利用化学史提升学生对科学本质认识的教学

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1、利用化学史提升学生对科学本质认识的教学以“元素周期表的诞生和发展”为例作者：白建娥作者简介：白建娥，清华大学附属中学（北京100084）。原文出处：《中学化学教学参考》（丙安）2017年第20179期第7-10页内容提要：将元素周期律发现和完善的化学史实融入教学，设计了三个具有思维容量的学生活动，促进学生对科学本质的理解:给历史事件按照时间先后排序；为X、Y、Z三种陌生元素定位；解释元素性质与原子结构的关系。结合化学史实与学生活动提炼出有关科学本质的内容并进行外显。期刊名称：《中学化学教与学》复印期号：2018年0

2、1期关键词：化学史/科学本质/元素周期律（表）/教学设计_、设计思想理解科学本质（NatureofScience）是科学素养的重要组成部分，是实现新课程目标的关键因素。科学本质主要指科学知识及科学知识发展过程中固有的价值观和假设［1］。目前对科学本质究竟包含哪些方面的内容依然存在争议，达成共识的内容主要有以下几个方面：科学具有暂时性(Tentativeness)、创造性(Creativity)、基于观察和推理(ObservationandInference)、主观性(Subjectivity)、社会嵌入和文化嵌入性

3、(SociallyandCulturallyEmbedded)以及基于实证(EmpiricallyBased)［2］等。研究表明，学生对科学概念的掌握依赖于对科学本质的认识；对科学本质更全面的了解可以使学生在曰常生活中对科学议题做出更明智的决定［3］。那么，如何在教学中提升学生对科学本质的理解呢？除了开展科学探究活动这个最直接的途径外，融入科学史也是一种行之有效的方法，它可以帮助学生了解目前我们所知道的科学知识是如何形成的，科学家在面对问题时是如何探究和思考的，最后是如何解决的，从而理解其中蕴含的科学本质［4］。历

4、史上，元素周期律(表)的发现和完善经过了艰辛的历程：从18世纪后半叶开始，新的实验手段和方法的发展大大促进了化学元素的发现；化学家们想方设法获取元素的单质，探索其性质，测定元素的原子量(相对原子质量，下同)；随之展开对元素的分类研究；1829年，德国化学家德贝莱纳发现了5组"三元素组"；接下来的三十年，一些化学家企图寻求元素之间的数学关系；1862年，法国地质学家尚古尔多将当时发现的62种元素按照原子量大小排序，初步看出元素性质具有周期性；1863年，英国化学家纽兰兹提出"八音律"，指出从某一指定的元素起，第八个元

5、素是第一个元素的某种重复；后来，德国化学家迈尔和俄国化学家门捷列夫分别明确地提出元素性质随原子量递增发生周期性变化的规律；1869年，门捷列夫发表了第一张元素周期表；1897年开始，英国物理学家汤姆生、卢瑟福、查德威克陆续发现电子、质子和中子，人们逐渐了解了原子的内部结构；1913年，卢瑟福的学生莫斯来发现元素性质随着原子序数递增呈现周期性变化［5］。元素周期律的发现和完善过程，不仅再现了科学家们的研究方法，还充分体现了科学本质的许多方面，如不同科学家从不同角度对元素进行研究，诠释了科学的主观性；在关于元素性质描述

6、的众多数据中，门捷列夫牢牢抓住了化学性质与原子量这两个关键数据进行研究，终于发现了元素周期律，体现了科学的创造性；在镓（类铝）、锗（类硅）、钪（类硼）发现之前就能够准确预测其性质，这是基于对科学数据的观察和推理；元素周期律最终获得科学界认可，是基于预测的元素陆续被发现这些实证；从最初元素性质随原子量递増呈现周期性变化到最终修正为元素性质随原子序数（核电荷数）递增而呈周期性变化，体现了科学的暂时性。将这段史实融入教学中，学生就不至于提到元素周期律，只知道门捷列夫，他们会更多地了解到门捷列夫之前科学家的奠基性工作，体会

7、到科学不是一蹴而就的，科学是一个致知的过程，这个过程要依靠仔细的观察并从观察中创立各种理论，新的观察发现可以对流行的理论提出挑战。鉴于此，笔者决定将元素周期律的发现史融入教学中，以此来提升学生对科学本质的理解。二、设计及实施过程有了教学设计思想，还需要转化成教学实施过程。如何将史实中承载的这些科学本质的共识落实到学生的头脑中，成为其科学素养的一部分呢？传统教学中好的策略有两种：一种是教师采用视频、图片等多种媒体呈现，并绘声绘色地讲给学生;另一种是采取"角色扮演"的方式，学生课前阅读史料，课上表演汇报。笔者认为这两种

8、方式虽然生动鲜活，但都流于表面，是一种浅层次的体验，学生太过专注于形式或史实本身，可能会忽略科学家们的思想方法，忽略史料中蕴含的科学本质秉承重在思维深度体验的教学理念，结合我校学生特点，笔者设计了以下教学流程（如图1所示）。课堂教学以历史发展为主要线索，分元素周期律（表）的诞生、丰富与发展三个主要教学环节展开。每个环节均设计了较为开放的学生活动，让学生通过活