基于化学史教育培养学生化学核心素养的探究

王思雨 翟宏菊 郑鑫宇 张志林

摘 要：化学史是化学教学中的重要情景素材，对于学生学科核心素养的培育发挥着重要作用。化学史融入化学教学中，具有增添学习趣味，加强知识理解，拓展科学思维及培养化学核心素养的价值意蕴，本文以“元素周期表”为例，渗透化学史进行教学设计，在探索周期表编制的过程中，促进学生化学学科核心素养落地。

关键词：化学史；化学核心素养；高中化学教学；元素周期表

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《新课标》）中指出，要全面发展学生的化学学科核心素养，注重以“素养为本”教学的落实［1］。《新课标》从五个维度凝练了化学学科核心素养，并在“情景素材建议”中均體现出化学史教育的内容，建议将化学史教育渗透到中学化学课堂中，倡导化学课程应该与人类探索自然规律的历程和化学科学发展的趋势相结合，将其中所蕴含的思想和精神以不同的方式渗透给学生，有利于学生对新课标中所倡导的化学核心素养的内涵有更深层次的了解，从而将素养目标内化于心［2］，促进化学核心素养的提升，其本质是推动了化学课程与学生的人文底蕴和核心素养培养上的双向并重。

1 化学史的内涵与价值

化学史是人们在漫长的社会实践中对化学知识探究的历史，反映了化学知识的动态生成过程，折射出先辈的科学思维、精神与态度［3］。化学史是化学教学中必不可少的素材，它既是化学学科发展的历程，又是对化学研究者理想信念、民族情怀和社会责任感的体现，通过化学史的学习，可以让学生透过历史素材，看到其发展历程，从而加深对化学知识的认识理解，进而提高其内在的学科发展素养。

2 基于化学史教育的重要性

2.1 增添学习的趣味性

传统的化学学科往往注重概念和教材内容的讲授，而教师只注重学科知识的传授，这样的教学方式枯燥乏味，导致学生失去化学学习中原有的乐趣，降低了学习积极性。因此，要将化学史实灵活地穿插融入教学过程中，在化学史的渗透过程中，教师通过引导学生回顾一些有趣的历史故事，在历史长河中讲述知识，吸引学生注意力的同时让他们在兴趣中学习，从而激发对于化学的学习热情，并为学生探索未知的世界注入动力。

2.2 加强知识的理解

高中化学所涉及的教学内容中某些知识具有较深的理论性，这些知识晦涩难懂，在学习过程中学生们往往难以理解，将化学史作为背景材料穿插在教学过程中，使学生站在历史的视角学习前人对于化学概念和理论的探索过程和演化过程。接着在教师讲授指导下，进一步引导学生了解化学知识内容是如何产生的，又要应用到哪里去，把对理论性知识的“排斥”转化为学习知识的动力，促进学生对于化学知识的理解及掌握。

2.3 拓展科学思维

规律不是凭空想象的，而是科学家们经过长期探索与总结形成，化学史素材反映出人们探求自然规律的漫长和艰辛，体现了先辈探索实践、勇于创新的科学精神［4］，在高中化学教学环节中穿插化学史实，有利于培养学生的辩证唯物主义思想，对于高中生化学知识的储备和思维拓展具有潜在作用。同时，通过培养学生在学习中注重探究的过程，转换他们的思考方式，提高对学科知识的分析、应用能力，使其科学思维能力得到提升。

2.4 培养化学核心素养

化学核心素养是学生通过化学学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力［1］，促进学生化学核心素养发展已成为化学教学最为关键的教学任务。化学史宝库包含了丰富多样的内容，蕴含着独特且深远的教育价值理念，其中科学家们所表现出的开拓创新的科学精神，以及科学家们所运用的证据推理、宏微结合等探究方法与核心素养的五个维度十分契合。在化学教学过程中，将具有独特育人价值的化学史素材融入其中，是培养学生化学核心素养必不可少的一部分。

3 教学设计

3.1 教材分析

《元素周期表》是新人教版高中化学必修第一册第四章第一节《原子结构与元素周期表》的内容，本节内容具有一定的理论指导意义，学习本部分知识，既是对前面学习过的元素及其化合物知识的综合、归纳、整理，又为元素周期律的学习奠定基础，在化学课程中具有独特的承载作用。

3.2 学情分析

元素周期表在初中已有简单的介绍，学生对元素周期表的大体结构也有了一定的了解，也学会用周期表查找常见元素的相关知识，但对元素周期表的发展历程没有更深刻、全面的认识，对元素位置与原子结构的关系没有更深的理解。

3.3 教学目标

（1）了解周期表的编制过程，能从物质的宏观特征对其进行分类；（2）通过学生编排元素周期表，学会推断元素在周期表中的位置及其电子层结构，逐步建构“位”“构”“性”认识模型；（3）通过学习元素周期表发展历程，领略科学家刻苦钻研的科学态度，以此来引导自己的实践，形成科学精神和创新意识。

3.4 教学流程

教学流程，见图1。

3.5 教学设计

环节一：问题设疑，导入新课

［问题］同学们知道元素周期表是哪位化学家编制出来的吗？元素之间有哪些规律？又存在着何种联系？是否能对已发现的118种元素进行有序排列或分类呢？

［过渡］大家都知道门捷列夫制作出世界上第一张元素周期表，做出了巨大贡献，但他并不是唯一对元素周期表做出贡献的科学家，探索科学的道路从来都不是平坦的，往往都是站在巨人的肩膀上不断探索。如果我们知道科学家如何编制元素周期表，那么上述问题就会迎刃而解，接下来我们通过探究活动和学习元素周期表的发展史（见表1）开展本节课的学习。

环节二：活动探究，引发思考

［教师］请同学们仔细阅读课前做好卡片上的信息（见图2）后，将这些卡片分组并说明你分组的依据。

［过渡］通过仔细观看，可以知道每张卡片上都列出了名称、符号、相对原子质量以及核外电子排布，单质的性质和化合价等信息。我们应怎样梳理信息并将元素分组？

［学生］认真讨论，将卡片分组。

［教师］有的同学将氧气和氯气分为一组、溴单质分为一组，这是按照单质的状态不同来进行分组的，氧和氯是气体，而溴是液体，剩下的钠、硫、钾、钙等固体分为一组。还有其他同学说说自己是如何分组的吗？

［学生1］我把钠、钾、钙单质分为一组，因为它们都是金属，氧、硫、氯、溴单质这些非金属分为一组。

［学生2］我将氧元素和硫元素分为一组；氯元素和溴元素分为一组；钠元素和钾元素分为一组，这是依据元素最外层电子数相同所分组的，分组之后我还发现每组元素的化学性质和元素化合价都是相似的。

［教師］通过以上同学的分组，我们知道元素之间存在着内在联系，可以采用不同的分类依据，元素就会有不同的分类情况。由表及里，逐渐深入微观领域，以原子核外最外层电子数目作为分类依据时，就会越来越接近事物的本质。

设计意图：通过活动探究，提高学生的分析和逻辑思维能力，使学生认识到事物之间是普遍联系的，对事物的认识是由表及里、由浅入深，从而认识到事物的本质。

环节三：讲述史实，认识元素周期表

［过渡］事实上元素周期表发现的过程中，科学家们也经历了和同学们一样的思考路径，科学家们在分类过程中逐渐地揭示出元素更本质的特征，不断地对元素周期表进行修正，终于得到了我们现在所使用的元素周期表。

［拉瓦锡的化学元素表］1789年，法国化学家拉瓦锡在《化学概要》一书中提出了第一个元素分类表，将当时发现的33种元素按照化学性质分为了金属元素、非金属元素、气体物质和土质物质等四组。

［德贝莱纳的“三元素组”］1829年，德国化学家德贝莱纳分析了44种元素，将化学性质相似的十五组元素分为了五组三元素组：锂、钠、钾；氯、溴、碘；硫、硒、碲；钙、锶、钡；锰、铬、铁。

［纽兰兹的“八音律”］1865年，英国科学家纽兰兹将元素按照相对原子质量由小到大依次排序，形成了元素表格（见表2），在研究中他发现了一个有趣的现象：当元素按原子量递增的顺序排列起来时，每隔8个元素，元素的物理性质和化学性质就会重复出现，就像音阶里的八度一样［5］，但是纽兰兹只是机械地排列当时所发现的元素，没有考虑尚未发现的元素，更没有指出元素之间的内在规律。

［门捷列夫的元素周期表］1869年，俄国科学家门捷列夫经过长期的研究绘制出了第一张元素周期表，在门捷列夫绘制的元素周期表中将元素按相对原子质量由小到大的顺序排列，并将化学性质相似的元素放在一行［6］，同时他还预言了“类铝”“类硅”“类硼”等未知元素的存在，并对它们的性质进行了预测，在门捷列夫绘制出元素周期表后，化学界掀起了一股发现新元素和研究无机化学理论的热潮。

［教师］随着技术手段的不断进步，越来越多的元素被发现，目前为止，人们已经发现118种元素，元素周期表也逐渐演变成了如今这种形式，回看化学发展史，化学家们也在不断地从多种角度寻找规律，他们都在对元素进行有意识的分类，在处理综合信息时，不同人有不同的思考角度，分类的依据也不同，只有当分类的依据由表象到本质，由宏观到微观时，我们才能越来越接近事物的本质。

设计意图：沿着科学家的脚步，体验了元素周期表的编制过程，有助于学生们感受到科学家们崇尚创新、热爱科学和不畏艰难的精神，培养学生“宏观辨识与微观探析”“科学探究与创新意识”的核心素养；同时使学生们体会到化学史在化学学习中的重要性。

环节四：知识讲解，巩固提升

［教师］根据上节课原子结构的学习，总结1～20号元素在元素周期表中的排列规律。

［学生］元素按照核电荷数由小到大的顺序依次排列，元素在周期表中的顺序即原子序数等于核电荷数，电子层数相同的元素排在同一横行，并且周期的序数等于该行元素原子的电子层数；除稀有气体所在的零族外，同一纵列的元素最外层电子数相同，并且最外层电子数与族序数相同。

［教师］观看教材附表中的元素周期表，思考总结元素周期表的结构。

［学生］在教师指导下总结出每一横行称为一个周期，每一纵列称为一个族；元素周期表有七个周期，前三周期称为短周期，其他周期称为长周期；族包括主族、副族和零族，族序数用罗马数字表示，主族元素的族序数后标A，副族元素在族序数后标B（除第Ⅷ族）。

［练习］科学家用钙离子撞击放射性元素锫（Bk），产生了质子数为117的超重元素Ts。Ts的原子结构示意图（见图3），试判断它在元素周期表中的位置。

设计意图：通过对知识的梳理讲解，逐步建构“位”“构”“性”认识模型，培养学生“证据推理与模型认知”的核心素养，以有针对性的习题练习结尾，利于培养学生学以致用的能力。

3.6 教学反思

“元素周期表”教学设计呈现出许多版本，然而，在新教材教学内容重组下，尤其是对化学史的应用，可以使学生能更好地了解“元素周期表”的编写过程，本节教学设计中将化学史素材和教材内容有机融合使学生对“元素周期表”的编制历程有了更深入的了解，以化学史为主线，使学生身临其境地体会到科学家编制周期表的进程，以促进学生的科学精神、创新精神和核心素养。

结语

化学史是化学教学内容的重要组成部分，它呈现给学生丰富多样的化学知识，激发学生探索未知的动力，在化学课程中深层次地引领学生从历史发展角度去学习化学知识，在化学教育中以化学史为切入点，能够有效提升学生的化学核心素养，从而实现“素养为本”教学理念的达成。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］傅彤.基于化学史教育培养高中生的化学核心素养［D］.大连：辽宁师范大学，2021.

［3］刘贝贝，严文法.基于化学史学科核心素养培养价值的教学设计——以新人教版必修第一册“电解质的电离”为例［J］.化学教学，2021（09）：5155.

［4］董丽敏，单连伟，吴泽.基于课程思政的化学课程教学融入化学史的重要性［J］.教育教学论坛，2021（44）：142145.

［5］张娟，姜建文.基于化学史的“元素周期表”教学设计［J］.化学教育（中英文），2017，38（17）：7581.

［6］龚贤，顾红霞.基于学科理解的高中化学教学设计——以“元素周期表”为例［J］.化学教与学，2022（19）：4045+54.

基金项目：吉林师范大学2021年职业教育与成人教育教学研究课题（5号）

作者简介：王思雨（2001— ），女，满族，辽宁抚顺人，硕士研究生在读，研究方向：学科教学（化学）。

*通讯作者：翟宏菊（1973— ），女，汉族，吉林四平人，博士，硕士生导师，研究方向：学科教学（化学）、无机化学。