李焱　湯芹

摘要：化學發(fā)展史能從歷史的角度揭示化學發(fā)生、發(fā)展過程及其規(guī)律，它蘊含著許多重要的化學知識、過程和方法，彰顯化學家敏捷的思維、堅強的毅力和為實現理想而甘于奉獻的精神等人文內涵。文章以2016年部級“一師一優(yōu)課”活動中的“水的組成”一課為例，基于化學發(fā)展史而展開教學，基于化學發(fā)展史來構建研究物質組成的思維模型，將提高學生的科學素養(yǎng)落實在課堂教學的實踐。

關鍵詞：化學發(fā)展史；水的組成；思維模型；數字化校園

文章編號：1008-0546（2017）12-O009-05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.12.003

一、教學思路設計

本節(jié)課通過與水有關的成語引入新課，然后以化學發(fā)展史上水的組成科學探究過程為線索，通過問題引領、實驗探究、交流討論、歸納總結認識水的組成和研究物質組成的學科方法，并構建研究物質組成的思維模型。

二、教學過程實錄

【環(huán)節(jié)1】創(chuàng)設學習情景，認識水的物理性質

問題1：說一說你了解的和水有關的成語或詩詞。

小組A：水泄不通、水滴穿石、水漲船高。

小組B：日出江花紅勝火，春來江水綠如藍。黃河之水天上來，奔流到海不復回。

小組C：所謂伊人，在水一方。

問題2：基于生活經驗和其它學科的學習，你知道水有哪些物理性質嗎？

師生交流得出：水是一種無色、無味道、無氣味的透明液體；在標準大氣壓下，熔點0℃，沸點100℃；純凈的水導電性很弱；比熱為4.1kJ/g·℃。

設計意圖：以詩詞引入新課，讓學生感受化學的美和詩意。教學是教育的重要組成部分，化學教學除了教給學生化學的知識和方法，培養(yǎng)學生在未來社會適應工作的能力和科學素養(yǎng)外，還應該在教學中讓學生感受化學與生活的關系，從化學的視角感受詩意的生活。

【環(huán)節(jié)2】以化學發(fā)展史為線索，引導學生認識和探究水的組成，并構建思維模型

【環(huán)節(jié)2-1】介紹古代的“水的組成”觀

師：古人認為，水是一種元素，不可再分。同學們是怎么認為的呢？

生：水可以再分，因為氫氣燃燒可以生成水，那水當然可以分。

（說明：因水電解實驗需要一段時間，所以簡單介紹水電解裝置，并開始水電解實驗，大約10分鐘后再討論實驗。）

師：大約250年前，還沒有電的使用，那當時科學家是怎樣研究水的呢？今天，我們就沿著科學家們的足跡，看看科學家們是怎么研究水的組成的。

【環(huán)節(jié)2-2】從卡文迪許到普利斯特里的科學研究，構建思維模型1

師講述：1766年，英國的科學家卡文迪許發(fā)現將金屬鋅加入到硫酸中，會產生一種無色氣體，這種氣體與空氣混合后點燃，發(fā)生威力巨大的爆炸，他將這種氣體叫做“可燃空氣”。

師演示：鋅加入稀硫酸中（學生表述現象），將導氣管放到盛有洗滌劑溶液的燒杯中，吹出一定量的氣泡，點燃燒杯中的氫氣泡（如圖2）。

師講述：同一時期，英國的科學家普利斯特里，也在研究這種“可燃空氣”，這種氣體密度只有空氣的1/11，普利斯特里多次將這種猛烈的爆炸當作魔術在當時的歐洲貴族聚會上進行表演，直到某一次爆炸表演結束后，他發(fā)現玻璃容器的內壁有水霧，隨后通過多次反復實驗，確認這種水霧就是水。

師演示：氫氣混爆實驗（圖3），并要求學生表述觀察到的現象。

生1：氫氣爆炸，杯子彈起來了。

生2：氫氣發(fā)生爆炸，聲音很響。

師：你們看到爆炸的火光了嗎？我們來看實驗的慢速播放（圖4）。

生3：氫氣中混有空氣時，點燃會爆炸，有火光，說明這種爆炸是化學變化。

問題3：在普利斯特里的魔術中，玻璃容器中的水霧是什么呢？為什么？

生4：水。

生5：氫氣和空氣中的氧氣生成水，所以水是由氫、氧兩種元素組成的。

師總結：這是研究物質組成的一種思維方法：A+B+……→X，則X是由A、B……中全部元素組成的。我們把這種研究組成的方法稱之為“化合法”。

【環(huán)節(jié)2-3】從拉瓦錫—舍勒—卡文迪許的科學研究，構建思維模型2

問題4：普利斯特里的魔術中玻璃容器中的水霧一定是“可燃空氣”與氧氣的爆炸產物嗎？

生6：是的，空氣中只有氧氣能助燃。

生7：好像當時的人們還不知道空氣的組成吧。

師講述：確實如此，大約又過了10年的1775年，法國科學家拉瓦錫通過實驗驗證空氣不是一種元素，空氣是一種混合物，其中氧氣約占1/5；1776年，瑞典科學家舍勒加熱硝酸鉀獲得比較純凈的氧氣；1781年，卡文迪許改進了原來的實驗方案，他用純凈的氧氣代替空氣，發(fā)現“可燃空氣”在純氧中可以安靜燃燒，發(fā)出藍色火焰，（播放氫氣安靜燃燒的視頻）他的研究發(fā)現1體積氧氣和2體積“可燃空氣”恰好完全反應，生成物只有水，沒有別的物質。

問題5：假如你在卡文迪許的實驗室里，目睹這個實驗，你會怎么思考？

生8：能說明“可燃空氣”與氧氣能生成水，那么水就不再是一種元素了。

生9：還不夠，他們還沒說明空氣中其他氣體與氫氣生成水的可能性。

生10：應該要把生成的水分解，就像拉瓦錫研究空氣那樣，先讓汞消耗氧氣，再把氧化汞分解。

師講述：大家的想法真的很貼近當時的化學家的思維，了解實驗結論的拉瓦錫也認為還要再研究。1782年，拉瓦錫將水蒸氣通過1000多度高溫金屬管，重新獲得了“可燃空氣”和氧氣。

師總結：同學們，大家將來一定有人會從事科學研究，當你在從事科學研究的過程中一定要注意“研究某一問題時，要考慮是否有其他因素干擾，且要反復地通過科學實驗排除干擾因素的存在，才能得出正確結論”。endprint

【環(huán)節(jié)2-4】從伏特發(fā)明電池到尼克爾森電解水的科學研究，構建思維模型3

師講述：通過拉瓦錫—舍勒—卡文迪許的進一步研究，我們能說水不是構成物質的基本元素，水是可以被分解的。但教室里的現有條件，不太可能實現1000多度的高溫啊，怎么辦呢？時間到了1799年，意大利科學家伏特發(fā)明“伏特電池”，于是，在1800年英國科學家尼克爾森用“伏特電池”在常溫下對水進行了通電分解。

師生觀察水電解實驗，學生描述實驗現象。

生11：正極氣體少一些，負極氣體多一些，中間的漏斗中液面上升了。

生12：我想讀一下刻度。負極氣體21mL，正極氣體只有10mL。

師追問：能推測兩極氣體各是什么嗎？怎樣驗證？

生13：卡文迪許在實驗中發(fā)現1體積氧氣和2體積“可燃空氣”恰好完全反應生成物只有水，根據我們實驗中兩極上氣體體積的關系，推斷負極產生的氫氣，正極產生的是氧氣。

師評價：你太棒了！能運用科學家的實驗結論作為推理的依據，這是一種很好的邏輯思維。

師追問：那么我們怎么證明他的推斷呢？

學生講解，教師操作，用帶火星木條驗證正極氣體有助燃性為氧氣，負極氣體有可燃性為氫氣。

師追問：理論上，氫氣體積應該是氧氣體積的2倍，為什么實驗中是氧氣略少一些呢？

生14：可能裝置氣密性不好，氧氣漏了一點點。

生15：氫氣和氧氣在水中的溶解性不一樣，可能有少量氧氣溶解了。

問題6：通過水電解實驗，能得出什么結論？

生16：說明水是由氫、氧兩種元素組成的。

師總結：對，水的電解是證明水組成的又一種方法，也是研究物質組成的又一種思維方法：X→A+B+……，則X中是由A、B……中全部元素組成的。我們把這種研究組成的方法稱之為“分解法”，“分解法”可以是通電分解，還可以是加熱分解。

設計意圖：這一環(huán)節(jié)設計為師生對話，在對化學發(fā)展史的介紹過程中，通過教師演示使不同時期科學家的化學實驗再現于學生面前。一方面興趣是學生學好化學的基本條件，使學生身臨其境地體會科學家對物質組成的研究思路，能更好地激發(fā)學生興趣；另一方面滲透化學學科的思維方式，在實驗探究的過程中重視方法引領，構建研究物質組成的思維模型。

化學發(fā)展史不僅是一部科技發(fā)展史，也是人類文明的進步史，它蘊含豐富的人文情懷，體現了濃厚的人文色彩，將化學史引入課堂，有利于提高學生人文素養(yǎng)。同時，化學史也是一部化學家的奮斗史，每次成功與喜悅的背后都飽含艱辛，體現了科學家的優(yōu)秀品質，使學生體會求真求是的科學態(tài)度，使化學史教育的科學價值與人文情懷達到統一。

【環(huán)節(jié)3】總結評價

【環(huán)節(jié)3-1】從微觀角度分析水的構成，建立思維模型4

師講述：2004年，科學家借助電子顯微鏡看到了水分子的真實面貌“一個水分子是由兩個氫原子和一個氧原子構成的”，所以水的化學式寫作H₂O，與我們的實驗結論是一致的。

動畫模擬：電解水的微觀過程。

問題7：根據剛才的微觀模擬，用自己語言表達這個過程。

生17：水分子分解為2個氫原子和一個氧原子，原子之間相互碰撞，2個氫原子重新結合為1個氫氣分子，每2個氧原子重新結合為1個氧氣分子。

設計意圖：“宏觀一微觀一符號”三重表征的思維模型是化學科學重要的學習方法，只有把微觀粒子與宏觀反應過程建立有機聯系才能真正理解化學實質，有利于學生正確地認識化學概念。

【環(huán)節(jié)3-2】從微觀到宏觀，分析水的組成與物質分類

問題8：閱讀教材（利用人教數字校園網的電子教材師生共讀教材），分析認識“化合物”與“氧化物”兩個概念。

師生討論：（1）水是由兩種元素組成的純凈物，由兩種或多種元素組成的純凈物叫做化合物（可表示為AB型、ABC型、ABCD型等）。水有兩種元素組成，其中一種是氧元素，這樣的化合物又叫做氧化物（可表示為AO型）。（2）物質分類體系（圖6）。（3）綜上所述：水是一種純凈物，由氫元素和氧元素組成，它是化合物，也是氧化物。

設計意圖：一是人教數字化校園的使用目的，與其讓每一個學生翻書閱讀，不如將電子教材展現在屏幕上，使學生迅速找到閱讀重點，提高閱讀效率，有充分的時間思考和理解化學上對物質分類的表述。二是建構物質分類的思維模型。

【環(huán)節(jié)4】觀看微課，總結學習內容

播放微課“水的組成——擦肩而過的美麗”，對本節(jié)課的核心知識進行歸納總結，依據“互聯網+”的理念將微課傳到班級QQ群中，便于學生課后繼續(xù)學習理解核心知識。

三、課例評析

筆者有幸作為評審專家參加了2016年部級“一師一優(yōu)課”評比工作，觀看了武漢市第二十八中學湯芹老師“水的組成”這節(jié)課，認為湯老師的這節(jié)課從教學目標、教學設計、教學過程、教學效果等方面均有值得老師們借鑒學習之處。

1.將學科思想作為核心教學目標，立足提高學生核心素養(yǎng)

北京師范大學林崇德教授指出：“核心素養(yǎng)是學生在接受相應學段的教育過程，逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的必備品格和關鍵能力。它是關于學生知識、技能、情感、態(tài)度、價值觀等多方面要求的結合體；它指向過程，關注學生在其培養(yǎng)過程中的體悟，而非結果導向；同時，核心素養(yǎng)兼具穩(wěn)定性與開放性、發(fā)展性，是一個伴隨終生可持續(xù)發(fā)展、與時俱進的動態(tài)優(yōu)化過程，是個體能夠適應未來社會、促進終生學習、實現全面發(fā)展的基本保障?！背踔谢瘜W學科核心素養(yǎng)是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，其主要內容包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識、科學精神與社會責任等5個維度。endprint

本節(jié)課知識目標主要有三個內容：（1）氫氣的物理性質及其可燃性；（2）水的電解，包括電解裝置、電解產物及檢驗方法、水電解的微觀解釋等；（3）化合物和氧化物的概念。但本節(jié)課教學內容的價值并不只是傳授給學生這些具體的死的知識，而是將這些知識作為學生學習的載體，讓學生在獲取知識的過程中領悟化學學科的思想方法，其中（1）（2）承載了“研究物質組成元素”的學科思想方法，（3）則承載了“物質分類”的學科思想方法。在本節(jié)課的教學中，湯老師將兩種學科思想方法的滲透作為核心教學目標之一。

通過“小組合作學習”的方式，引導學生從物質分類的角度認識“化合物和氧化物”兩個核心概念。通過化學發(fā)展的脈絡帶領學生一步一步認識人類研究水的組成的方法有兩種：一種是“化合法”，其思維模型是“A+B+……→X，則X是由反應物中所有物質中的全部元素組成的”，如氫氣與氧氣生成水，則水是由氫、氧兩種元素組成的，而不像古代中國五行學說中的“水是一種元素”。另一種是“分解法”，其思維模型是“X→A+B+……，則X是由生成物中所有物質中的全部元素組成的”，如電解水生成氫氣和氧氣，則水是由氫、氧兩種元素組成的。兩種模型的思維過程是逆向的，所以兩種思維模型的構建不僅是學科思想方法的培養(yǎng)，也是學生發(fā)散思維能力的一種培養(yǎng)途徑。

2.將科學史作為教學設計的主線，培養(yǎng)學生的理性思維能力

培根說“讀史使人明智”?？茖W史是科學發(fā)生、發(fā)展的歷史，每一項科學的發(fā)展歷史中都蘊含著豐富的理性精神與求真意識、批判精神與創(chuàng)新意識。從科學發(fā)展史中，我們可以看到真理與謬誤相交織的過程，科學理論的演變就像是積木拼圖游戲一樣，先是在黑暗中摸索，繼而漸漸地浮現出來。因此，在化學教學中滲透科學史，不僅僅是給化學知識穿上漂亮的“外衣”，增加化學學習的趣味性，更是為了讓學生感悟到科學發(fā)展的曲折歷程，領悟前人的邏輯思維的模型。

本節(jié)課中，湯老師沿著“水的組成”的科學發(fā)現史進行教學設計。古代的“五行說”和“四元素說”，認為“水是一種元素”的錯誤認識；到卡文迪許和普利斯特里兩位科學家，雖然都通過實驗探測到了水不是一種元素，但是由于受上述錯誤觀點的影響，沒能發(fā)現科學的結論再到拉瓦錫不僅重復了他們的實驗，還做了一個相反的實驗，將水蒸氣通過105℃的高溫金屬管，重新獲得“可燃空氣”，從而分析歸納出：水不是一種元素，而是“易燃空氣”和氧的化合物。在這個科學發(fā)現史中，老師將科學家的思維展現在學生面前，讓學生充分分析每一位科學家的思維過程，辨析科學家思維過程是否符合科學的邏輯，讓學生在辨析中體會科學的邏輯思維對科學研究的重要性，從而幫助學生在學習中養(yǎng)成邏輯思維的習慣，進而提高學生化學學習的核心素養(yǎng)。

湯老師對教材的整合體現了她對教學的創(chuàng)新。習總書記說創(chuàng)新能力決定一個國家和民族的前途命運，創(chuàng)新是民族進步之魂。教師要培育具有創(chuàng)新思維能力的學生，教師自己的創(chuàng)新意識至關重要。

3.將實驗教學貫穿整個教學過程，促進學生參與課堂的積極性

實驗是化學學科的特點，能有效提高學生參與課堂學習活動的積極性。本節(jié)課中，湯老師用演示實驗的方式進行了與氫氣有關的實驗（包括氫氣驗純、氫氣燃燒和氫氣爆炸）和“水電解”實驗。對與氫氣有關的幾個實驗，她是放到科學家普利斯特里的魔術背景中進行的，很好地激發(fā)了學生理性思考的欲望；“氫氣爆炸”實驗的爆炸聲在課堂上不夠大，老師播放了在實驗室進行實驗的視頻，通過爆炸實驗讓學生體會到“可燃性氣體點燃前要驗純”的重要性。對水電解實驗，湯老師首先請學生觀察現象，看到兩極產生無色氣體，且陰極與陽極氣體體積近似為2：1；然后基于卡文迪許“用純凈的氧氣代替空氣多次重復實驗，發(fā)現1體積氧氣恰好與2體積‘可燃空氣完全反應，生成物只有水，沒有別的物質?！?，引導學生分析推測陽極氣體可能是氧氣，陰極氣體可能是氫氣；然后，讓學生設計方案檢驗他們的推測，老師按照學生設計的方案進行實驗，發(fā)現果然如此。整節(jié)課中，湯老師雖然沒有開展學生分組實驗，但是基于演示實驗的邏輯思考卻處理得非常好，很好地促進了學生在課堂學習中的積極性。

4.將人教社數字化校園引入教學，提高課堂教學的效率

在“互聯網+”的時代，不能將網絡資源作為教學資源的老師，我想不應該稱之為好老師。目前，有很多教育云平臺上，都有很多可以免費使用的教育資源，這些教育資源雖然良莠不齊，但是里面不乏優(yōu)秀的教育資源可供選擇使用。湯老師在本節(jié)課中恰到好處地使用了人教社數字化校園電子教材資源，在課堂上師生共讀電子教材，利用網絡資源解釋學生的困惑“為什么兩極產生的氣體體積不恰好是2：1”，都一定程度上為提高課堂教學效率起到了積極的作用。

5.將教學核心知識濃縮為課后微課，關注不同水平學生的收獲

“水的組成——擦肩而過的美麗”，一段制作精美的微視頻，是微信公眾號“化學大師”發(fā)布的趣味學習微課，湯老師并沒有“拿來主義”，而是根據自己學生的實際情況進行了深度的再加工，將本節(jié)課的核心內容高度濃縮，讓課堂上可能沒有完全聽懂的學生課后還能繼續(xù)學習思考，這不僅是對學生主體作用的充分體現，更充分體現了老師對不同水平學生的關注，如果我們能做到每一堂課都能讓不同水平的孩子有收獲的話，那我們的孩子們就不會厭棄學習了，因為收獲讓他們樹立了學習的自信心。

6.存在的一些問題，今后的提高方向

如果要給湯老師提點意見的話，我想說：一是進一步注意教學內容之間的邏輯關系；二是進一步提高課堂問題的思考性和驅動性，讓問題真正引領課堂教學過程層層深入和展開，使學生在思考中獲取知識，形成學科的思維和方法。endprint