吴季 严文法 万盈盈
摘要：新课程标准重视化学史在教学中的应用，课程标准是教材编写的依据，在对新苏教版必修教材中的化学史进行分类的基础上，分析了教材中化学史内容选择和呈现方式的特点及其承载的教学功能，提出了基于教材中的化学史开展教学的一些建议。
关键词：新苏教版教材；
化学史；
教材分析；
教学建议
文章编号：1008-0546（2023）09-0065-06
中图分类号：G632.41
文献标识码：B
doi：
10.3969/j.issn.1008-0546.2023.09.013
化学史是以历史为本体对由化学家活动组成的化学实际发展过程的描述与研究，[1]是承载化学知识、科学方法、科学思维与科学精神的形成、发展及演变过程的史实，兼具教学价值与素养价值的情境素材。[2]《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）在基本理念、课程内容以及实施建议等多方面都强调了化学史在化学教学、学生核心素养发展以及科学本质观建立过程中的教育价值。[3]课程标准是教材编写的依据，教材是课程标准的物化形态，本文以新苏教版高中化学教材的必修两册（以下简称新教材）为研究对象，分析了新教材中化学史内容选择和呈现方式的特征，为发挥化学史培养学科核心素养及科学本质的教学功能提供建议。
一、化学史的教育功能
情境教育是将儿童的情感活动与认知活动相结合的独特教育模式。[4]化学史情境以发展学生化学学科核心素养为出发点，用复杂有趣的社会问题激发学生学习化学知识的兴趣，用真实激烈的科学争论引起学生对化学问题的深远思考，用客观系统的科学方法提高学生解决科学问题的能力，用真挚热忱的化学家精神情感滋润学生的品格修养。深入把握化学史的教育功能有利于从多角度挖掘和落实化学史情境在课堂教学中的教育价值，其教育功能如下：
1．以史育知，传授化学知识
化学史详细地记载了科研成果的产生背景、演变过程以及社会影响，教育者在对教育理念、学科特点、教学目标、学生认知特点等作综合考量的基础上，将化学史进行抽象概括、凝练总结和应用拓展等加工后编成大概念统领的化学教材。在化学概念、定律、理论、模型等知识教学时，传统的教学往往将这些知识视为静态的结果进行讲授，学生很难经历动态的知识形成过程，难以深入理解知识的逻辑，容易产生认知偏差。只有在基于真实学习情境的丰富多样的学科能力活动中，知识才可能转化为学生自觉主动的、合理的认识方式，形成核心素养。[5]化学史情境可以还原人类对未知事物的探索历程及其中的困难曲折，这与学生在学习化学理论知识和概念模型时受前概念造成的影响近乎一致，学习与化学理论发展相关的化学史情境能够减少学习过程中前概念的消极影响，促进错误概念的积极转变。
2．以史育思，发展学科核心素养
思维是构建学科核心素养的最关键、最必要的要素，[6]教学要重点培养学生的思维能力，良好的教学情境是发展思维能力的前提。化学史是无数科学家对科学问题在思维和方法层面探索过程的总和，在教学中充分利用化学争论等科学问题，创设鼓励学生积极思考的问题情境能够促进学生积极思维，进行深度学习，发展学生理解力、比较力、概括力、抽象力、推理力、论证力、判断力、创新力等思维能力。[7]另外，学科核心素养不是轻而易举地通过化学知识形成而发展的，而是从化学科学实践到化学科学认识再到化学科学应用的波浪式前进过程，[8]这与化学史所记录的科学规律发展相似。因此在教学中引入化学历史中科学的探索历程，组织学生按照一定的理论预期进行探索未知的活动，[9]能够使学生经历科学思维的过程，为学生发展和表现学科核心素养创造平台。
3．以史育情，滋养人文素养
化学史对于人文素养的培育可以分成个人情感和人类文化两个方面。从个人情感角度看，化学史情境首先可以缩短学生对新知识的距离感，化学史素材以生动的人物形象和故事情节串联起知识点，学生在化学史情境中产生心理的、社会的、真實的情感体验，迅速发生思维碰撞，完成知识构建，提高教学效率；
从人类文化角度看，历史是对人类文化进程的记载和描述，历史教育的目的是培养学生提出问题和解决问题的能力，发展学生的历史思维、时空观念和历史视野等文化素养。[10]化学史是物质文化和精神文化的结合体，不仅记录人类发展过程中创造新物质的原理与技术，解释知识的由来，还在精神上提供科学家们的历史经验与方法。在情感认同和文化积累的基础上，学生可以总结历史规律，开拓新方法、新工具进行科学创新，在潜移默化中人文素养得以提升。
二、新教材中化学史的内容选择
结合化学史教育的特点，化学史按照不同主题通常可以分为化学家的生平事迹、化学概念和理论的发展、物质的制备与应用、化学实验仪器与技术的进步等。[11]依据国别的不同，可以分为中国化学史、美国化学史、英国化学史和德国化学史等。按照化学所处的不同时期可以分为古代化学（化学的萌芽一17世纪中期）、近代化学（17世纪中期一19世纪90年代中期）、现代化学（19世纪90年代末一20世纪以来）。[12]本文对新教材必修两册中化学史实出现的频次计数并分析，共发现有化学史43处，其中必修第一册29处，必修第二册14处，结合已有研究并根据其侧重的主题将其分为物质发现、技术应用、理论发展和科学家传记四类（如表1所示）。“物质发现”侧重新物质的发现与创造；
“技术应用”强调将科学知识应用于实际；
[13]“理论发展”是指由概念知识总结出的判断、推理等完整体系，包括物质结构理论、化学定律、化学反应速率和化学平衡理论等；
[14]科学家传记指对科学家的生活和科研等多方面描述的素材。
1．不同类型化学史功能性明确
“物质发现”类化学史是基于社会需要以及学科背景对概念、工具以及方法等进行创新后所获得的科学发现，主要表现在新物质的发现或合成，比如维勒首次人工合成尿素、舍勒首次发现氯气、哈伯首次合成氨等素材。历史上新物质的发现虽然有类似于舍勒发现氯气的意外情况，但多数的新发现都是科学家们在遵循客观规律的前提下进行的科学创新。将“物质发现”类化学史作为课堂引入并进行探究性学习，学生在科学问题产生到解决的探究历程中可以形成科学思维并学会科学方法的使用与创新。
从数量上来看，“技术应用”类化学史的数量最多，比如用伏打电池电解水、侯氏制碱法的应用、我国酿造技术及飞秒化学在激光光谱技术中的应用等。“技术应用”类化学史具有社会性，体现在技术是人类改造自然的能力，[9]技术的更迭是物质文化进步的主要途径，也是提升人类生活水平的根本手段和方法。科学知识的建构也具有社会性，[15]以技术应用类化学史为媒介，通过重视化学技术类化学史的社会价值属性关注化学对社会生活与环境的影响，激发学生对科学技术创新的动力。
理论是对技术背后原理的总结与提炼，化学理论发展的历史是对化学的本质及其规律性探索认识的历程，化学理论可以解释化学实验，规范和启发化学技术的创新。以化学理论发展为线索逐步深入开展教学符合学生认知发展规律与学习兴趣，比如通过原子结构模型的探索历史逐步深入学习，学生可以感受更加立体的原子结构模型和人类对原子结构不断的探索轨迹。在认识理论发展历程后，理论在学生头脑中的印象不再只是停留在课本的枯燥文字，而是充满生命活力的科学。
新教材中科学家传记共4处都在必修第一册，有两处关于门捷列夫修订元素周期表的化学史，还有屠呦呦发现并提取青蒿素以及戴维用电解法确认新元素的相关史料。相比于其他史料，“科学家传记”部分以较为生动的语言将化学家置于社会背景下描述其独有的人物特质，学生不仅能认识真实的科学家面貌，还能感受科学家们在科研过程中的科研精神并以此为学习榜样。
2．不同主题化学史指向性明显
为更加具体地分析新教材在化学史的内容选择时是如何处理知识基础、能力发展和品格修养三者的辩证关系，[3]本文对不同主题中的化学史进行了分析，具体先将新教材的9个专题与新课标必修课程的5个主题对照归纳（见图1）（其中主题5化学与社会发展的内容不像其他主题和专题存在明显的对应关系，而是散布在9个专题中，因此在图中不单独呈现），然后将新课标中提出的化学史情境素材建议的数量与新教材中所涉及化学史素材的数量进行对比（见图2）。可以发现新课标对主题1的化学史素材建议最多，其他三个主题次之，另外，新教材中各主题化学史素材的数量除了主题4外都大于新课标建议的化学史数量，其中主题2化学史素材更为丰富，这些特征可能与该主题所含专题数量和内容特点有关。
主题1是学生在高中阶段最先接触的化学知识，不仅需要筑牢学生的知识框架，深化初中对化学特征、化学研究方法以及化学实验的认识；
还需要增加学生内心对新知识的预期，培养学生的科学态度与安全意识。因此，由于主题1在高中化学阶段的特殊性，化学史的人文特征便成为降低学科陌生感、增强学生化学观念主要手段。其次，主题2的化学史素材数量最多，可以说元素的发现史几乎就是一部化学史。在知识层面，由于常见元素的性质所组成的物质对生产生活有很大的影响，所以该主题一直以来都是高中化学知识内容的重要组成部分；
[5]在化学与社会层面，主题5与主题2中物质的价值及应用相互呼应，化学史的社会性可以很好地诠释化学对于社会发展的价值。最后，主题4的化学史素材最少可能与必修部分的课程要求有关，可以发现新教材在选修部分有专门一个专题介绍有机化学的发展史，因此在必修部分呈现较少。
3．不同国别化学史多元性突出
新课标在情境素材建议中多次提示可以列举近年来我国化学科学研究成果及应用，并在主题5的学业要求中指出学生能列举我国体现化学科学与技术应用的重要成果。[3]基于此，本文对新教材中的化学史按照国别和所处时期进行分类统计，如图3所示。从国别角度可以明显看到，新教材中我国化学史素材较其他国家多，这呼应了新课标对于化学必修课程的新要求；
教材中化学史所涉及的其他国家范围广，且主要分布在欧洲国家。从时间角度观察，现代化学史的数量最多，古代化学史数量少。结合二者可以发现，古代化学史中我国的数量较多；
现代化学史美国的数量最多；
近代化学史虽然在数量上居中，但是其涉及的国家数量最多，涉及了英国、意大利、德国和法国等7个国家。
对以上三个特征进行分析，中国化學史分布在古代较多，且素材多倾向于中国古代的技术应用，究其原因可能是中国古代倾向于实际应用的实用主义科学，[16]比如“我国炼丹术史料中记载有‘丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂’”和“我国古代四大发明之一的黑火药就是由硫磺等原料配制而成的”等中华古代技术化学史。近现代化学史素材的占比与同时期世界科学中心呈正相关，近代的意大利、英国、法国和德国都分别成为过某一时期的世界科学中心，现代的科学中心转移至美国，其也是新教材中提及诺贝尔奖最多的国家。在全球化的当下，世界科学中心正在朝着多中心和多极化趋势发展，抓住时代的机遇，弘扬中华传统文化精神和思想观念的同时培养学生国际视野，着力发展学生的科学素养，书写崭新的化学历史显得尤为重要。
三、新教材中化学史的呈现方式
教材中化学史情境素材的呈现方式对学生的学习方式和教师的教学方式以及教学效果都有不同程度的影响，本文将新教材中化学史所处位置进行汇总（见表2），化学史素材以图文并茂的方式分布在前言、正文、栏目以及习题四个部分，其中图片涉及到科学家人物形象、实验装置图和手稿等。本文在这里重点讨论化学史在不同位置的特点与功能，可以发现新教材中各个栏目涉及的化学史数量最多，前言与正文中的化学史比重次之，习题中的化学史素材最少但分布在所有主题，各主题中化学史所处的位置分布较为均衡。
前言部分的化学史分布在“单元导语”和“专题导语”中，内容以首次发现或合成新物质为主，可见新教材注重化学史料与知识的贴合度。化学史所展现的历史经验可以给学生面对新知识带来安全感和新鲜感，与学生潜在的探索精神产生共鸣。比如必修第一册专题3通过英国化学家戴维首次在实验室制得金属钠的化学史引入课堂，激发学生对戴维个人、戴维使用的研究方法以及金属钠等产生一连串的问题，课堂自然便成为符合学生期待的课堂。
正文中化学史多是与原子结构的特征、元素的性质以及技术原理相联系的重要知识点，比如卢瑟福发现原子核、舍勒意外发现氯气以及哈伯和博施实现工业合成氨等。新教材不是直白地讲述知识点，而是将科学家们的实验探究历程转述为知识后再进行总结提炼．形成围绕核心概念的知识体系，增加化学知识生动性，学生可以感受基于证据的知识形成过程。
從化学史分布在不同位置的比例可以看出，新教材中的化学史多以拓展材料存在，且多在“科学史话”“拓展视野”“调查研究”三个栏目中。“科学史话”和“拓展视野”属于资料性栏目，重在拓展和丰富学生对于相关主题的化学史，帮助学生形成完整的科学观念。“调查研究”属于活动性栏目，意在让学生对相关史实有正确的价值判断和实践能力。与前言和正文中的史料分散且宏大不同，栏目中的化学史更注重背景细节的介绍和丰富的情感流露，尤其体现在新教材“科学史话”栏目的4个“科学家传记”类史料中。
习题中的化学史数量最少但分布在每个主题，可以看出新教材的编写呼应新课标强调的“教、学、评”一体化，且注重题目设置的情境性和综合性。在习题的素材上，新教材重视中国传统文化在课后习题中的作用，比如以考古中国古代文物作为问题背景设置问题，通过“鎏金龙鳞手镯”和“吴王夫差剑”考查学生对金属腐蚀原因的判断以及对青铜合金特点的掌握情况。在题型上除了选择题和填空题，还有简答题和项目式的调查实践题。其中必修第一册专题2理解与应用第9题围绕道尔顿的化学原子论创设问题．要求学生认识原子结构的基础上能够形成正确的科学观念并解释化学史上的错误，该题不仅发展学生“证据推理与模型认知”等素养，还开拓化学史在习题设置中的新思路，提高化学史在习题中的地位。
综合看来，新教材中化学史虽然在不同位置承担不同的教学任务，但各部分化学史的编排和呈现方式都基本符合核心知识的结构以及学生对于核心概念的认知规律。比如门捷列夫对元素周期律的预测与后期布瓦博得朗成功制得金属镓的历史发展顺序符合学生对研究方法的认知发展；
从实验室合成氨到氨的工业化生产的历史过程满足学生对科学研究与社会贡献的认知顺序等，这说明新教材在设计和编排上充分建立了化学史发展与学生学习之间的平衡关系，符合新课标要求的要注重情境、活动和问题解决的整体设计。[3]
四、新教材中化学史的教学建议
1．建立科学观念，正确认识化学史
化学史教学涉及到化学教育学、科学哲学、科学社会学以及心理学等多个领域，这就对化学教师提出较为全面的要求。首先，化学史不是碎片的，是整体的。新教材在有限的篇幅中已经尽可能多地呈现了化学史素材的背景信息，但化学史是针对世界全面发展的连贯的科学，应当注意使用时间轴和地图册减少学生对化学史片段式认知，加强与物理学、医药学、生物学等其他科学的联系，增加化学史与世界发展的联结。其次，化学史不是表面的，是根本的。在知识上，化学史在教材中虽然占比较小，但是教材中知识无不是来自化学史的总结、概括、凝练。在学习与方法上，量变的积累才能发生质的根本变革，技术与方法的革新不是一蹴而就的突变，而是不断根据历史经验试错与改进产生的。最后，化学史是永不停歇的。化学科研的每一点进步都是化学史前进的燃料，化学教师点燃的光亮是化学史前进的永恒动力。
2．领悟教材逻辑，用好教材中化学史
目前化学史在真实课堂教学中实施仍有较多困难，主要表现在教师对化学史的掌握不够系统，寻找匹配的化学史资源费时费力，考试涉及题目较少等问题。[17]教师初期可以充分利用好教材中的化学史，依据不同主题创设不同难度的化学史问题情境，学生在解决问题的过程中创新能力、探究能力和合作能力等都可以得到发展。另外，善于利用化学史的不同类型及其所处不同位置的特点使其成为知识的生长点。比如学习原子结构部分通过对正文中化学史的模型由宏人微逐步地探索，将“变化观念”贯穿始终，潜移默化地发展了学生的“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等核心素养，再根据习题中的化学史料进行创新思维训练，诊断学生对于原子结构的掌握情况并根据化学史中的争论发展学生探究精神与思辨能力。
3．拓展化学史素材，创新教学模式
由于化学史的特殊性，几乎每个知识点都能找到对应的化学史情境素材，但是并不是所有的知识都需要使用化学史，这需要教师在教学中根据教学目标、知识特点以及学生认知特点有针对性地选择合适的化学史。另外，教材资源存在滞后性，日常教学中可以在高效利用已有素材的基础上，梳理化学史发展的思路，根据教学需求对教材中的化学史进行补充。最后，教学不是将知识和情境素材的直接拼接，而是需要在定位准确后结合教学内容、方法、条件、情境、资源等构建教与学的系统，[6]创设思维型课堂。这就需要教师在教学设计上合理构建，课内利用已有化学史教学模式（例如：融人模式、适度模式[18，19] 、IHV模式[20]和四线式教学模式[21]等），课外组织学生创办兴趣小组、开展讲座等活动，创新开发能够发展学生学科核心素养、培养学生科学本质观、提高学生综合能力的思维型课堂。
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