例談化學史素材在高中化學教學實踐中的應用

顧曄（江寧高級中學　江蘇南京　211100）

?

例談化學史素材在高中化學教學實踐中的應用

顧曄
（江寧高級中學江蘇南京211100）

摘要：嘗試以羧酸酯、氧化還原反應及氨和銨鹽等高中化學的常見教學片斷為例，提出化學史融入課堂教學的幾種方式，在此基礎上闡釋化學教學中融入化學史的重要意義。

關鍵詞：化學史；概念發展；分段呈現；深度開發

上世紀80年代，廖正衡在《化學哲學基礎》中曾撰文提出化學與歷史的結合是具有重要意義的，在化學教學中克服忽視歷史的偏向，加強化學教學同化學歷史的結合，就是進行化學教學改革的一個重要方面，也是提高化學教學質量的一項有效措施[1]。進入新世紀，普通高中化學課程標準也在化學課程基本理念中提出“結合人類探索物質及其變化的歷史與化學科學發展的趨勢，引導學生進一步學習化學的基本原理和基本方法，形成科學的世界觀?！盵2]該理念如何落到實處，可能不是一兩節課的灌輸或討論就能實現的，需要滲透在高中化學教學的始終。筆者嘗試以“羧酸、酯”、“氧化還原反應”及“氨和銨鹽”等高中化學的常見教學實踐為例，提出化學史融入課堂教學的幾種方式，在此基礎上闡釋化學教學中融入化學史的重要意義。

一、選取化學史素材作為引課、過渡的教學資源

選取化學史素材作為引課資源是最常見和最簡單的一種融入化學史教學的教學方法。在教師的有力指導下，帶領學生去發現和研究問題，使學生能保持著一種對新奇事物的興奮感，調動學生學習主動性。高中階段很多課題[3-4]適用該法，當然化學史素材的引課不能過簡單化地進行史料呈現（就像某些課堂開始的新聞、廣告視頻的簡單呈現），需要有意識地對化學史料進行梳理、加工，從中引出問題或研究方法，有時可以將史料適當分割，串成整節課的教學線索。本文以“羧酸、酯”（人教版《有機化學基礎》選修模塊第三章第三節[5]）這一課時的教學片斷為例：

[引課階段]

化學史材料1：早在我國唐朝（618-907年）人們就發現柳樹皮汁可以止痛和退燒。1800年人們發現該類植物中的活性物質——水楊酸鹽。1853年，柯爾柏（德國）合成了水楊酸，并于1859年實現工業化。

學生活動1：閱讀史料1，結合圖1認識水楊酸，并回答下列問題：

圖1　水楊酸結構簡式

（1）指明水楊酸分子中官能團名稱。

（2）1mol水楊酸最多可以消耗多少NaOH？寫出相關反應方程式。

[設計意圖]從史料1中可以看出水楊酸及其鹽的功效，為羧酸的講授提供了貼近生活的素材，尤其前半段史料（我國唐朝的醫藥成就）更能激發學生的愛國熱情（贊賞我國的傳統醫學的博大精深，可以聯想2015年屠呦呦的諾貝爾獎成就）；水楊酸中還有另一呈酸性的官能團——酚羥基，呼應前兩節學習的酚的酸性。

[展開階段]

化學史材料2：鑒于水楊酸及其鹽類對胃的刺激性大。1889年德國拜爾藥廠F.Hoffmann合成了乙酰水楊酸（阿司匹林），阿司匹林于1899年大量生產。

學生活動2：閱讀史料2，評價水楊酸及其鹽的藥用價值，回答下列問題：

（1）用化學方程式解釋“靜脈滴注NaHCO3溶液緩解水楊酸中毒的原理”。

（2）評價藥物發展歷程給我們的啟示。

[設計意圖]在史料1肯定水楊酸及其鹽的基礎上，順勢提出合成阿司匹林的必要性，一方面客觀評價藥物發展的曲折歷程；另一方面為羧酸的酯化反應做好過渡的鋪墊。

[提升階段]

思考1（選修5教材：科學探究2[5]）：我們已學習過乙酸與乙醇的酯化反應，從形式上看酯化反應是羧基和羥基之間脫去1個水分子，你能設計一個方案證明是哪一種嗎？

化學史材料3：海維西因（圖2）研究同位素示蹤技術，推進了對生命過程的化學本質的理解而獲得了1943年諾貝爾化學獎。

圖2　海維西因

圖3　同位素示蹤法在探究酯化反應脫水方式中的作用

思考2：結合史料3的成果，思考如何以水楊酸為主要原料合成乙酰水楊酸，嘗試在方程式中標明反應物的斷鍵位置。

[設計意圖]借助海維西因的同位素示蹤技術進一步明晰酯化反應的脫水方式，并應用該原理實現史料2提出的將水楊酸轉化為乙酰水楊酸。

二、對化學史素材分段呈現讓學生體驗概念發展過程

化學的歷史，不僅是化學發展事件的記錄，也是化學科學思想演變的再現。很多化學概念的發展都是在克服理論同實踐、理論同理論等一系列矛盾之中前進的。諸如原子結構理論從古希臘哲學家德謨克利特的古代原子觀的提出到道爾頓的近代原子學說，從湯姆生的棗糕模型到盧瑟福的α粒子散射實驗，再從玻爾到薛定諤[6]。再如阿累尼烏斯的電離學說在今天看來再自然不過，而在19世紀末剛剛提出時卻遭到了門捷列夫等知名化學家的質疑，經過反復斗爭，該學說被認為“與原子論、分子論和元素周期律學說一起共同奠定了現代化學的理論基礎”[1]。事實上，很多學說的出現都不是偶然的，更不是一帆風順的，均有其特定背景，這些學說的發展過程正是實現課程標準中“結合人類探索物質及其變化的歷史與化學科學發展的趨勢，引導學生進一步學習化學的基本原理和基本方法”理念的最佳素材；我們如果只是將“目前”最先進的理論簡單地教給學生，其“營養價值”將大打折扣。

例如高一化學人教版（必修1）第二章第三節的“氧化還原反應”，該課題是一個典型的化學基本概念，上完本節課是不是讓學生知道從得失氧角度認識氧化還原反應就是“過時的”、“有缺陷的”？從化合價升降、電子轉移視角認識它才是正確的？其實不然，從得失氧角度認識氧化還原反應本身是化學概念結構過程中的一個重要階段，也是學生初高中銜接的重要樞紐，不能簡單地用“對”、“錯”來評判不同階段的概念。氧化還原反應概念的不斷完善的過程本身就是一個很好的教學素材，愛因斯坦也曾說過聯系科學的發展來“追蹤理論的形成過程”是“始終具有一種特殊的魅力”的。單純教會學生“……是氧化還原反應”教會學生的是一個孤立的、沒有根源的知識，而把氧化還原反應放在歷史長河中去追本溯源的學習是一種科學創造活動。下面給出筆者參加同課異構時對維基百科中“Redox Reactions”詞條英文史料（高一學生的詞匯儲備基本滿足閱讀需要，可根據學生基礎適當解讀個別生僻詞匯）的分段呈現方式：

[概念完善過程]

階段1

氧化反應：（還原反應略）The word oxidation originally implied reaction with oxygen to form an oxide，since dioxygen was historically the first recognized oxidizing agent.

階段2

氧化反應：（還原反應略）Later，the term was expanded to encompass oxygen-like substances that accomplished parallel chemical reactions.

階段3：

氧化反應：（還原反應略）Ultimately，the meaning was generalized to include all processes involving loss of electrons.

[總結歸納階段]

階段　年代　重大理論突破　氧化反應　還原反應1　 18世紀末　氧氣的發現　得氧　失氧2　 19世紀中　定義了化合價　化合價升高　化合價降低3　 19世紀末　電子的發現　失去電子或電子偏離得到電子或電子偏向

學生活動：從上述氧化還原反應的概念發展中，你能獲得哪些啟示？

[設計意圖]上述3段呈現的方式本身就暗含了概念的發展，學生即使個別詞匯認識有困難，但類似“Later”、“Ultimately”等副詞的過渡讓學生體驗了具有特殊魅力的“追蹤理論的形成過程”。

三、對化學史素材深度開發輔助課堂教學

人教版氨和銨鹽（蘇教版課題為“氮肥的使用和生產”）的教學中很多老師都會選取哈伯（F.Haber）合成氨的化學史實作為引課或過渡的素材，這樣的呈現方式固然可以，但若結合合成氨的其他史實適當輔以問題設計也不失為一種新的嘗試：

[引課階段]

化學史材料1[7]：

（1）1900年勒夏特列根據理論推算，認為合成氨反應在高壓下能進行，但他所用的氣體混合物混進了一些空氣，反應過程中發生了爆炸；

（2）第二位研究合成氨反應的化學家是能斯特，但他在計算時用了一個錯誤的熱力學數據，認為這一反應沒有多大前途；

（3）德國化學家哈伯（F.Haber）通過大量實驗獲得了以下結果：175～200個大氣壓、500-600℃時可以合成約6%氨；工程師博施（C.Bosch）實現了該法的工業化，花了5年時間兩萬次實驗篩選出合適的催化劑。

學生活動1：從合成氨的歷史沿革評價科學研究的特點，并在史料（1）和（3）的基礎上分析其中的化學變化，用方程式表示。

[設計意圖]（1）氨的合成不是一帆風順的，學生通過對合成氨歷史的了解，體會科學家在科學研究過程中的絲毫錯誤都會影響到最終結果，這樣的嚴謹務實的科學態度比教師的單純說教更有說服力；同時作為人工固氮的主要方法，合成氨的利弊分析可以幫助學生建立科學的生態觀念——可持續性發展，同時培養學生辯證看待事物的哲學觀念。（2）化學史材料中的“混入空氣引起爆炸”、“6%”等問題解決均位于學生最近發展區，通過問題解決幫助學生嘗試從史料中篩選、加工信息，包括合成氨的方程式中老師反復強調“7個字”的反應條件和“可逆符號”都能通過史料3加深印象。

[小結階段]

化學史材料2[7]：

（1）1774年，普里斯特利（Joseph Priestley）第一個發現了氨氣；

（2）1785年，貝托萊（Claude-Louis Berthollet）確認了它的分子組成，即氨是氮和氫的化合物。

（3）古羅馬人在朱庇特阿門（Aumn）神廟旁發現了氯化銨晶體，氨（Ammonia）和銨鹽（ammonium）的名稱也就源于此。

[設計意圖]結合古羅馬時代銨鹽的發現、18世紀普利斯特利首次發現氨氣等史料，讓學生體會氨和銨鹽的悠久歷史和化學在人類認識客觀世界過程中的獨特作用。通過歷史的回放，讓學生感受含氮化合物在人類歷史進程中的前進方向，為后面客觀評價人工固氮提供素材。

在教學中運用歷史的方法，引導學生去追蹤化學發展的足跡，就會獲得一種對化學知識的親近感，增強學生的主動的求知精神，有利于學生從發展層面把握化學知識?；瘜W史素材的簡單呈現有時只能讓學生眼前一亮或一笑而過，部分史料還需要老師去進行較為細致的開發，起到引導的作用，這樣的化學史實才不是一則孤立的故事，才有助于學生從化學知識講授中獲得思想啟示。

化學學科中有很強的歷史傳統，20世紀化學教科書的大多數作者們都感到非要在他們的著作的開頭作一點歷史介紹不可，著名科學史大師、芝加哥大學終生榮譽教授艾倫·G·狄博斯（Allen G.Debus）就是通過使用帕廷頓的《無機化學教科書》（Text-Book of Inorganic Chemistry）以及斯尼德和梅納德的《普通無機化學》（General Inorganic Chemistry）開始了解化學史的[8]。這樣的傳統在今天不應該也不能丟失，以上教學實例僅是筆者在高中化學教學階段融入化學史的初步實踐?；瘜W史為一般自然科學提供的素材是多種多樣和豐富具體的，這需要教學一線的師生在教和學的過程中不斷實踐、總結，最大程度地發揮其強大的教學功能。

參考文獻

[1]中國自然辯證法研究會化學化工專業組編.化學哲學基礎[M].北京：科學出版社，1986：117-122

[2]中華人民共和國教育部制訂.普通高中化學課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003

[3]王燦.化學史中的科學發展觀——以“化學電源”教學設計為例[J].化學教學，2014，（8）：31-32

[4]羅展宏.以史為“境”——化學史教育功能例談[J].化學教與學，2014，（9）：35-36

[5]宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書化學選修5有機化學基礎.北京：人民教育出版社，2014，60-61

[6]顧曄.辯證思維方法在高中化學物質結構教學中的應用[J].化學教學，2013，（2）：72

[7]顧曄.蘇教版“氮肥的生產和使用”教學設計[J].實驗教學與儀器，2015，（6）：20

[8]艾倫·G.狄博斯.化學史的意義（上）[美][J].朱傳方，譯.化學通報，1999，（10）

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.01.005

文章編號：1008-0546（2016）01-0016-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B