与展望

21世纪应该培养学生什么样的品格与能力？《中国学生发展核心素养》总体框架通过引领和促进教师的专业发展，指导教师在日常教学中更好地贯彻落实党的教育方针。高中化学教师可以通过化学史这类教学资源开展教学实践，改变当前存在的“学科本位”和“知识本位”现象，引领学生发展核心素养，帮助学生明确未来的发展方向，培育全面发展的人。

［1］［英］托马斯·汤姆森.化学史［M］.中国大地出版社，2016-03.

［2］邹正.新课程高中教师手册（化学）［M］.南京大学出版社，2012-04.

［3］钟启泉.核心素养的“核心”在哪里［N］.中国教育报，2015-4-1.

［4］石华军.基于化学史教育的化学教学设计研究与实践［D］.山东师范大学，2013.

［5］吴星.对高中化学核心素养的认识［J］.化学教学，2017（5）.