發布時間：2021-03-15所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：化學史教學是發展學生化學學科核心素養的重要途徑。以水的組成一課為教學案例，以化學發展史中水的組成發現過程為教學線索，引導學生置身于化學發展的歷史長河中，通過問題驅動、交流合作、探究驗證等活動對水的組成知識的尋根問底，體驗水的組成知識
摘要：化學史教學是發展學生化學學科核心素養的重要途徑。以“水的組成”一課為教學案例，以化學發展史中水的組成發現過程為教學線索，引導學生置身于化學發展的歷史長河中，通過問題驅動、交流合作、探究驗證等活動對“水的組成”知識的尋根問底，體驗“水的組成”知識探索的歷史過程，感悟科學家提出問題、分析問題、解決問題的思想歷程，感受科學家在追求真知中的智慧。促進初中生化學學科核心素養發展的化學史教學前提是進行化學史的價值分析，關鍵是設計驅動性問題鏈。
關鍵詞：初中化學;化學學科核心素養;化學史教學;水的組成
2014年3月，教育部首次提出了要研究制訂學生發展核心素養體系，把核心素養落實到各學科教學中。核心素養的提出必然會帶來學生學習方式的轉變，基于發展學生核心素養的學習不僅要關注學生學習的知識是什么，更要關注這些知識從哪里來。如何實現這樣的學習?化學史的教學為我們實現這樣的學習提供了一種可能。化學史的教學就是對化學知識的追根溯源。教學的重點就是用歷史的觀點來講述化學原理、概念、理論和思想，改變教學中過于強調知識本體和結論的局面，把知識的學習由記憶變為發現，學生經歷了知識的發生、發展過程，也就能滋養學生的智慧、發展學生的學科素養。那么如何實現化學史教學發展化學核心素養的功能呢?基于化學史教學發展學生化學核心素養的實施策略有哪些?下面以人教版上冊第三單元課題2“水的組成”一課為例進行說明和分析。
一、“水的組成”的化學發展史中蘊含的化學核心素養
(一)初中階段化學學科核心素養的內涵核心素養是學生應具備的，能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力[1]。化學學科核心素養是學生發展核心素養的重要組成部分，我國《普通高中化學課程標準(2017年版)》指出培養學生的化學學科核心素養，通過中學化學課程的學習，幫助學生形成宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新精神、科學態度與社會責任五個方面的化學學科核心素養[2]。《義務教育化學課程標準(2011年版)》也指出義務教育階段的化學課程具有基礎性的特征[3]。
結合初中化學課程的性質以及高中化學課程中化學學科核心素養的界定，考慮到初、高中化學的知識廣度、難度、深度的不同，因此對于初中化學核心素養不能照搬照用高中化學核心素養，可對高中化學核心素養的各部分內容進行細化和具體化，以適應初中化學學科基礎性、啟蒙性的課程性質。對照高中化學核心素養，主要有以下幾個方面的細化和具體化：第一，高中化學中“宏觀辨識與微觀探析”素養在初中化學中主要體現在學生是否具備“宏觀——微觀——符號”三重表征之間轉化能力;第二，高中化學中“變化觀念與平衡思想”素養在初中化學中主要表現在學生是否具備從物質變化與守恒思想的視角認識世界的能力;第三，高中化學中“證據推理與模型認知”素養在初中化學中主要表現在學生是否認識到科學結論要有證據的支持以及是否掌握從證據到結論的推理方式;第四，高中化學中“科學探究與創新精神”素養在初中化學中主要表現在對科學探究的理解以及創新與實踐精神的發展;第五，高中化學中“科學態度與社會責任”素養在初中化學中主要表現在形成良好的科學品質與強烈的社會責任感。
(二)“水的組成”的研究史
通過對相關“水的組成”研究的化學史料分析，可以總結出主要有以下幾個重要階段：
我國古代的“五行學說”和古希臘的“四元素說”都認為水是一種元素。
1766年，英國科學家卡文迪許利用金屬鋅和稀硫酸反應得到氫氣，發現在空氣里點燃氫氣會爆炸，因此當時氫氣被命名為“可燃空氣”。與此同時，英國科學家普利斯特里通過研究發現氫氣的密度只有空氣的111。普利斯特里在宮廷表演中進行了多次的氫氣爆炸試驗后，發現氫氣燃燒后的產物是水。
1775年，法國化學家拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分。通過實驗，拉瓦錫得出了空氣由氧氣和氮氣組成，其中氧氣約占空氣總體積15的結論。
1776年，瑞典化學家舍勒利用加熱硝酸鉀的反應制得純度較高的氧氣。
1781年，英國科學家卡文迪許在其他化學家研究的基礎上，重新設計了實驗方案，采用比較純凈的氧氣代替原來的空氣，將“可燃空氣”置于純凈的氧氣中點燃，發現氣體能夠安靜燃燒，發出淡藍色火焰。進一步實驗后他發現兩體積“可燃空氣”和一體積氧氣可以恰好完全反應，反應后生成的物質只有水。
1782年，法國化學家拉瓦錫利用高溫下水蒸氣與鐵的反應，制得了一種黑色固體和“可燃空氣”。因此他證明水是由“可燃空氣”和氧結合形成的化合物，而不是一種元素組成的物質。
1787年，拉瓦錫持續進行實驗，通過氫氣與氧氣反應合成了水，同時還利用電解水得到了氫氣和氧氣，再次證明了水是由氫元素和氧元素組成的。
1800年，英國科學家尼克爾森和卡里斯特爾在常溫下利用“伏打電池”給水通電進行電解水的實驗，制得氫氣和氧氣，再次證明了拉瓦錫的結論。
可見，一部“水的組成”的科學發展史讓我們看到了數千年科學先賢們為了擺脫舊的觀念的困擾以及擴大知識的領地所做的艱苦卓絕的工作，仿佛一部英雄史詩，不但可以激起人們的敬仰之情，更能從中吸收無盡的精神營養[4]。
(三)“水的組成”研究史中的核心素養生成點
結合課標、教材、學生以及對高中化學學科核心素養在初中學段的具體化和細化，可以提煉出“水的組成”研究發展史中的素養生成點主要有：
1.通過引入“水的組成”的化學發展史，了解人類認識“水的組成”的過程，體驗人類探究世界的方法，增強科學探究的意識，發展科學探究精神。
2.通過化學史中氫氣的燃燒實驗，再到水的電解實驗，模擬歷史上的事件，進行氫氣燃燒、水的電解的實驗探究，讓學生主動體驗探究過程，培養學生科學探究的能力和創新意識。
3.通過氫氣燃燒、水的電解、橡皮泥的球型演示水分子、氫原子、氧原子的分解與組合進行模型認知，直觀感受水的組成，初步感受“觀察現象——收集證據——得到結論”的科學探究方法。
4.通過氫氣燃燒、水的電解、橡皮泥模擬的綜合分析、觀察比較，使學生的認識從理論到實踐、具體到一般，學會從宏觀到微觀的觀察與分析，形成“宏觀——微觀——符號”三重表征的轉化能力。
5.從水的組成和水的電解實驗中，發展變化的觀念。通過“水的組成”的學習，培養學生平衡的思想。
二、“水的組成”的主要教學過程及分析
活動一：化學史實引出“水的組成”
歷史線索：穿越歷史長河，播放“水的組成”研究發展史視頻。
問題線索：問題1，水是我們生活中最常見的物質，同學們知道水是由什么元素組成的嗎?水的化學式如何表示?問題2，從長達2400多年的“水的組成”的發展史中，你體會到了什么?
設計意圖：學生在本節課學習之前已經知道水是由氫元素和氧元素組成的，并且知道水的化學式是H2O。因此本節課的開始以人類認識水的組成的簡要史實引入并展開，通過化學史創設情境激發學生學習興趣;通過觀看視頻初步感知從客觀世界提取化學認識對象，感知人類探究世界的過程與方法;通過“從長達2400多年的“水的組成”的研究發展史中，你體會到了什么?”這一開放性問題的設計，讓學生暢所欲言，教師加以引導，促進學生形成良好的科學品質與強烈的社會責任感，初步體驗到科學研究過程不是一帆風順的，過程中充滿了曲折，歷盡艱辛，激發學生科學探究的欲望，培養學生在科學探究中的百折不撓的精神。
活動二：水的生成實驗初探“水的組成”
歷史線索：穿越到1787年，拉瓦錫的氫氣燃燒。播放視頻：拉瓦錫氫氣燃燒實驗史實。
問題線索：問題1，你能歸納出氫氣的性質嗎?有什么證據呢?問題2，為何將木條伸入試管后會發出了尖銳的爆鳴聲?問題3，不純的氫氣點燃有可能爆炸，因此使用氫氣前一定要驗純，檢驗氫氣的純度的方法是什么?純凈的氫氣燃燒會出現什么現象?
歷史線索：英國科學家卡文迪許也跟同學們一樣意識到這樣不能證明水的組成，他將拉瓦錫實驗中用的空氣換成了純凈的氧氣，再次進行實驗，生成物還是只有水，從而準確得到了氫氣和氧氣反應生成了水這一結論。
問題線索：問題4，上述實驗現象說明水是由什么元素組成的?為什么?問題5，上述實驗實際上是氫氣在空氣中燃燒，但是空氣中除了氧氣，還有其他氣體，為什么氫氣燃燒是與空氣中氧氣發生反應?而不是其他氣體?如何改進呢?
設計意圖：氫氣的性質及驗純方法作為本節課的了解性知識，通過氫氣爆炸的創新實驗，激發學生了解氫氣性質的興趣，使學生了解檢驗氫氣純度的方法，了解氫氣的物理性質、化學性質，培養學生的觀察能力、總結能力。通過挖掘化學史的價值，本節課的重點定位于“通過對水的組成的探究學習提取出一般無機物組成的研究方法”，因此，在分析氫氣燃燒實驗過程中，重點不是放在實驗現象和結論，而是不斷提醒學生，科學結論要有證據的支持，推理過程中還要有明確的依據。通過驅動性問題鏈設計以及師生的對話，引導學生多次在證據、依據和結論之間尋找聯系，強化學生科學的推理方式，培養學生的分析推理能力，同時促進學生由被動思維轉變為主動思維，通過簡單的案例，讓學生形成化學推理的模式，引導學生學會觀察實驗現象，并利用現象推結論，初步感受“觀察現象——收集證據——得到結論”的科學探究方法。
活動三：水的電解實驗再探水的組成歷史線索：穿越到1800年，英國科學家尼克爾森和卡里斯特爾在常溫下利用“伏打電池”給水通電進行電解水的實驗，制得氫氣和氧氣。
問題線索：問題1，同學們，我們現在知道水是由氫和氧元素組成的，那么水的化學式H2O中“2”表示什么意義?通過剛才的實驗能不能確定一個水分子中氫原子和氧原子的個數呢?問題2，該水電解器實現了對氣體的收集，仔細觀察實驗，記錄實驗現象。問題3，如何檢驗收集到的生成氣體?會出現什么現象?
歷史線索：1809年，蓋·呂薩克用兩體積氫氣和一體積氧氣反應，得到了兩體積水蒸氣。
問題線索：問題4，根據上述實驗現象，你能否推斷出水分子中氫氧原子個數比?依據是什么?問題5，為什么不能根據實驗確定水分子中氫原子和氧原子的個數呢?
設計意圖：在本節課學習前學生已經非常熟悉水的化學式了，但對于化學式中數字的含義不是非常清楚，借此將水的組成的分析由定性遞進至定量，從而引導學生思考水的微觀構成。在這個環節，教師繼續挖掘化學史素材，引領學生對物質的認識從宏觀進入微觀的同時，繼續讓學生尋找證據與結論之間的邏輯關系。比如在化學反應中微觀粒子的數量關系，在宏觀層面是如何體現的。這就需要教師提供幫助，出示資料卡片。通過對宏觀實驗現象的觀察和描述、不斷地尋求證據、進行推理、獲得結論，強化證據在推理過程中重要的作用。科學史實和資料卡片作為學生思維的兩翼，觸發了學生思維的飛翔，學生真正進入了深度學習，有利于學生形成化學元素觀。
活動四：微觀角度深探“水的組成”
歷史線索：回到快速發展的當代，模擬電解水的微觀世界。問題線索：問題1，現在，我們通過高科技的設備，已經能夠進入水的微觀世界里了，如果你進入了水的微觀世界，能想象一下，你看到了什么嗎?
相關期刊推薦：《天津師范大學學報》(基礎教育版)創刊于2000年6月，是由天津師范大學主管、主辦，研究基礎教育科學的學術理論刊物，季刊。設有：基礎教育研究、新課程改革、比較教育、教學模式探索、探索與爭鳴、心理健康、德育研究、現代教育技術研究等欄目。
設計意圖：這個環節的活動非常重要，是學生的學習思維方式發生質的飛躍的一步。通過小球模型的設計，實現學生從宏觀角度認識化學反應到能夠從微觀角度分析化學反應的轉變，同時，也實現化學符號(化學式)、小球模型、文字表述這三重表征的統一性認識。此任務設計成學生的動手任務，增強了教與學的交互性與趣味性，引導學生進行宏觀辨識和微觀探析，進行證據推理和模型認識。通過學生觀察分子和原子在化學變化中的“行為”，促進對化學反應微觀過程的理解。
三、“水的組成”化學史教學中的思考
以“水的組成”作為基于發展學生化學學科核心素養的教學實踐案例，可以發現，在以化學史為載體進行發展化學學科核心素養教學中，有以下幾個關鍵環節要注意：
(一)化學史教學利于發展學生化學學科核心素養
化學史是化學產生、形成和發展及其演變規律的反映，其包含了化學知識、科學研究方法和化學家的思想演變以及整個追尋真理的漫長過程[5]，是發展學生化學學科核心素養的重要教學資源。對于“水的組成”一課的設計，始終定位在“一般無機物組成的研究方法”的推理過程，以歷史長河中“水的組成”的探索歷程為背景，讓學生徜徉在各個階段的科學家的求真過程中，很自然地體驗到科學探索的過程，從宏觀的定性分析和微觀的定量分析兩個層面深刻體悟“水的組成”探索過程。期間學生需要證據推理、實驗探究、交流討論，發展了學生各方面的化學核心素養。
(二)化學史的價值分析是開展化學史教學的前提
學科核心素養的發展是以教學內容為載體，教師要基于學生現有經驗，圍繞化學學科核心素養精心設計教學內容。化學史作為教師教學設計的重要資源，其教學價值主要體現為提升學生學習化學的興趣、理解科學的本質和促進學生學科知識、方法理解等方面[6]。化學史是一個巨大的知識寶庫，教師應當合理選擇要使用的化學史素材，可以從“本節課教學內容是什么?蘊含了哪些核心素養→本節課蘊含的化學史素材是什么→化學史素材中蘊含了哪些核心素養?”的思考程序中篩選合適的化學史素材，在化學史教學中將科學思想、科學理論、科學方法的發展過程進行關鍵性地重現，讓學生沿著化學歷史發展的線索，在邏輯推理與實驗探究的過程中，促進對化學學科核心素養的提高與發展。
(三)設計驅動性問題鏈是開展化學史教學的關鍵
學習始于問題，學習的過程就是解決問題的過程，同樣，學習的最終目的是利用所學的知識解決實際應用中的問題。學習并不能解決所有問題，但真正的學習一定是在解決問題中進行的[7]。
教師在教學過程中利用化學史素材，需要考慮科學家提出的科學問題與現有學生學生認知水平和知識發展是否契合，還需要考慮如何將科學家曾經面對的科學問題轉化為促進學生核心素養發展和新知識吸收的問題，如果不能契合，那么這一科學問題就是不能夠在教學中使用的或者是畫蛇添足的。因此教師在將化學史中化學家面臨的科學問題轉化為對學生核心素養發展有促進作用的問題時，就必須要深入了解學生目前的學習能力和發展趨勢，而且還要熟知化學史的發展歷程，二者要結合起來。
因此，設計驅動性問題的基本方法，首先，驅動性問題一定要與學生的已有認識密切相關;其次，驅動性問題一般能夠促使學生思考以明確自我認識，或者揭示學生的已有認識，或者能夠形成認知障礙，使學生對已有認識產生疑惑，形成進一步探索的欲望;最后，驅動性問題源于對科學史實、實驗事實等的說明、解釋、評價等[8]。——論文作者：康永軍，王榮華，劉媛娜
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