化學史在化學教學中的作用

許多科學家和教育工作者在現代學校教育中表示了他們的擔憂。蔡元培先生曾提出過“文理交融”的主張,人們一直在教育領域里尋求科學主義與人文主義之間的平衡。我國著名教育家、中國科學院院士楊叔子說過:“科學求真,人文求善,現代教育應是科學教育與人文教育相融而形成一體的‘綠色’教育!”怎樣在化學教學中實現文理交融?筆者通過理性思考和實踐探索體會到,化學史教學可以在這方面發揮很大的作用。現將作者的有關認識和做法介紹如下。1化學科學與人文在理論課程中的滲透,并沒有做到真正的機理融合在新一輪課程改革中,教材的編寫已經注意到科學和人文融合。例如,在化學教材中加強和凸現了化學科學與社會發展及人們生活的密切關系,注意了人文在理科課程中的滲透。但是,還沒有做到真正意義上的文理融合。對此,筆者認為在目前階段,設立一些更加體現科學與人文相融合的課程是必要的。1.1化史教育的重要性1.1.1化學科學發展的歷史作為自然科學發展史和人類文明發展史的組成部分,化學發展史中蘊涵了大量科學探究的過程及人文歷史背景。在化學科學發展的進程中,它們水乳交融地融合在一起。因此,化學史完全可以成為科學和人文相融合的一門課程。1.1.2通過智育進行情感態度價值觀教育教育部制訂的《普通高中化學課程標準(實驗)》明確指出,化學課程要通過化學知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等3個方面,來實施對未來社會公民科學素養的培養。這一目標本身就蘊含著科學要和人文結合。一般認為,“知識與技能”可以直接通過學科課堂教學傳授,“研究性學習”可以凸現“過程與方法”,并使學生在情感、態度、價值觀方面得到發展。但在實際操作中,學生的研究性學習離真正意義的科學研究還有較大差距,學生往往只能獲得一些直接的、淺層次的、較為粗糙的經驗,這就跟培養未來社會公民科學素養的目標有一定差距。歷史跟邏輯是統一的,人們研究化學的歷史過程在宏觀上反映了科學認識發展的邏輯規律。歷史上各種化學問題發現和解決的過程是研究性學習最真實、最具說服力的情境,學生從中可以深刻地理解什么才是真正的科學研究;而化學史中蘊涵的那些豐富的人文內涵又是進行情感態度價值觀教育的一個非常好的載體。所以,結合化學史進行教學可以彌補化學學科教學的不足,更好地提高學生的科學素養。1.2課程設置的單一性遺憾的是,化學史教學在中學一直處在一種可有可無的地位,通常只是把化學發展史的部分片斷作為“花絮”穿插在化學知識的教學中,很難作為課程單獨設置。在教學目標上,一般只是讓學生了解一些有重大意義的化學理論的發現年代及化學家的簡單生平,它所蘊涵的豐富而極具價值的教育資源則被人們所忽略。造成這種情況的原因可能是多方面的,其中包括以下2個方面。1.2.1化學史的結構在化學的發展史中,許多化學家為了揭示出物質世界的奧秘,耗盡了畢生的心血。在每一個激動人心的重大成果之前,無不是一條曲折而又閃爍著智慧光芒的求索之路;在它的背后無不是一段生動、真實、發人深思的人生經歷。化學史是一個充滿了科學和人文精神的立體時空。但是,通常對“化學家”的描述是程式化、平面化的;對“重大發現”的呈述則常局限于線性的時間流程,使得化學史教學成為粗線條式、表面化的,那些單調的“流水帳”和空泛的敘述很難達到應有的效果。1.2.2化學史教學的舊手段史實的枯燥敘述、簡單羅列,且“述而不論”,使得化學史教學乏味而沉悶。要使化學史教學煥發出新的生命力,就要改變陳舊的教學手段,讓那些過去年代的人物和故事生動地呈現在學生面前,去打動學生的心靈;就要讓化學史教學走出僵硬單調的形式,變得更加開放、自由和多元,去啟發學生的思考。2“理”、“文”的內涵基于以上的思考,筆者在高中化學史拓展課中嘗試開展“基于化學史的文理綜合教學”。這里的“理”包含有關的科學知識、科學方法、科學精神等方面的科學內容;這里的“文”,包含情感、態度、價值觀等方面的人文內容。“基于化學史的文理綜合教學”就是以化學發展史為載體,采用自由而開放的課堂討論形式,力求揭示科學的人文性,將科學和人文有機地融合起來。2.1豐富的史料和三維時空在浩瀚如煙的史料中,教師必須進行精心篩選,并將這些史料放在科學、人文和時間3個坐標軸構成的立體時空中。2.1.1科學思維是“文”的內容分析了解歷史上某個年代有哪些重大發現當然很重要,然而,比這更重要的是了解科學研究的真實過程。科學家是怎樣發現問題的?他們做了哪些努力?他或他們的研究思路是怎樣的?其中遇到哪些困難?有沒有走過彎路、甚至留下遺憾……這些“細節”中不僅包含了科學的思維方式、實驗的設計和手段、數據的分析和處理等“理”的內容,也包含有科學家的勇氣或妥協、創新或保守、成功或失敗等“文”的內容。例如,筆者圍繞“拉瓦錫和他的燃燒學說”組織的史料不僅僅有“燃素說”的由來和主要觀點,拉瓦錫研究的詳細過程,還有與他同時代的舍勒、普利斯特,甚至有比拉瓦錫早50年、遠在俄國圣彼得堡的羅蒙諾索夫的研究。通過這些翔實的史料,學生對化學史上的這次革命有了更加完整、更加真實的認識。這里有拉瓦錫科學嚴密的實驗設計、實事求是的科學態度;有舍勒、普利斯特里等人無法打破陳舊觀念而留下的遺憾;還有羅蒙諾索夫“無人喝彩”的深深寂寞;更有人們對自然奧秘鍥而不舍的追求。科學研究不再是單一的、游離于普通人之外的抽象概念,而是真切的、具體的、充滿曲折、賦有人性的。2.1.2真實、人文是培養學生“三大科學”的基礎人是歷史的真正主角,科學研究的歷史其實都打上了科學家濃濃的個人色彩。化學家推動了化學科學的發展,化學史教學如果離開了化學家是無法想象的。我們呈現給學生的化學家形象應該是高高在上的“圣人”,還是有感情、有個性“真實而豐滿的人”?正確的答案當然應該是后者,這是完全必要的,因為只有真實的人才是有人性的人,只有這樣的人以及事物發展過程中的那些細節,才能折射出科學和人文的深厚內涵,才能更好地達到啟發教育學生的作用。事實上,科學家的科學研究工作也是學者人生的一個重要組成部分,是與他們的個性、愛好、經歷、世界觀相一致而密不可分的。“科學”總要打上“人文”的印記。例如,化學之父波義耳,在人類經歷了對“煉金術”的兩千年盲目追求之后,將化學帶上了科學之路。當我們把波義耳的偉大功績與他的家庭背景、所屬階層、所受教育、健康狀況、性格以及宗教信仰等放在一起分析時,會發現這之間其實也有著許多必然的聯系。2.1.3拉瓦錫的命運科學的進步將推動社會的發展,社會因素也同樣影響科學的研究和發展。所以科學研究不僅會打上個人的印記,也會打上時代的印記。拉瓦錫在法國大革命中的命運、哈伯在特定時代的人生抉擇;而門捷列夫、居里夫人由于他們在科學上的巨大貢獻和無與倫比的個人魅力,對他們所生活的時代都曾有過巨大而深遠的影響……因此,科學和科學家必然是社會性的,只有把他們放在特定時代的社會背景下,才會變得鮮活而厚實起來。2.2時代和國家一般離學生很難理解有了豐富的史實材料,要達到很好的教學效果還遠遠不夠。畢竟,化學研究是專業性很強的科學問題,與學生的日常生活有一定的距離;而化學家所處的時代或國度一般離學生也比較遙遠。即使史料非常詳盡全面,還是會有“隔靴搔癢”的感覺,也就很難使學生對其中的內涵有深切的感受和理解。為此,在教學實踐中,筆者采取了實驗的手段以及引入圖片、影視素材等多媒體元素。2.2.1組織學生進行原理和操作方法并不是所有的化學家的實驗都能被簡單地模擬,也不是所有的化學原理都能被學生完全理解。教師可以選擇那些原理和操作方法較為簡單的實驗,組織學生按化學家的方法重新演示;對于比較復雜、難度較高的,可以只做其中一部分,或利用多媒體進行原理模擬。例如,早期化學家拉瓦錫關于氧氣的實驗、波義耳的一些實驗等等,可以讓學生親身感受拉瓦錫曾經聽到的“滋滋”聲,親手用波義耳的方法制作酸堿指示劑……。2.2.2“居里夫人”的故事多媒體元素,尤其是影視素材的運用也能達到很好的效果。可以用電影的片斷再現當時的歷史背景。例如,有關17世紀英國上層社會生活的電影片斷可以幫助學生理解波義耳的生活;有關第一次世界大戰的片斷可以讓學生在評價哈伯時更加到位。而類似“居里夫人”這樣優秀的傳記影片更為教師提供了絕佳的條件:當我在課堂上播放了“居里夫人”的幾個片斷,學生親眼目睹居里夫婦在簡陋棚屋中艱苦地工作時,他們看到了偉大的科學家做的竟也是自己熟悉的溶解、加熱、過濾、結晶;當學生親耳傾聽了居里夫婦充滿智慧的對話時,他們感受到了科學家在發現新的理論時那份來自內心的強烈沖擊。就這樣,那些久遠的歷史場景被生動地再現了,而學生的心靈也被深深打動了……。2.3論才會活躍而深入當化學家們鮮活地呈現在學生面前,學生被深深打動時,課堂的討論才會活躍而深入。但是,要使課堂真正煥發出生命力,不僅要充分尊重學生、給予他們自由而開放的空間,教師更需要精心地準備,敏銳地捕捉討論的切入點,創設情景,引導學生深入地思考和討論。2.3.1針對學生個體層面的情況,引導學生出現多種問題在化學史教學中,應避免涉及過于艱深的理論,選擇學生能夠較為順利理解或比較熟悉的資料。在課堂討論中,有關的化學知識不應成為討論內容的主體,而化學家在探究過程中怎樣提出問題,思維方式、實驗設計和方法、數據分析都可以成為討論的重點。例如,對居里夫人研究的放射性理論不必過多討論。由于學生對放射性元素有一定的了解,他們理解居里夫人發現鐳的過程沒有任何障礙。筆者就把居里夫婦發現鐳的曲折過程作為討論的重點。教師要設法使學生的討論不停留在表面現象,引導討論深入地涉及更加本質的東西。例如,在討論居里夫人是怎樣提出課題時,學生發現她的課題和同時代的貝克勒耳是不同的,結果兩人取得的成就也是不同的。教師抓住這個契機,引導學生就此發表觀點、作出評價,使學生的認識得到提升。2.3.2把握正確的命運—有關情感、態度、價值觀的討論要像美國著名學者薩頓曾經鮮明提出的那樣,“贊美科學所含有的人性意義,并使它重新和人生聯系在一起”。在化學史中反映科學的人文性的素材比比皆是,拉瓦錫等人對氧氣的研究及不同的結果可以引發學生討論“怎樣才能把握成功的機遇”;拉瓦錫的最終命運還可以引發學生思考“科學家甚至一個普通人在社會洪流中如何把握自己的命運”;哈伯的人生選擇則可以引發學生討論“科學家或一個普通的人的社會責任和良知”;討論門捷列夫的童年遭遇、個性、藝術修養是怎樣使他成為一個有大成就的科學家;居里夫人驚人的毅力和獻身精神更可以引發學生思考“怎樣的生活才是真正幸福的生活?”……。教師在教學中不應做空洞的說教,應該把發言權交給學生。在學生有了心靈觸動時,教師只要適度引導,完全可以將學生的“心中所感”引發出來。教師的引導要注意兩點:一是避免討論的空洞說教,要引導他們回到彼時、彼景中去,讓學生感同身受、推己及人,體會科學家作為一個普通人的感受,再將這些與自己的生活相比較。從而引導他們去思考人生、關注社會……。二是允許學生發表不同的見解,由于學生年齡和認知能力的局限,即使觀點失之偏頗也是正常的。這時,教師應給予引導,把握客觀、正確、積極的方向。2.3.3精心設計的情境和問題文理綜合,不是“文”、“理”簡單的“拼盤”,而是相互“融合”,即“文”中有“理”,“理”中有“文”。怎樣才能做到這一點?通過教學實踐,筆者認為教師要始終堅持以“人”為本的原則,在化學發展史中化學家是主體,而在課堂上學生是主體,教師要為這2個主體搭建橋梁,讓學生能夠走到化學家們的身邊,觸摸到那些不朽的靈魂。當人的心靈和科學相遇時,科學和人文就融合了,而橋梁就是教師精心設計的情景和問題。筆者常常這樣發動討論:“如果是你,你會怎樣…”“某某化學家他在做什么?想什么?他為什么這樣…”等等。例如在比較居里夫人和貝克勒耳的研究課題時,筆者設計了這樣的問題“如果是你,你會選擇哪一個課題?為什么?”緊接著又問“你會為貝克勒耳感到遺憾嗎?你覺得他后來的研究有價值嗎?”在這樣的討論中,學生通過設身處地的感受,既討論了“課題”這個科學探究的重要要素,又從“人文”的角度去理解了科學研究的價值問題。這就使得“理”中有“文”了。同樣,在討論居里夫婦在“棚屋”內艱苦地工作時,我設計了這樣的問題“你愿意成為他們的助手嗎?”“如果你是校長,你會提供更好的條件