开发化学史课程资源, 培养学生探究能力

1 开发化学史课程资源，培养学生探究能力 于海强 （浙江省湖州中学 浙江 313000） 摘要： 本文主要结合新课程理念探讨了在开发利用化学史课程资源，培养学生的科学探究能力和人文精神方面的教学实践。 关键词： 化学史 ； 课程资源 ； 探究 ； 人文精神 问题的提出 普通高中化学课程标准中关于新课程理念指出：“结合人类探索物质及变化的历史与化学科学发展的趋势，引导学生进一步学习化学的基本原理和基本方法，形成科学的世界观。”以及“在人类文化背景下构建高中化学课程体系，充分体现化学课程的人文内涵，发挥化学课程对培养 学生人文精神的积极作用。” 高 中化学 教材 （人教版） 结合不同的化学 学科 知识内容， 有目的的补充引入 了 很多相关的 化学史料 ， 向学生介绍了化学发展史中 许多 著名的国内外化学科学家 及其成就。如侯氏制碱法（侯德榜），氯气的发现（舍勒），元素周期律的发现（门捷列夫），勒夏特列原理（勒夏特列），苯的发现和苯分子结构学说（凯库勒等） ,胶体（格雷哈姆）等。在化学教材中结合学科知识，恰当地引入一些科学史内容，不仅可以增加教材的人文内涵，而且可以使抽象的科学知识生动起来、有趣一些，增加亲合力，有利于提升学生的求知欲望。 我国化学家傅鹰教 授曾说：“化学给人以知识，而化学史给人以智慧” 。但呈现在教材上的化学史料，很多在选材和形式上，在启发性、探究性的深度、广度上以及人文精神的意境上都有改进的空间。教材中选用的化学史内容，往往受篇幅和文字所限，或所载信息有限，或人文内涵隐含在字里行间，这些都有待于教学中教师的拓展、挖掘和发挥。教师有意识的开发利用化学史课程资源进行教学，有利于培养学生的人文精神，引导学生学习科学方法，体验探究过程，形成科学的世界观。本文主要结合在开发利用化学史课程资源方面的教学案例作一探讨。 一、发掘课外史料，激发探究欲望 俗 话说，好的开端，是成功的一半。如何导入新课方法很多，开门见山，单刀直入未尝不可，而通过回溯历史，发掘与课堂内容相关的史料，导入新课，能增加化学的人文韵味，增强学生探究的欲望，提高学生的求知兴趣。 如在讲电化学原电池知识时，可先介绍电化学发展简史。电化学起源于 1791 年意大利解剖学家伽伐尼偶然发现解剖刀或金属能使蛙腿肌肉抽搐的“动物电”现象。随后，意大利物理学家伏打于 1800 年发明能够产生稳定电流的“伏打电堆” 铜锌原电池， 1860年法国人勒克郎榭发明最早的干电池（酸性锌锰电池）， 19 世纪初，电化学开山鼻祖 英国人戴维提出燃料电池设想， 1839 年英国人格拉夫就证实了戴维的想法，发明了最早的氢 氧燃料电池。然后可发掘相关史料，设计如下探究案例，导入新课： 1780 年意大利著名生物学家伽伐尼解剖青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做了如下实验： 2 实验 1: 用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生颤抖。 实验 2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐 他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里的 “ 生物电 ” 是导致抽搐的原因。 1791 年，伽伐尼发表了论肌肉中的生物电 论文，引起广泛关注。 善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿和铜器和铁器接触时才发生抽搐？实验如下： 实验 1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接触，蛙腿抽搐 实验 2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动 伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，认为要有两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿就会抽搐。联想到肌肉、神经保存在类似生理盐水的溶液中，那么，生理盐水与活泼性不同的金属作用会不会产生电流呢？ 二、拓展史料情境，创设探究过程 化学教材中的有些化学史内容由于受篇幅和主题所限， 只是列出了主要的化学史实，我们可根据教学需要，拓展史料内容，深化课堂教学，创设探究情境，让学生体验科学探究过程。 在讲授氯气知识时，引入瑞典化学家舍勒在研究软锰矿时，发现氯气的史料，并可拓展补充其他相关史料。在舍勒研究氯气性质时，法国有个叫贝托雷的化学家，他对这种黄绿色的气体也很感兴趣，于是对它进行了一系列的探索实验：有一次，他将氯气通入热的浓苛性钾溶液，结果发现生成了两种盐：一种是普通的钾盐，另一种是未知的新盐，后人称之为“贝托雷盐” KClO3。为研究该新盐的特性，贝托雷把它放在残存有硫磺的研钵中研磨， 不料，立即发生了强烈的爆炸。贝托雷受伤了，但他说，搞科学难免要有牺牲，对我来说生活中可不能没有科学呀！ 1785 年法国化学家贝托雷提出把氯水的漂白作用应用于生产，并注意到氯气溶于草木灰形成的溶液比氯水更浓、漂白能力更强，而且无逸出氯气的有害作用。 1789 年英国化学家台耐特把氯气溶解在石灰乳中，制成了漂白粉。学生根据相关的史料信息，探究氯气的相关的化学性质，并用相关的化学反应方程式来解释相关的实验现象。 三、挖掘史料资源，培养探究意识 科学研究始于提出问题，发现问题。在化学教学中穿插相关化学史料，可使学生汲取有 益的科学思想，学会从发现问题，进行推理判断，提出假设，进行验证的科学发现方法，有助于培养学生的问题意识，培养学生能敏锐地分辨出未曾在经验中出现过的新事物、新现象的能力，培养学生敢于从实际出发去怀疑和批判传统观念，敢于发挥创造性思维，敢于突破现有的理论和经验的信念与能力。 如第三位小数点的故事。 1892 年，英国科学家瑞利用两种不同的方法制取氮气，测定出来的氮气密度并不相同，两者相差 0.0064g/L，瑞利并没有忽略这一差异，他不认为这是实验本身的误差加以修正，而是把他的实验结果与研究论文一起公开发表在自然杂志上，公开征求答案，引起了他的朋友拉姆塞的注意并开始一起研究这个问题。他们在翻越 80 年前英国科学家实验大师卡文迪许的实验记录中取得了重要突破。在卡文迪许 3 当年的实验报告中记录了氧与氮化合为氮的氧化物再溶解在苛性钠溶液中，最后管内总有一个小气泡，其体积相当于原气体体积的 1/120。他们重复了卡文迪许的实验并对这个小气泡内剩余气体进行密度测定和光谱分析，确认它是一种新元素，后来被命名为氩。这个事实给人以极大的启发，一个小小的气泡是很容易被人忽略的，但里面隐藏着一个化学元素家族（零族）。它们默默无闻地酣睡了 100 多年，直到细心过人的瑞利和拉姆塞不放过第三位小数上的差异，才把它们从不被人察觉的细节中探索出来。这也充分体现了科学家诚实的科学态度和精益求精的思维方法。介绍的同时可先让学生讨论设计卡文迪许的实验装置，再展示卡文迪许当时的实验装置，让学生分析各个装置的作用，理解装置的科学严密性。 四、引入化学史实，渗透探究精神 科学的发展与社会的发展密切相关，科学发展史不仅记载着科学知识的一步步重大进展，同时反映着每一步进展中人类为之所作的努力、历经的艰辛、付出的代价、获得的经验和教训等等。回溯历史，关注现实，着眼未来，中学 化学必须有意、有机、有力地渗透科学探究的人文精神教育。 如在讲卤素时，介绍游离态氟制取所经历的艰险过程。从 1813 年的戴维到 1850 年法国的佛雷密等人对游离态氟的制取都没有成功，他们中有人因中毒被迫停止了实验，有人在研究中丧失了生命。但是法国科学家莫瓦桑没有被困难吓倒，他吸取了前人失败的教训，从 1884 年起，连续工作了 2 年，到 1886 年 6 月 26 日终于获得了成功。由于在研究氟的制备和氟化合物上卓有成效，他获得了 1906 年的诺贝尔化学奖，同时他不得不承认“氟夺走了我十年的生命”。这些历史事实都强有力地说明，科学 家们对科学的真诚热爱，即使在极其困难的条件下也没有动摇他们追求真理的信念，在这种信念的鼓舞下，他们勤勤恳恳地工作着，不畏艰险、顽强探索，甚至为科学献身。 综上所述， 化学的历史，不仅仅是化学发展事件的记录和复原，也是化学思想演变的反映和再现，它触及到 科学家 的生平和思想的逐渐演进，也涉及到科学家从事科学工作的研究方法和创造性的研究成果。因此，在化学教学中联系有关的化学历史，向学生介绍化学家献身科学研究的事迹，讲述科学家进行科学探 究 的思维方法，会有助于 学生从中 汲取 科学 探究的精神， 使学生受到创新的启示。 开发利用好化 学史课程资源，有利于学生体验科学探究的过程，学习科学研究的基本方法，增强创新探究的能力。在因此，我们必须切实重视起化学教学中化学史的作用，切实加强化学史的教学，积极开发化学史课程资源。