化学史的教育价值及其在教学实践中的应用.doc

浅谈化学史的教育价值及其在教学实践中的应用高中化学新课程标准提出：化学课程改革的重点是以提高学生的科学素养为主旨。化学史教育以其丰富的内容为培养和提高学生的科学素养提供了生动有趣、充满哲理的素材，在激发学生的学习兴趣，加强学生对化学的理解，掌握化学知识，开发化学思维，培养学生的科学意识和品质，扩大学生的视野等方面都有着十分重要的意义。一、化学史知识的教育价值化学史料对学生的教育功能早已被人们所认识，法国数学家保罗朗之万就说过，“在科学教学中，加入历史的观点是有百利而无一弊的。”我国著名的物理化学家傅鹰教授也曾提出，“化学教育给学生以知识，化学史教育给学生以智慧”。在大力提倡素质教育的今天，学生学习一点化学史方面的知识，不但可以开拓其知识领域，更能使学生掌握科学方法，体验科学探究的过程，从而形成科学品质和科学精神。1.利用化学史激发学生的学习兴趣。俗话说，好的开端是成功的一半。在教学中，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，增强学生的探究欲望，提高他们的求知兴趣。如在讲原电池知识时，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了最早的干电池（酸性锌锰电池）。19世纪初，英国人戴维提出了燃料电池的设想。1839年英国人格拉夫证实了戴维的想法，发明了最早的氢氧燃料电池。1990年日本索尼公司研制生产的锂离子电池，在电池制造史上是一次飞跃。2.利用化学史引导学生学习科学方法。科学方法是指人们在从事科学研究的活动中所采用的途径、手段和方式。综观化学科学漫长的发展过程，每一项重大发现和每一个重要理论的建立都是科学方法应用的典范。通过化学史的教学，鼓励学生自觉学习科学方法，实现对科学知识的掌握和内化，从而提高其科学探究的能力，这应该是教师教育学生在进行化学探究性学习过程中常用的方法。如学生在学习原子结构的时候，可以结合原子结构模型的演变历史，即：汤姆生发现了电子提出“葡萄干面包式”模型卢瑟福根据粒子散色实验提出了原子结构的“行星式”模型波尔根据氢原子光谱提出了原子结构的“分层”模型，直至现在人们认识到实物粒子的波粒二象性，提出了原子结构的量子力学模型。在原子结构模型的演变过程中，学生认识到“提出假设建立模型实验验证”等科学方法在科学研究中发挥的关键作用，并从科学家们科学探索历程中清楚地认识到科学方法在化学学习中的重要作用。3.利用化学史培养学生的科学探究意识。科学研究始于提出问题，发现问题，爱因斯坦曾说过，“我并没有什么特殊的才能，我只不过喜欢寻根问底地追究问题罢了。”在化学教学中穿插相关化学史，可使学生学会发现问题推理判断提出假设实验验证的科学方法，有助于培养学生的问题意识，使学生敢于从实际出发怀疑和批判传统观念，敢于突破现有的理论和经验的信念与能力，发挥创造性思维。化学史上被称为“第三位小数上的发现”就是一个极好的例子，英国科学家雷利发现用氨气通过灼热的氧化铜制得的氮气比从空气中分离制得的氮气每升轻0.0064g，雷利并没有忽略这一差异，他既没有轻信某些化学家的关于存在“轻氮”和“重氮”的假设，更没有认为这是实验本身的误差而加以修正，而是对“为什么用不同方法制备出来的氮气的密度会有差别？”这一问题抓住不放，制定了周密的研究计划进行研究，终于发现了一种稀有的气体元素氩。这个事实给人们以极大的启发：一个小小的差异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）。它们酣睡了100多年，直到细心的雷利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。4.利用化学史让学生形成科学精神。科学的发展与社会的发展密切相关，化学史料不仅记载着化学科学知识每一步的重大进展，同时也反映了人类为之所做的努力、历经的艰辛、付出的代价、获得的经验和教训，等等。回顾历史，关注现在，着眼未来，中学化学教学必须有意识地渗透科学探究的人文精神教育。如讲卤素时，可介绍法国科学家莫瓦桑明和许多的科学家因制取单质氟而使健康受损，依然不顾危险反复实验，最终获得1906年的诺贝尔化学奖，但身体却受到极大伤害，因此英年早逝。居里夫人由于长期与放射性物质接触而以身殉职。这些科学家的感人故事可以培养学生不畏艰险，顽强探索，热爱科学，崇尚真理的科学精神。雷利发现稀有气体氩的探究过程，可以让学生形成勇于探索，坚持真理，实事求是、一丝不苟的精神。二、化学史在教学实践中的应用自新课改实施以来，化学史作为一种重要的课程资源越来越受到重视，因此，作为教学一线的教师，要积极探索有效化学史教育的方法与途径，充分认识和挖掘化学史的教育功能，使化学史教育真正走进课堂。下面以“苯”一节的教学探究活动为例进行分析。1.教学目标。知识目标：掌握苯的分子结构和苯的可燃性、取代反应、加成反应等性质。过程与方法：通过亲历苯分子结构的探究，体验自然科学研究的一般方法，同时培养学生的逻辑推理、科学探究、实验等能力。情感、态度与价值观：通过化学史培养学生诚实质朴的科学品质、严谨求实的科学精神，同时鼓励学生在知识的探索过程中勇于超越自我、超越梦想。2.教学重难点：苯分子结构的探究；苯的化学性质。3.教学内容。（1）苯的发现史。第一，19世纪初，欧洲城市的照明已普遍使用煤气，当时通过用鲸鱼和鳕鱼的油滴到已经加温的炉子里以产生煤气，然后再将这种气体加压到13个大气压，并储存在容器中备用。在加压的过程中，容器底部产生了一种副产品油状液体。英国科学家法拉第看到油状液体后开始思考，能不能从中分离出新的物质？法拉第花了5年时间将制备煤气后剩余的油状液体蒸馏，最后在80左右分离得到一种新的液体。1825年6月1日，他向伦敦皇家学会报告，发现一种新的碳氢化合物：略有香味，在一般条件下，它是一种无色透明液体。当把这种液体放在冰水中冷却到零度时，它就会在玻璃容器上长出树枝状的结晶，如果从冰水中取出容器，让温度慢慢上升，这种固体在5.5时熔化，若熔化后液体暴露在空气中，最后它会完全挥发。当时法拉第将这种无色的液体称之为“氢的重碳化合物”。第二，1834年德国科学家米希尔里希在实验室用加热苯甲酸和石灰的混合物制得该物质，并将其命名为“苯”。由此再结合一些简单的学生实验可获得苯的物理性质：无色有特殊气味的液体，有毒，不溶于水，密度比水小，熔点5.5，沸点80.1，易挥发。（2）苯的分子组成研究史。第一，法拉第很早以前也对苯的组成进行过测定，不过当时用的相对原子质量标准是c-6，h-1，所以他得出的苯的实验式为c2h，这就是法拉第称苯为“氢的重碳化合物”的原因。第二，法国化学家日拉尔通过燃烧法测定：苯仅有碳、氢两种元素组成，其密度是同温同压下乙炔的3倍，其中碳的质量分数为92.3。根据日拉尔的定量测定可得出苯的分子式为c6h6，苯的含碳量高达92.3，令科学家们震惊。c6h6和c6h14比，少了8个h原子，它的结构如何呢？（3）苯的分子结构探究史。第一，无数的科学家为研究苯的结构呕心沥血，德国化学家凯库勒就是其中的一个。他学过建筑学，有着丰富的空间想象能力，正是他提出了著名的“碳四价学说”和“碳链学说”。但受思维定势的束缚，他一直认为苯分子为链状结构，苦思冥想而不得其解。1864年他为研究苯分子结构殚精竭虑，偎炉休息。他面对炉中飘忽不定的火苗陷入了沉思，不知不觉进入了梦乡。朦胧之中，他仿佛觉得有一些碳原子在自己的面前跳舞，它们排成蛇的形状，一会儿在火焰中翻滚，一会儿卷曲起来，突然“蛇”头咬住了自己的尾巴，形成环状不停地旋转。凯库勒猛然惊醒，根据梦的启示，他迅速画起苯的封闭结构式来。经过若干次修正，最后决定用六角环状结构来描述苯的分子结构。他认为：苯的6个碳原子形成平面六角闭链；各碳原子之间存在单双键的交替形式。我们称之为凯库勒式。凯库勒式是否正确？一些科学家进行了实验研究，试图由苯的性质反映出苯的结构。实验1：1mol苯在一定条件下最多可与3mol氢气发生加成反应生成环己烷。实验2：苯与液溴在铁粉存在下发生取代反应，且苯的一溴代物只有一种结构。实验3：苯不能使酸性高猛酸钾溶液和溴水褪色。事实说明苯分子中不应出现单双键交替的结构，凯库勒式是不合理的。第二，1935年詹斯用x射线衍射证实苯分子结构是平面正六角形，并测得苯分子中的碳碳键的键长介于碳碳单键和碳碳双键之间（见下表）。结论：苯分子中6个碳原子构成平面六边形，12个原子共平面，碳碳键的键长和键角都相同，是一种介于单键和双键之间的独特的键。据此可得出苯分子结构： 以及苯的化学性质：氧化反应 2c6h6+15o212co2+6h2o（现象：火焰明亮、有浓烈的黑烟），苯不能被酸性高猛酸钾溶液氧化。取代反应 + br2 + hbr加成反应 + 3h2小结：苯较易发生取代反应，较难发生加成反应。三、教学反思基于化学史教育的“苯”教学，不但加深了学生对“苯”知识的理解，而且从回顾苯分子结构艰辛的探索过程中，使学生对苯的知识不局限于课本上的结论，还使学生感悟到勤奋、