当前位置:首页>>高中化学>>教师中心>>教学研究>>课程与教材

 

      摘要:笔者对人教版、苏教版、山东科技版三种版本的高中化学新教材和现行的人教版高中化学教材中的化学史资源做了归纳和对比,从内容、所体现的科学思想等方面将化学史资源分类。根据分类系统的从化学史角度进行教学,从而提高学生的科学素养。

 

         关键词:高中化学新教材; 化学史教育资源开发; 教学设计

 

我国著名化学家和教育家傅鹰曾经说过:“化学可以给人知识,化学史可以给人智慧”。化学史知识中不仅仅包含大量的化学知识,同时蕴涵大量的科学精神。基于化学史的教学设计使学生掌握化学知识的同时,可以汲取化学史中所蕴涵的科学思想,帮助学生树立科学的世界观,从而培养学生的科学素养。因而在《普通高中化学课程标准(实验)》(以下简称课程标准)中,从课程性质、课程的基本理念、课程设计、课程目标、课程内容以及教学建议、评价建议、教科书编写建议、课程资源的开发与利用建议等各个方面,都充分体现了化学史教育的思想。

 

依据课程标准编写并且正在使用的新版高中教材有三种:人民教育出版社(宋心琦主编,以下简称人教版),山东科学技术出版社(王磊主编,以下简称鲁科版),江苏教育出版社(王祖浩主编,以下简称苏教版)分别编写的教材。通过对三套新教材和现行人教版教材中的化学史资源进行归纳和对比,使我们了解三套新教材中化学史资源的安排和设置,从而能够在教学中更好的开发化学史资源。

 

   1、 新旧四套教材的化学史资源分析

 

    1.1现行人教版高中化学教材中的化学史资源分类

 

现行人教版高中化学必修加选修三本教材中总共引入了二十多位科学家、三十多次化学史、科学史的相关资料。主要涉及几部分内容:

 

我国古代的先进化学工艺

古代砷、陶瓷的应用、湿法冶金等

近现代我国化学的重大突破

超真空扫描隧道显微镜、侯氏制碱法、张青莲等

近代化学中的重大突破

金属钾、氯气、苯的发现,原子结构模型的演变、元素周期律的发现、有机化学的发展历史等

化学发展的前沿

金属陶瓷、功能高分子等

重要的化工发展

合成氨、模拟生物固氮等、

科学家、化学家的介绍

舍勒、道尔顿、勒夏特列、哈伯、凯库勒等

 

     1.2三套高中新教材中的化学史资源对照

 

通过对三套高中新教材,必修加选修总共24本书中的化学史资源的归纳如下:

         出版社

 

模块

人教版

鲁科版

苏教版

 

 

必修1

 四位科学家、十余件化学史相关资料

三十几位科学家、化学的发展历史及中国化学的重大发现等

十余名科学家,原子结构模型的发展历史等

 

 

必修2

 十余件化学史相关资料(三位科学家)

夸克、元素周期律等的发现及八位科学家的简单介绍

三件化学史事件

 

 

 

 

化学与生活

与生活相关的四五件常见物质的合成发现、中国古代化学工艺的应用,化学物品对环境的危害等等

食品添加剂的规定、伏打、毒雾事件、法拉第发明不锈钢、拜尔的聚胺酯的研究等等

二噁英对环境的危害维生素C、阿司匹林的发现合成等

 

 

化学与技术

列举了合成氨、纯碱、电池、功能合金等工业的发展

陶瓷、纯碱工业的发展等

  合成氨工业的发展、阿司匹林的合成,DDT的合成及其危害等

 

 

 

 

物质结构与性质

二十余位科学家简单介绍,并且重点介绍了分子、原子结构、元素周期律、光谱等的发展

二十余位科学家,重点介绍介绍原子结构、量子力学、X射线、纳米技术、液晶技术的发展历史

二十余位科学家,重点介绍原子结构、分子学说、氢谱、共价键等理论的发展

化学反应原理

三个化学史事件

四个化学史事件

三个化学史事件

 

 

 

 

 

 

有机化学基础

十余位科学学家,涉及有机化学的发展进程及其尖端技术,我国有机化学方面的巨大成就

三十余位化学家,从古代的酿酒到近现代化学的发展, 有机化学各个分支的巨大成就

十余位科学学家,涉及有机化学的发展进程及其重要合成方法,DDT等有机合成物质对社会的用途及其危害、我国有机化学方面的巨大成就

 

 

实验化学

近代化学实验技术、工艺、仪器的发展以及我国在实验合成方面的巨大成就

从波义耳时期到现代的实验技术,以及我国在实验工艺方面的巨大成就

简单介绍气相色谱仪、勒夏特列、阿司匹林的合成技术

 

   1.3 三种高中化学新教材中的化学史资源分类

 

       和现行高中化学教材相比较,三套新教材中涉及更多的化学史资料,尤其是鲁科版的教材中系统得介绍了的化学的发展历史、发展进程。总的来看,三套化学新教材中的化学史资料主要涉及以下几部分内容:

 

[1]、我国古代先进的化学工艺技术:中国古代的陶瓷、青铜器、冶炼金属的技术、中药等。

 

[2]、我国现代化学上的重大突破:侯氏制碱法、结晶牛胰岛素的合成等。

 

[3]、化学发展历程以及化学的重大突破;化学发展的历程、原子结构理论的发展、量子力学、氢谱、分子光谱、有机化学的发展进程等。

 

[4]、化学发展的前沿:夸克研究、金属陶瓷、记忆合金、液晶、功能高分子材料等。

 

[5]、著名化学家的生平介绍:凯库勒、阿伏加德罗、道尔顿等

 

[6]、对社会生活产生较大影响的化学物质的发现及其合成:阿司匹林的合成、合成氨、碳酸钠的合成、青霉素的发现等

 

[7]、对人类社会生活产生巨大用途且同时对环境产生巨大危害的化学物质:DDT、氟里昂、二噁英等物质。

 

三套新教材和现行人教版教材中的化学史资料相比较,新教材更系统得介绍了化学发展的进程、化学在社会的巨大作用,以及一些化学物质对人类社会发展所起的双刃剑作用。同时更正了现行人教版教材中一些可能造成学生误解的化学史资源,例如鲁科版中详细的介绍了阿伏加德罗的生平以及他的分子学说。而现行教的内容上经常会造成学生对阿伏加德罗的误解,会认为阿伏加德罗的贡献是计算出了阿伏加德罗常数,而对于他的分子学说认识不够。

 

    2、 探讨新教材化学史资源的开发

 

新教材中的化学史资料蕴涵着丰富的科学精神、科学思想,尤其是化学技术在社会发展中的双刃剑作用,有助于学生培养辨证的科学世界观。下针对新教材中的不同的化学史资源的开发如下:

 

    2.1使学生系统的理解并且掌握化学发展的历程

 

鲁科版化学1中的起始部分系统介绍了波义耳、拉瓦锡、道尔顿、门捷列夫及其他们的理论,及近些年获得诺贝尔奖的十八位化学家的成果。这部分的教材内容能够帮助学生在高中化学学习一开始就对化学发展有一清晰的认识:波义耳(近代化学的奠基者)的元素学说使化学成为一门独立的科学;拉瓦锡的氧化学说;道尔顿的原子论;门捷列夫的元素周期律以及现代化学发展的方向。鲁科版选修模块《物质结构与性质》中涉及的原子结构的发展、量子力学、X射线、《有机化学基础》中的有机化学发展的历程及现代有机化学的分支,可以帮助学生系统的了解物质结构、有机化学的发展进程。

 

对化学发展历程的清晰的认识有助于学生系统得认识化学理论、研究的发展进程,从而在今后的化学学习中自主建构化学发展的历史以及化学知识体系。同时有助于学生在以后的高中化学的学习中,通过化学发展的历史将知识系统化、理论化。

 

      2.2 使学生清晰的认识化学在社会发展中所起的双刃剑作用

 

DDT的杀虫、氟里昂的制冷等在使用初期对社会的进步起到了巨大的作用,他们的发明者并且因此获得了诺贝尔奖。然而DDT的稳定特性使得DDT残留在土壤以及地下水中,进一步转移到人体和生物体内可能致癌。同样稳定的氟里昂会造成臭氧层空洞,臭氧层空洞已经成为全球普遍关注的环境热点问题。由于DDT、氟里昂等对环境所造成的巨大危害,科学界称当时所颁发的诺贝尔奖为“颁错的诺贝尔奖”。

 

相关知识的学习可以帮助学生辨证的看待化学物品在社会环境发展中起的作用及产生的危害,树立学生的环保意识的同时在化学学习过程中培养辨证思维能力,从而树立科学的世界观。《化学与技术》、《化学与生活》模块中涉及较多的相关资料,对于学生正确的世界观的培养,尤其对将来不从事自然科学相关事业的同学的世界观的养成起到了巨大的作用。与此相关知识基于化学史的教学设计充分体现了“在人类文化背景下构建高中化学课程体系,充分体现化学课程的人文内涵,化学课程对培养学生人文精神的积极作用。”的新课程理念。

 

2.3 培养学生对化学的兴趣

 

信息时代的中学生更多的对计算机、网络有巨大的兴趣,而对于化学这种基础学科兴趣不大。通过对化学发展前沿的介绍,例如液晶材料的发现、纳米技术、功能合金、金属陶瓷等的介绍,使学生对于信息时代的化学有一个清醒的认识,培养学生对化学的兴趣。同时通过阿司匹林、青霉素、碳酸钠等的合成知识的学习,使学生更好的了解化学对人类社会生活、工农业发展的巨大作用,从而加深他对化学的兴趣。兴趣的培养可以帮助其树立今后从事化学及其相关行业的决心,从而促使化学及其相关行业今后的蓬勃发展。

 

新旧教材中中国古代先进的化学工艺的介绍以及近现代我国化学上的重大突破(结晶牛胰岛素的人工合成等)的介绍,可以培养学生的爱国主义情感。同时结合现代化学发展历程中我国化学发展的相对滞后的现状,帮助学生分析落后的主客观原因,鼓励学生在今后的学习工作中奋发向上。

 

 

 

    3、 新课程理念下的化学史教学设计探讨

 

化学史教学是在教学中以化学史实为载体进行的教学活动,使学生在掌握化学知识的同时汲取史实中所蕴涵的科学精神。通过对三套二十四本新教材中的化学史资源进行分析比较,发现合成氨工业中蕴涵丰富的科学精神,有利于提高学生的科学素养,同时帮助学生树立辨证的科学的世界观。下边针对合成氨内容进行化学史教学设计探讨:

 

         3.1 新教材的合成氨内容设置

 

    3.1.1 三套新教材中的合成氨内容设置比较

 

      课程标准中《化学与技术》模块的内容标准中包括:“了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义,认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。”合成氨的相关内容。对三套教材中的合成氨教学内容进行比较,人教版的《化学与技术》中的“人工固氮技术——合成氨”章节中详细的介绍了合成氨工业的反应原理、基本生产过程、合成氨工业的发展。教学内容中包括了合成氨的用途、反应原理、合成氨的发展历程(科学史话)、生产过程等,其中包含了较多的化学史资料。

 

           3.1.2 人教版新教材中的合成氨教学内容分析

 

现行人教版教材中合成氨的教学内容安排在化学平衡理论知识学习的下一节内容,教学设计通常是将合成氨工业当作化学平衡理论的在工业中的实际应用进行教学。而三套新教材的必修模块中都没有涉及到化学反应速率和化学平衡的理论知识,学生在学习合成氨工业时可能没有学习过化学平衡理论。因而新教材合成氨内容教学的教学重难点分析、教学设计都不能按照现行教材中的设计思路,三套新教材相关内容的重难点、教学目标分析如下:

 

从知识角度分析教学的重点是:合成氨的反应原理,合成氨生产的适宜条件;教学难点是:合成氨能够生产的适宜条件。从情感态度的角度考虑是学生汲取合成氨生产的发展过程中蕴涵的丰富的科学精神、科学思想。

 

    新教材合成氨内容的三维教学目标:(1)知识目标:了解合成氨的生产原理,合成氨工艺的生产流程。(2)能力与方法:培养辨证的思维能力,树立科学的世界观;(3)情感与态度:激发学生对化学、化学工艺的兴趣,培养他们老老实实、不畏艰险、严谨的科学态度,培养他们的社会责任感和社会伦理道德;

 

        3.2“人工固氮技术——合成氨”中所蕴涵的科学精神

 

1)合成氨工业开发过程中体现的老老实实的、严谨的、不畏艰险的科学态度:从勒夏特列因为氢气中混有氧气发生爆炸而放弃合成氨研究,到哈伯不畏艰险研制成功工业合成氨,以及波施经过两万多次催化剂的探索得到合理的催化剂等等化学史资料。

 

2)科学对社会的双刃剑作用、科学中的伦理道德:哈伯促使了合成氨的工业化,对农业、军工的发展产生了巨大作用,因而获得了1918年的诺贝尔化学奖。然而第一次世界大战中受强烈的爱国主义思潮的影响下的哈伯,错误的认为毒气是一种结束战争缩短战争的好办法,从而使他担任战争中的施放毒气战的科学负责人。从而开始了毒气在战争中的使用,德军第一次实施毒气战就造成了约15000人中毒。同时哈伯的合成氨的工业化,使得可以大量合成硝酸,保证了德国军事炸药的储备,使得德国敢贸然发动第一次世界大战。

 

哈伯在第一次世界大战中的所作所为使得他获得1918年诺贝尔奖受到了英、法等国科学家的抗议。一战后他对于战争的反思使他一心投入到科学研究中,使得他得到了科学界的谅解。当时为了偿还战争赔款,他曾经努力从海水中提炼黄金,但以失败而告终。具有强烈爱国心的哈伯最后却因为犹太人的血统,受到了迫害,逃亡路程中去世。

 

从哈伯饱受争议的一生中可以看出科学对社会来说是一把双刃剑,科学的不合理使用会对人类造成巨大的危害例如毒气战的使用,科学家也应该具备基本的伦理道德。通过这部分的学习使同学对科学及科学发明有辨证的看法,帮助其培养科学的世界观。同时使他们认识科学家从事科学事业时也应该具备基本的伦理道德,使得他们对克隆人等保受争议的话题有清醒的认识。

 

    3.3 教学内容简介

 

       (将纲要用Powerpoint制作成PPT文件,展示用)

 

[引入] 回忆必修2中氨气的作用(农业,军工业、炸药)、自然界的固氮,引入“人工固氮技术——合成氨”

 

     [教学过程]

 

   一、氨的用途;化肥、炸药、染料等,合成氨广泛应用与农业、军工等,可以结合诺贝尔奖以及诺贝尔的炸药工业进行引入。

 

  二、合成氨工业的发展历程

 

  (一)、合成氨的原理

 

  (二)、工业合成氨的发展历程

 

     1、合成氨工艺的发明

 

勒夏特列合成氨实验由于氧气的混入发生爆炸而放弃危险的合成氨实验研究,哈伯不迷信权威、勇于探索,发明了合成氨工艺。

 

      2、波施对催化剂的改进

 

哈伯合成氨工艺中的催化剂锇既贵重含量又少,阻碍了合成氨工业的快速发展。波施经过两万多次实验的探讨,发现了新的催化剂—铁触煤,从而推进了合成氨工业的大规模工业化。

 

哈伯和波施在合成氨工业上的巨大贡献使得他们分别获得了1918年和1931年的诺贝尔奖。

 

   (三)、哈伯和第一次世界大战

 

合成氨工业的发展促使了德国硝酸工业—炸药的发展,使得德国可以贸然发动第一次世界大战。哈伯在第一次世界大战作为毒气战的科学负责人,以及毒气战对人类所造成的巨大危害,使得英法等国的科学家抗议1918年给哈伯颁发诺贝尔奖。

 

    (四)、现代合成氨的基本生产过程

 

“造气—净化—合成”三工艺流程,以及生产过程中的相关措施如下:

 

1、原料气的合成和净化:从环境保护和经济成本上考虑。

 

2、氨的合成与分离,高温、高压、催化剂、气体的循环使用,有利于氨的合成。

 

   (五)合成氨工业的发展

 

主要有以下几个方面的改进:原料及原料气的净化、催化剂的改进、环境保护上的改进。简单介绍合成氨发展前景“生物模拟固氮”,例如我国福建厦门物质结构研究所的模拟生物固氮研究进展,以及生物模拟固氮的研究的巨大应用前景。

 

    3.4 教学反思

 

基于化学史角度的合成氨教学设计使学生从合成氨工业的发展历史来理解,使学生掌握合成氨知识的同时,更深刻的理解合成氨工业的用途。同时可以使学生更好的汲取其中所蕴涵的科学精神,尤其是科学对社会发展的双刃剑作用,帮助学生树立科学的世界观、以及正确的科学伦理道德观。

 

      

 

 

参考文献

 

[1] 普通高中课程标准(实验) 中华人民共和国教育部制定

 

[2] 普通高中课程标准实验教科书(化学),人民教育出版社,2004

 

[3] 普通高中课程标准实验教科书(化学),山东科技出版社,2004

 

[4] 普通高中课程标准实验教科书(化学),江苏教育出版社,2004

 

[5] 基于化学史教育的合成氨教学设计,沈旭东,化学教育,200410),62-64

 

[6]中外著名化学家传略,廖正衡主编,吉林教育出版社,1994

 

 

 

 

    
【上一篇】
【下一篇】