【新教材分析】高中化學(xué)教材中科學(xué)史內(nèi)容的呈現(xiàn)及教學(xué)策略

1、【新教材分析】高中化學(xué)教材中科學(xué)史內(nèi)容的呈現(xiàn)及教學(xué)策略目前對我國科學(xué)教師和科學(xué)課程影響最大、最直接的仍然是教材，因此在科學(xué)教材的設(shè)計中融入科學(xué)史以加強(qiáng)對科學(xué)本質(zhì)的理解十分重要1。由于教師往往缺乏系統(tǒng)的科學(xué)史課程的學(xué)習(xí)，所以大多依賴教材中科學(xué)史材料，也就是“教材怎么寫，我就怎么教”。這樣，我們就有必要對教材中的科學(xué)史進(jìn)行分析，一方面了解交給學(xué)生怎樣的科學(xué)史，另一方面這些科學(xué)史素材是否有助達(dá)成課程標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求。1 人教版高一化學(xué)必修教材中科學(xué)史內(nèi)容的分布隨著2017年版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的出臺，國家教材專家委員會于2019年審核通過了普通高中教科書化學(xué)，其中必修模塊包括第一冊2和第二冊3，教

2、材的編排、欄目等依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，其中科學(xué)史內(nèi)容的分布羅列于表1、表2。2 參照Leite量表對教材中科學(xué)史內(nèi)容的分析LaurindaLeite于2002年開發(fā)出了針對教材中科學(xué)史內(nèi)容的分析量表4（國內(nèi)學(xué)者馬勇兵等對此曾有譯介5），包含以下八個維度：（1）歷史素材的類型和組織，（2）使用的材料，（3）科學(xué)史材料的正確性和準(zhǔn)確性，（4）科學(xué)史情境，（5）科學(xué)史在教材中的地位，（6）有關(guān)科學(xué)史內(nèi)容的學(xué)習(xí)活動，（7）教材的內(nèi)部連續(xù)性，（8）科學(xué)史的相關(guān)文獻(xiàn)。其中前四個維度聚焦教材里的科學(xué)史文本，5、6兩個維度是教材賦予科學(xué)史的地位，第7個維度涉及科學(xué)史與教材內(nèi)容的一致性和協(xié)同性，最后一個維

3、度側(cè)重科學(xué)史的來源。結(jié)合該量表和2019版教材的編寫實際，表3選取科學(xué)家信息、科學(xué)的演變、素材選取、有關(guān)科學(xué)史內(nèi)容的學(xué)習(xí)活動等子維度進(jìn)行了兩個版本教材的比較分析。2.1 科學(xué)史內(nèi)容的數(shù)量和呈現(xiàn)方式的變化Leite量表第一個維度“歷史素材的類型和組織”考察了科學(xué)家的生平信息等子維度，從表3“科學(xué)家的生平信息”維度可以看出，科學(xué)家的相關(guān)信息、科學(xué)史內(nèi)容選取素材等出現(xiàn)頻次2019版必修教材相比與2004版有明顯增多（近4倍）。除了數(shù)量的變化，科學(xué)史內(nèi)容所在的欄目也更加多樣化，2004版必修模塊中科學(xué)史內(nèi)容主要出現(xiàn)在正文、圖片和科學(xué)史話等欄目，而新版教材中除了分布于正文、圖片、科學(xué)史話中，還在方法導(dǎo)引

4、、資料卡片、研究與實踐、練習(xí)與應(yīng)用等欄目（見表1、表2）立體式地呈現(xiàn)，除了內(nèi)容的補充，還增加了設(shè)計科學(xué)史內(nèi)容的學(xué)習(xí)活動。2.2 科學(xué)史內(nèi)容的內(nèi)在一致性的提升從單一呈現(xiàn)到立體呈現(xiàn)Leite量表除了關(guān)注科學(xué)史內(nèi)容各子維度的定量分析，還在第7個維度關(guān)注到科學(xué)史與教材內(nèi)容的一致性和協(xié)同性。這不僅要求科學(xué)史內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容表面的一致，還要將科學(xué)史內(nèi)容與教學(xué)行為協(xié)調(diào)一致，具有可操作性，同樣以元素周期表為例，2019版教材中關(guān)于門捷列夫等科學(xué)家與元素周期表（律）的內(nèi)容以正文、科學(xué)史話、研究與實踐、練習(xí)與應(yīng)用等多欄目配合的形式立體地呈現(xiàn)給老師和學(xué)生，不僅是史料的呈現(xiàn)，對學(xué)習(xí)活動、反饋都進(jìn)行了整體的設(shè)計（圖1）：

5、包括正文、插圖、第92頁科學(xué)史話元素周期表的發(fā)展、第99頁研究與實踐認(rèn)識元素周期表、第105頁科學(xué)史門捷列夫的預(yù)言、第106頁練習(xí)與應(yīng)用第8題。除此以外，氧化還原反應(yīng)、侯氏制堿法等也有類似的安排：第一章第三節(jié)“氧化還原反應(yīng)”在正文介紹氧化還原反應(yīng)相關(guān)概念后，在第23頁科學(xué)史話欄目梳理了“氧化還原反應(yīng)概念的發(fā)展”，隨后在第26頁“練習(xí)與應(yīng)用”第13題、第28頁“整理與提升”、第29頁“復(fù)習(xí)與提高”第5、10題及涉及科學(xué)史內(nèi)容的滲透或反饋；第二章第一節(jié)在第37頁科學(xué)史話侯德榜和侯氏制堿法的基礎(chǔ)上在第39頁設(shè)計了“研究與實踐”欄目了解純堿的生產(chǎn)歷史。2.3 科學(xué)家范圍的拓寬從個體到群體Leite量表

6、關(guān)注了科學(xué)演變涉及的個人或群體，科學(xué)演變很大程度上都是科學(xué)家群體的貢獻(xiàn)，從表3可以看出，涉及科學(xué)家群體和科學(xué)共同體的分別有5處和2處。例如：氧化還原反應(yīng)概念的發(fā)展經(jīng)歷了從得失氧到電子轉(zhuǎn)移的演變，其中就有拉瓦錫（氧化學(xué)說）、弗蘭克蘭（化合價的概念）、湯姆遜（發(fā)現(xiàn)了電子）等不同科學(xué)家的理論貢獻(xiàn)；再如元素周期表的發(fā)現(xiàn)也不是門捷列夫個體的貢獻(xiàn)，在門捷列夫之前有拉瓦錫（在化學(xué)概要中提出第一個元素分類表）、德貝賴納（提出“三素組”）和邁耶爾（我沒有足夠的勇氣作出像門捷列夫那樣深信不疑的預(yù)言1880）的相關(guān)研究，此外還有維爾納（1905年制成了現(xiàn)代形式的元素周期表）、莫塞來（發(fā)現(xiàn)并證明了周期表中的原子序數(shù)等

7、于原子的核電荷數(shù)）等科學(xué)家的完善。苯的發(fā)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)的確定也是多位科學(xué)家共同的貢獻(xiàn)：法拉第（發(fā)現(xiàn)）、熱拉爾（分子式、分子量）、洛施密特（具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)）、凱庫勒（凱庫勒式）。我國當(dāng)代的不少貢獻(xiàn)也是科學(xué)家團(tuán)隊共同合作的結(jié)果，如青蒿素的提取和結(jié)構(gòu)修飾是屠呦呦等中國科學(xué)家團(tuán)隊的貢獻(xiàn)（圖2），人工合成結(jié)晶牛胰島素是龔岳亭等幾十位科學(xué)家共同的的研究成果（圖3）。3 人教版必修教材中科學(xué)史素材的使用策略3.1 體會教科書編者的編寫意圖，對科學(xué)史內(nèi)容有整體把握科學(xué)的形成過程往往比科學(xué)本身更具有豐富的思想和文化內(nèi)容, 從科學(xué)形成過程的歷史可以感受到前人閃光的思想火花、巨大的創(chuàng)造智慧和不畏崎嘔攀登的精神，這些也是提高

8、民族科學(xué)文化思想素質(zhì)的最好食糧。2019版教材在“氯氣的發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)”、“芳香族化合物和苯”都給出了化學(xué)物質(zhì)從發(fā)現(xiàn)到確認(rèn)經(jīng)歷的崎嶇過程，這些過程如果能夠很好地在教學(xué)過程中予以體現(xiàn)（不僅僅是簡單地介紹），科學(xué)史素材的價值才能真正被挖掘。表4以“氯氣的發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)”為例介紹了該教學(xué)片段怎樣把教材中各欄目的科學(xué)史內(nèi)容加以綜合利用，最終指向提升學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解。3.2 合理利用教材中的科學(xué)史內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解20世紀(jì)以來，隨著科學(xué)以及科學(xué)哲學(xué)的發(fā)展，歸納主義、實證主義、邏輯實證主義所主導(dǎo)的科學(xué)觀受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，波普爾、庫恩、拉卡托斯、勞丹等當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)家和科學(xué)史家都有這樣的共識：不存在永恒不

9、變的科學(xué)真理，科學(xué)在本質(zhì)上是相對的、可變的，處在不斷的修正和發(fā)展過程中10。科學(xué)進(jìn)步既體現(xiàn)在“累積式”的量變中，有體現(xiàn)在“革命式”的質(zhì)變中?？茖W(xué)理論不是純客觀的，它包含著人的推理、想象和創(chuàng)造性。2019版教材在諸多環(huán)節(jié)滲透了上述的量變和質(zhì)變，例如元素周期表的發(fā)展從1789年拉瓦錫在化學(xué)概要中第一個元素分類表，到1829年德貝賴納提出“三素組”概念，從1869年門捷列夫編制了第一章元素周期表到1905年維爾納制成了現(xiàn)代形式的元素周期表，不斷的修正和發(fā)展才有了今天我們看到的周期表，當(dāng)然，現(xiàn)行的元素周期表還會不會有新的發(fā)展，這也是可以鼓勵學(xué)生去思考的。除此以外，氧化還原反應(yīng)概念伴隨著化合價、電子等概

10、念、理論的發(fā)展不斷完善，氯氣的發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)、苯的發(fā)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)的確定都不是一蹴而就，包含了諸多科學(xué)家的推理、想象甚至創(chuàng)造。3.3 理解教材編者的對科學(xué)史內(nèi)容的設(shè)計，拓展自己的教學(xué)思路教材由于有篇幅的限制和“三序結(jié)合”的總體設(shè)計，所以部分科學(xué)史的內(nèi)容不能全部呈現(xiàn)給師生，教材的使用者可以在課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，多加體會教材編者的編寫思路，豐富自己的課堂教學(xué)。首先，從Leite量表對科學(xué)史內(nèi)容的分析（表3），可以看出2019版化學(xué)必修教材的科學(xué)史數(shù)量大大增加，這與課程標(biāo)準(zhǔn)中多處的教學(xué)建議可見一斑，教師在教學(xué)準(zhǔn)備過程中一方面要用好這些科學(xué)史內(nèi)容，此外還要做一些額外的準(zhǔn)備，豐富這些科學(xué)史素材；其次，科學(xué)史內(nèi)容的選擇不僅限于西方的近代科學(xué)史，多處出現(xiàn)了我國古代的科技著作，例如在緒言、正文、插圖、習(xí)題等處出現(xiàn)了諸如本草綱目、天工開物、淮南萬畢術(shù)等著作，不僅讓學(xué)生對我國古代科技成就有了更深的體會，而且體現(xiàn)了完善中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育指導(dǎo)綱要中提出的“地理、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等課程，應(yīng)結(jié)合教學(xué)環(huán)節(jié)滲透中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化相關(guān)內(nèi)容”