王振芳　張賢金　吳新建

摘 要 科學(xué)本質(zhì)觀是科學(xué)素養(yǎng)的重要內(nèi)容，如何有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀是當(dāng)前高中化學(xué)教育工作者需要深入實踐研究的問題。本文選取魯科版高中化學(xué)《必修2》第一章第2節(jié)“元素周期律和元素周期表”第一課時為研究對象，從學(xué)生課前查閱化學(xué)史資料、課中體驗科學(xué)探究的過程與方法、教師利用“歷史回眸”總結(jié)等三個教學(xué)板塊探尋課堂教學(xué)中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀培養(yǎng)的途徑與方法，并基于教學(xué)實踐進行教學(xué)反思。

關(guān)鍵詞 科學(xué)本質(zhì)觀 元素周期律 化學(xué)史 反思

隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)素養(yǎng)越來越受到各國基礎(chǔ)教育改革的重視，科學(xué)本質(zhì)則是近二十年來世界科學(xué)教育改革所關(guān)注的熱點問題之一。尤其是美國制定的“科學(xué)素養(yǎng)基準(zhǔn)”（1993年）和“美國國家課程標(biāo)準(zhǔn)”（1996年）就明確指出：科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分就是對科學(xué)本質(zhì)的理解[1]。而我國制定并實施的《全民科學(xué)素質(zhì)行動計劃綱要》（2006～2010～2020年）也明確提出：“初步認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)”將成為我國未成年人科學(xué)素質(zhì)教育的主要任務(wù)。但是，我國的基礎(chǔ)教育由于深受高考指揮棒的影響，相當(dāng)一部分教師對科學(xué)本質(zhì)的研究重視不夠。因此，目前對科學(xué)本質(zhì)研究較多的只是針對教材的編排，而在課堂設(shè)計和課堂教學(xué)中涉及的較少。可以說，在科學(xué)本質(zhì)觀問題上，出現(xiàn)了國家層面上的重視與現(xiàn)實教育教學(xué)工作中的缺失之間的巨大反差。

針對這一現(xiàn)狀，我們在高中化學(xué)教學(xué)實踐中進行了一些實踐探索，在一些課程教學(xué)內(nèi)容中引入了科學(xué)本質(zhì)觀培養(yǎng)的內(nèi)容。由于元素周期律的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的整個歷程都蘊含著科學(xué)本質(zhì)的探究，本文選取魯科版高中化學(xué)《必修2》第一章第2節(jié)“元素周期律和元素周期表”第一課時為研究對象，在化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計和課堂教學(xué)過程中充分體現(xiàn)出科學(xué)本質(zhì)觀的理念，通過課堂教學(xué)有意識地培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀。

一、通過“課前預(yù)習(xí)課中點撥”幫助學(xué)生初步認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵

傳統(tǒng)的教學(xué)方法，一般是教師簡單利用教材中“聯(lián)想·質(zhì)疑”欄目，過渡到元素周期律的教學(xué)。而本節(jié)課課前教師安排學(xué)生按學(xué)習(xí)小組上網(wǎng)查閱資料，使學(xué)生在查閱相關(guān)資料的過程中對元素周期表的發(fā)展史有一定的了解，課堂上利用5～8分鐘讓完成較好的學(xué)生到講臺上展示自己的成果并講解，教師對學(xué)生的成果中蘊含著的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容進行分析、點評，通過學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課中教師點拔的教學(xué)過程初步讓學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)有以下認(rèn)識。

1.認(rèn)識科學(xué)的發(fā)展需要經(jīng)歷一個漫長的過程

以往對化學(xué)史的介紹，大都采用教師講故事、學(xué)生聽故事的方式進行。因此，即使教師講得再生動，學(xué)生聽到再入神，許多學(xué)生還是不能體會科學(xué)探索的漫長性?，F(xiàn)在，改為先由學(xué)生自己查閱資料，再由學(xué)生代表上臺講解，教師只需要略加點撥，導(dǎo)引學(xué)生注意時間發(fā)展：從1789年首開元素分類先河的拉瓦錫，到1869年提出人類歷史上第一張化學(xué)元素周期表的俄國化學(xué)家門捷列夫，最后到1913年應(yīng)用x射線測定原子核所帶的正電荷數(shù)目的英國物理學(xué)家莫斯萊，人類社會才對元素周期律的實質(zhì)有了真正的認(rèn)識[2]。從1789年到1913年經(jīng)歷了124年的時間，學(xué)生能體會到科學(xué)的發(fā)展經(jīng)過一個漫長的過程。在這過程中體現(xiàn)出各國科學(xué)家的聰明才智，這對學(xué)生初步認(rèn)識、理解科學(xué)本質(zhì)極具價值。

2.認(rèn)識科學(xué)知識具有局限性

通過課前預(yù)習(xí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)元素周期表有很多版本，比如德貝萊納的四個元素組，尚古爾多的圓柱形螺旋圖，邁爾制作的六元素表，牛蘭茲的八音律元素表，門捷列夫的元素周期表。學(xué)生們提出質(zhì)疑：為什么元素周期表在不同時期有不同的表現(xiàn)？教師答疑點撥：因為從道爾頓到門捷列夫，各國科學(xué)家都認(rèn)為原子是不可再分的，人們認(rèn)為，隨著原子量的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化這一元素性質(zhì)的觀點，在當(dāng)時是正確的；但是，隨著科學(xué)家對原子結(jié)構(gòu)的深入探索，人類逐步認(rèn)識到元素周期律是按原子序數(shù)排列而成，并非都按門捷列夫的原子量排列；當(dāng)然，隨著先進的科學(xué)實驗手段的持續(xù)運用，各領(lǐng)域科學(xué)研究的持續(xù)深入，這一觀點也可能會發(fā)生改變，所以，科學(xué)知識具有主觀性和局限性。

3.認(rèn)識科學(xué)知識的發(fā)展具有創(chuàng)造性

從研究方法看，從道爾頓的原子學(xué)說開始到1869年門捷列夫的元素周期表，科學(xué)家都認(rèn)為元素周期表是按元素的原子量進行排列的，直到1913年，莫斯萊測定了一系列元素的特征x射線后指出：核電荷才是元素周期表中元素排列順序的真正依據(jù)，1913年到1925年洪特規(guī)則和泡利不相容原理的出現(xiàn)，才完全發(fā)現(xiàn)了元素周期律的本質(zhì)。伴隨著對元素周期表本質(zhì)的揭示，元素周期表被賦予了真正的靈魂，這說明科學(xué)知識的發(fā)展具有創(chuàng)造性，也讓學(xué)生充分明白科學(xué)知識的形成依賴細(xì)致的觀察、科學(xué)的實驗證據(jù)、合理的論證以及大膽懷疑的態(tài)度。

通過學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，課中學(xué)生的講解、質(zhì)疑，教師的解疑點撥，學(xué)生才能充分理解元素周期表的產(chǎn)生、發(fā)展和趨向完善，是經(jīng)歷了一個多世紀(jì)、多代科學(xué)家接力賽般努力探索的過程，推動著現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的建立和發(fā)展，尤其是促進了現(xiàn)代化學(xué)諸多分支的建立和發(fā)展。

二、利用“活動·探究”欄目幫助學(xué)生體驗科學(xué)探究本質(zhì)

在了解元素周期表的發(fā)展史的基礎(chǔ)上，再利用教材的“活動·探究”欄目中“元素周期律初探”，讓學(xué)生親身體驗科學(xué)探究的過程，活動問題：（1）學(xué)生完成表中所缺內(nèi)容。（2）學(xué)生按學(xué)習(xí)小組對表中的各項內(nèi)容進行比較、分析，繪出三張對應(yīng)的柱狀圖和折線圖，尋找其中的規(guī)律。通過“活動·探究”欄目讓學(xué)生深入體會科學(xué)家的科學(xué)探究過程，掌握科學(xué)研究的一般方法。

1.學(xué)會掌握科學(xué)研究的一般過程

科學(xué)研究過程一般包括發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、實驗驗證、數(shù)據(jù)分析、得出結(jié)論等。本節(jié)先讓學(xué)生完成教材的表格所缺內(nèi)容，然后學(xué)生依據(jù)表格數(shù)據(jù)分析并作圖，進行相關(guān)規(guī)律的探索。從而讓學(xué)生更深入理解科學(xué)研究就是人們探索事物真相、性質(zhì)或規(guī)律，以便獲得新信息的活動，由此為學(xué)生今后從事科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

2.學(xué)會分析實驗數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律

科學(xué)上對數(shù)據(jù)分析常用的一種方法是把定量的數(shù)字問題轉(zhuǎn)化為圖像處理，通過研究變化趨勢從而更加簡潔直觀地找到其變化規(guī)律，而元素周期律的教學(xué)重點是讓學(xué)生會利用各種圖表處理數(shù)據(jù)，使學(xué)生了解科學(xué)研究的方法。本節(jié)讓學(xué)生以小組合作形式合作完成教材的“活動·探究”欄目中元素周期律初探，學(xué)生以元素的原子序數(shù)為橫坐標(biāo)、原子的最外層電子數(shù)為縱坐標(biāo)，繪出柱狀圖。同樣方法讓學(xué)生繪出其他兩張折線圖，讓學(xué)生觀察圖表，通過觀察得出元素核外電子排布的周期性決定了元素性質(zhì)的周期性。通過這一活動讓學(xué)生明白數(shù)據(jù)分析是科學(xué)研究的基本手段，圖表是整理數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的重要工具。

三、利用“歷史回眸”欄目，幫助學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)理論建構(gòu)本質(zhì)

本節(jié)先讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)化學(xué)史，初步認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵，再通過教材的“活動·探究”欄目，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程和方法，最后學(xué)生閱讀“人類對元素周期律的認(rèn)識”，師生共同總結(jié)，幫助學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)理論建構(gòu)的本質(zhì)。

1.理解科學(xué)理論的建構(gòu)是“實驗-觀察-推理”的過程

在“歷史回眸”欄目中提到，到19世紀(jì)中葉已經(jīng)獲得60多種元素的原子量，人們對元素周期律的早期認(rèn)識是從門捷列夫（D.L.Mendeleev）和邁爾（J.L.Meyer）等科學(xué)家依據(jù)原子量的大小對元素進行分類排列，并發(fā)現(xiàn)元素性質(zhì)隨著原子量的遞增呈現(xiàn)明顯的周期性變化得出的。學(xué)生初步認(rèn)識到了科學(xué)理論的建構(gòu)遵循“實驗-觀察-推理”的過程。

2.理解科學(xué)知識具有暫時性、動態(tài)性

在“歷史回眸”欄目中提到，根據(jù)元素周期律門捷列夫（D.L.Mendeleev）就預(yù)測出三種新元素及其性質(zhì)。隨著科學(xué)家的努力，元素鎵（Ga）、鈧（Sc）、鍺（Ge）在十五年內(nèi)相繼被發(fā)現(xiàn)，它們的原子量、密度和有關(guān)性質(zhì)都與門捷列夫的預(yù)言驚人的相符，這時元素周期表才逐漸被人們承認(rèn)。但是，一直到1913年英國物理學(xué)家莫斯萊利用x射線對原子核所帶的正電荷數(shù)目進行了測定后，人類社會對元素周期律的實質(zhì)才有了真正的認(rèn)識[3]。通過師生交流，學(xué)生理解了科學(xué)家建立起的科學(xué)知識體系，都必須經(jīng)過人們長期的質(zhì)疑、驗證或重新修改，其合理性才會被接受。可見，科學(xué)知識具有暫時性、動態(tài)性，即對于科學(xué)知識來說，只有相對的真理，沒有絕對的真理。

四、基于科學(xué)本質(zhì)觀培養(yǎng)的教學(xué)實踐反思

由于受高考指揮棒的影響，加之教師和學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解程度不同，教材中出現(xiàn)的化學(xué)史大多不會得到教師的重視。為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀，本節(jié)“元素周期律”的教學(xué)設(shè)計及課堂教學(xué)重點就放在“化學(xué)史”的認(rèn)識及其后面所揭示的科學(xué)本質(zhì)，以培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解。通過教學(xué)實踐，筆者有以下幾點反思。

1.化學(xué)史是學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)的重要途徑

化學(xué)史可以直接傳達科學(xué)本質(zhì)，以達到科學(xué)本質(zhì)教育的教學(xué)目標(biāo)，因此如何用好化學(xué)史就顯得非常重要。目前教師講化學(xué)史的形式是講故事或簡單介紹化學(xué)家的重要貢獻，對化學(xué)家研究經(jīng)歷和如何得出重要貢獻沒有認(rèn)真分析、點撥，所以在教學(xué)中無法挖掘隱含在化學(xué)史后面的科學(xué)本質(zhì)要素。本節(jié)試圖從元素周期律和元素周期表的發(fā)展史多角度去詮釋科學(xué)本質(zhì)。課前教師布置學(xué)生獨立完成有關(guān)元素周期律和元素周期表發(fā)展史資料的查閱，讓學(xué)生個體對有關(guān)史料有一個概述性了解；課中教師首先讓學(xué)生分學(xué)習(xí)小組合作討論，補充、完善資料；隨后請學(xué)生代表上講臺歸納講解，教師點撥歸納提高；最后學(xué)生對本堂課學(xué)習(xí)所得進行總結(jié)分享。有的學(xué)生總結(jié)說：“元素周期表的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展、完善的歷史，只是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一個縮影，它讓我知道了任何科學(xué)的發(fā)現(xiàn)都需要長期不懈地努力才能獲得成功，在這個過程中，科學(xué)不是一帆風(fēng)順的，而是力盡艱辛、充滿挫折、失敗、猜想、頓悟的不斷探索的過程?！睂W(xué)生的這種理解，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了對化學(xué)史的掌握，而反映出他們對科學(xué)本質(zhì)有了更深入的領(lǐng)悟。

2.設(shè)計模仿科學(xué)家探索的活動，幫助學(xué)生體驗科學(xué)探究過程

為了幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)本質(zhì)，教師在課堂教學(xué)中設(shè)計模仿科學(xué)家探索的活動，讓學(xué)生分學(xué)習(xí)小組討論，分析原子序數(shù)1～18號的元素其原子序數(shù)與元素性質(zhì)之間的關(guān)系并作出圖表。學(xué)生通過觀察、推論，發(fā)現(xiàn)隨著原子序數(shù)的遞增呈周期性變化規(guī)律這一元素的性質(zhì)。并讓學(xué)生通過這一探究活動體驗到科學(xué)家的科學(xué)探究過程，理解科學(xué)研究中圖表是整理數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的有效手段，同時領(lǐng)悟科學(xué)理論的建構(gòu)是從觀察到推論的過程，科學(xué)也是一種不斷“探究”的過程。

3.充分利用教材資源“歷史回眸”總結(jié)科學(xué)本質(zhì)特征

“歷史回眸”欄目中全面介紹了人類對元素周期律的認(rèn)識，從道爾頓的原子學(xué)說和原子量概念的提出，到俄國著名化學(xué)家門捷列夫和德國化學(xué)家邁爾等分別利用已發(fā)現(xiàn)的60多種元素原子量數(shù)據(jù)，開始研究原子量與元素性質(zhì)間的關(guān)系，門捷列夫的第一張元素周期表是按原子量排序，并根據(jù)元素周期律修正了9種元素的原子量，還預(yù)言和發(fā)現(xiàn)了三種新元素及其特性。最后到1925年量子力學(xué)的產(chǎn)生，人類才明確元素原子核外電子排布規(guī)律，最終發(fā)現(xiàn)元素周期律的本質(zhì)，這個過程歷經(jīng)一個多世紀(jì)。這充分說明科學(xué)知識的發(fā)展都要經(jīng)歷一個漫長的過程，科學(xué)知識的發(fā)展具有暫時性、動態(tài)性、創(chuàng)新性、發(fā)展性的特征，教師必須充分利用此資源讓學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解更具體、更全面。

總之，“元素周期律”的教學(xué)，讓我們深入認(rèn)識到對教材中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)要素的挖掘，必須由教師巧妙設(shè)計，多角度、多維度去思考，并把這些設(shè)計和思考融入到學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作探究的整個學(xué)習(xí)過程之中，讓學(xué)生不僅僅學(xué)到“元素周期律”的知識，更重要的是領(lǐng)悟到人類社會科學(xué)發(fā)展過程中一代代科學(xué)家接力賽般進行著科學(xué)的研究和發(fā)現(xiàn)，真正把科學(xué)本質(zhì)根植于學(xué)生的腦海。

參考文獻

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[3] 王磊.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)2[M].濟南：山東科技出版社，2007.

【責(zé)任編輯 郭振玲】