嚴(yán)文法 穆雯星

摘要：2017版化學(xué)新課標(biāo)提出要利用化學(xué)史促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。IHV為化學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)的結(jié)合提供了一個(gè)有效的教學(xué)模式。在梳理科學(xué)本質(zhì)的概念以及1HV教學(xué)流程的基礎(chǔ)上，以化學(xué)鍵理論發(fā)展史為例探討了1HV教學(xué)模式在化學(xué)科學(xué)本質(zhì)教育中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：化學(xué)史;科學(xué)本質(zhì);1HV

文章編號(hào)：1008-0546（2021）05-0006-06中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.05.002

科學(xué)本質(zhì)（Nature of Science，簡(jiǎn)稱(chēng)NOS）是科學(xué)教育的重要目標(biāo)之一，一直以來(lái)也是國(guó)際科學(xué)教育關(guān)注的熱點(diǎn)。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中多次強(qiáng)調(diào)要利用化學(xué)史促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，并提出可以“有效利用化學(xué)史的素材，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)理論會(huì)隨著技術(shù)手段的進(jìn)步和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的豐富而發(fā)展，通過(guò)設(shè)計(jì)角色扮演等活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)理論發(fā)展過(guò)程中的爭(zhēng)論，從而增進(jìn)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解”⑴?；瘜W(xué)史能夠承載科學(xué)本質(zhì)的教育功能⑵，但如何將化學(xué)史與角色扮演相結(jié)合，以化學(xué)史上發(fā)生的科學(xué)理論發(fā)展過(guò)程中的爭(zhēng)論為內(nèi)容載體，來(lái)促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解呢？ IHV教學(xué)模式為我們提供了一個(gè)很好的范式。IHV （Inlernative Historical Vignettes）是互動(dòng)歷史小品，是由美國(guó)Wandersee等人開(kāi)發(fā)的一種將科學(xué)史融合到科學(xué)課程中的教學(xué)模式⑶。在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用這種教學(xué)模式要求教師謹(jǐn)慎地選取與教學(xué)主題有關(guān)的化學(xué)史，將重點(diǎn)集中在某一科學(xué)本質(zhì)上，并將其改編成為簡(jiǎn)短的小品，然后由學(xué)生與教師共同表演，從而達(dá)到把化學(xué)史融入到現(xiàn)有課程中的目的。在新課標(biāo)的背景下，IHV使化學(xué)史教學(xué)彰顯出新的生命力。本文在梳理科學(xué)本質(zhì)和IHV教學(xué)模式涵義的基礎(chǔ)上，以化學(xué)鍵發(fā)展史為例開(kāi)展IHV下的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)設(shè)計(jì)，探討IHV教學(xué)模式在化學(xué)科學(xué)本質(zhì)教育中的應(yīng)用。

一、核心概念界定

1.科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵分析

科學(xué)本質(zhì)作為一種認(rèn)識(shí)方式，是對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)， 是科學(xué)知識(shí)及其發(fā)展所固有的價(jià)值和信念⑷。科學(xué)本質(zhì)建立在科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)史學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)、科學(xué)心理學(xué)四個(gè)向度對(duì)科學(xué)的審視的交集上[5]，因此不同學(xué)者對(duì)科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵解釋不一，但是因?yàn)橹行W(xué)階段的科學(xué)本質(zhì)觀(guān)教育不需要涉及本體論、方法論上深?yuàn)W晦澀的爭(zhēng)議，因此仍然有很多的共識(shí)，具體表現(xiàn)為：（1）知識(shí)的暫定性：科學(xué)知識(shí)一旦被普遍接受，就可以是強(qiáng)有力和持久的，但會(huì)隨著新的證據(jù)出現(xiàn)和對(duì)原有證據(jù)的重新解釋而發(fā)生變化;（2）知識(shí)是基于經(jīng)驗(yàn)證據(jù)而獲得的：所有科學(xué)概念都必須符合觀(guān)測(cè)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)才能被認(rèn)為是有效的;（3）知識(shí)是基于觀(guān)察和推理而獲得的：科學(xué)涉及的不僅是無(wú)數(shù)觀(guān)察的積累，更是來(lái)自觀(guān)察和推理的結(jié)合;（4）科學(xué)定律和理論的區(qū)別：定律是對(duì)自然界中的關(guān)系或模式的簡(jiǎn)潔描述，通常用數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)表示，而科學(xué)理論是對(duì)自然現(xiàn)象的解釋性系統(tǒng)，理論和定律構(gòu)成了兩種不同的知識(shí)類(lèi)型，但都是科學(xué)的合理存在形式，而且兩者之間不會(huì)相互轉(zhuǎn)化;（5）科學(xué)方法的多樣性：科學(xué)家使用各種各樣的方法來(lái)產(chǎn)生科學(xué)知識(shí)，包括觀(guān)察、推理、實(shí)驗(yàn)，甚至偶然發(fā)現(xiàn)等;（6）創(chuàng)造力：科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程中需要運(yùn)用創(chuàng)造力和想象力;（7）理論負(fù)荷性：科學(xué)家的直覺(jué)、個(gè)人信念和社會(huì)價(jià)值觀(guān)都在科學(xué)知識(shí)的發(fā)展中起著重要作用;（8）科學(xué)知識(shí)的社會(huì)/文化嵌入性：科學(xué)作為一項(xiàng)人類(lèi)事業(yè)，在更大的文化背景下進(jìn)行實(shí)踐，它的實(shí)踐者也是這個(gè)文化的產(chǎn)物，這些文化背景包括但不限于社會(huì)結(jié)構(gòu)、權(quán)力結(jié)構(gòu)、政治、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素、哲學(xué)和宗教[6-7]

可見(jiàn)，科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)容不僅包括科學(xué)知識(shí)（科學(xué)定律、理論等）以及科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生過(guò)程中所用的方法和影響因素（基于經(jīng)驗(yàn)證據(jù)、觀(guān)察和推理、科學(xué)方法、創(chuàng)造力、理論負(fù)荷性等），還包括知識(shí)的特性（暫定性、科學(xué)知識(shí)的社會(huì)/文化嵌入性等）。因此，促進(jìn)科學(xué)本質(zhì)理解的教學(xué)應(yīng)為在教師有目的的引導(dǎo)下，學(xué)生能夠理解科學(xué)知識(shí)及其產(chǎn)生過(guò)程和蘊(yùn)含的價(jià)值觀(guān)，并逐步促進(jìn)學(xué)生正確價(jià)值觀(guān)念、必備品格和關(guān)鍵能力的發(fā)展，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)的過(guò)程。

2.IHV教學(xué)模式

IHV教學(xué)模式是指通過(guò)設(shè)計(jì)互動(dòng)式小品情景劇的形式，學(xué)生能夠像科學(xué)家一樣體驗(yàn)科學(xué)知識(shí)探索過(guò)程的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序。在設(shè)計(jì)以及表演互動(dòng)式歷史小品的過(guò)程中，學(xué)生可以真實(shí)地體會(huì)并理解科學(xué)本質(zhì)。關(guān)于如何進(jìn)行基于IHV的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，目前普遍比較認(rèn)同的是Wandersee（2002）所提出的IHV教學(xué)設(shè)計(jì)流程（見(jiàn)圖l）[8-9]

對(duì)IHV教學(xué)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行分析，可得出促進(jìn)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)理解的IHV教學(xué)模式的實(shí)施步驟大致可分為：（1）準(zhǔn)備階段：由教師選取能夠體現(xiàn)本節(jié)課教學(xué)本質(zhì)的化學(xué)史小片段;（2）實(shí)施階段：教師為學(xué)生提供資料或者查詢(xún)資料的方式，由學(xué)生和教師共同探討完成該化學(xué)史小品劇本，并將學(xué)生按需要分為導(dǎo)演、扮演者、場(chǎng)記、旁白等角色表演該小品;（3）提問(wèn)階段：在特定的時(shí)機(jī)，教師可中斷表演，進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)型提問(wèn)，幫助學(xué)生理解這個(gè)小品中蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì);（4）反思與總結(jié)階段：教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行集中討論和反思整個(gè)歷史過(guò)程，并提煉課堂框架，深化學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，從而建立起正確的科學(xué)本質(zhì)觀(guān)。

二、IHV教學(xué)模式下的教學(xué)設(shè)計(jì)：以“化學(xué)鍵理論發(fā)展史”為例

1.教學(xué)設(shè)計(jì)背景分析

從新課標(biāo)角度來(lái)看，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》在“模塊2物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”下的“主題3：研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法與價(jià)值”中提出“能舉例說(shuō)明人類(lèi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是不斷發(fā)展的， 并簡(jiǎn)單說(shuō)明促進(jìn)這些發(fā)展的原因”“了解人類(lèi)探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的過(guò)程，認(rèn)同物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索是無(wú)止境的'觀(guān)點(diǎn)”，同時(shí)在教學(xué)策略中明確表示“有效利用化學(xué)史的素材，通過(guò)設(shè)計(jì)角色扮演等活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)理論發(fā)展過(guò)程中的爭(zhēng)論，從而增進(jìn)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解”等旳。物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索過(guò)程涉及到的化學(xué)史有原子結(jié)構(gòu)發(fā)展史、分子結(jié)構(gòu)發(fā)展史、微粒間的作用力發(fā)展史等，而化學(xué)鍵理論的發(fā)展史作為微粒間的作用力研究歷程中的一部分，對(duì)于促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解有著重要意義。

從學(xué)情角度來(lái)看，高二學(xué)生在學(xué)習(xí)價(jià)鍵理論之前，已經(jīng)在必修一學(xué)習(xí)過(guò)化學(xué)鍵，知道化學(xué)鍵可分為共價(jià)鍵和離子鍵。進(jìn)入高二，學(xué)生的抽象思維能力和空間想象能力有所提高，選擇性必修2中的微粒間作用力（包括價(jià)鍵理論、分子雜化理論、離子鍵、配位鍵、金屬鍵、分子間相互作用力）是在高一化學(xué)鍵概念基礎(chǔ)上的進(jìn)階概念。已有研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)價(jià)鍵理論時(shí)存在的障礙點(diǎn)有：價(jià)鍵理論不能完整構(gòu)建，理解程度差，難以運(yùn)用。具體表現(xiàn)在對(duì)鍵的形成過(guò)程理解不清楚，難以應(yīng)用價(jià)鍵理論解釋物質(zhì)的性質(zhì)等[11]。

綜上所述，由于選擇性必修2中的微粒間作用力部分對(duì)學(xué)生的各項(xiàng)能力要求較高，所以學(xué)生在這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)中存在多種困難，而“化學(xué)鍵理論發(fā)展史”的引入能為學(xué)生在學(xué)習(xí)價(jià)鍵理論、VSEPR理論、配位鍵等內(nèi)容之前奠基一定的理論基礎(chǔ)。故此，無(wú)論是從課標(biāo)要求還是教學(xué)需求，對(duì)化學(xué)鍵理論發(fā)展史的學(xué)習(xí)均具有價(jià)值。

2.教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是以化學(xué)鍵理論發(fā)展史為內(nèi)容載體，通過(guò)IHV促進(jìn)學(xué)生對(duì)于科學(xué)本質(zhì)的理解?；瘜W(xué)鍵理論發(fā)展史中能夠體現(xiàn)的科學(xué)本質(zhì)有：知識(shí)的暫定性、科學(xué)方法、創(chuàng)造力、基于經(jīng)驗(yàn)證據(jù)、觀(guān)察和推理、理論負(fù)荷性等。故將本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)為：

（1）通過(guò)化學(xué)鍵的發(fā)展過(guò)程，體會(huì)科學(xué)知識(shí)的暫定性和理論負(fù)荷性。

（2）通過(guò)科學(xué)家的探究過(guò)程，能說(shuō)出證據(jù)、觀(guān)察、推理、創(chuàng)造等方法在科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生過(guò)程中的重要性。

（3）通過(guò)化學(xué)鍵理論發(fā)展歷程的學(xué)習(xí)，為價(jià)鍵理論、VSEPR理論、配位化合物的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

3.教學(xué)過(guò)程

（1）準(zhǔn)備階段

化學(xué)鍵理論發(fā)展史內(nèi)涵非常廣泛，大致經(jīng)歷了從“古代樸素主義-經(jīng)典力學(xué)體系-量子力學(xué)”三個(gè)階段的發(fā)展過(guò)程。其中“古代樸素主義”包括從我國(guó)春秋時(shí)期的“夫和生實(shí)物，同則不繼”，到之后古希臘哲學(xué)家的“愛(ài)、憎理論”再到中世紀(jì)的J.R.格勞伯提出的“親和力學(xué)說(shuō)”;“經(jīng)典力學(xué)體系”包括波義耳的“齒合作用”、施塔爾等人的“萬(wàn)有引力下的親和力”、李比希的“基理論”、凱庫(kù)勒的“四價(jià)學(xué)說(shuō)”、科塞爾的“離子鍵理論”、路易斯的“共價(jià)鍵理論”;“量子力學(xué)”體系下鮑林的“現(xiàn)代價(jià)鍵理論”、馬利肯等人的“分子雜化軌道理論”、歐格爾的“配位場(chǎng)理論”等[12]。

依據(jù)本節(jié)課課時(shí)、教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)情，本節(jié)課截取的教學(xué)片段為科塞爾的“離子鍵理論”、路易斯的“共價(jià)鍵理論”、鮑林的“價(jià)鍵理論”、馬利肯等人的“分子軌道理論”、歐格爾的“配位場(chǎng)理論”。

（2）實(shí)施與提問(wèn)階段

①劇本編輯階段

在已確定好的主題下，教師向?qū)W生發(fā)放關(guān)于這五位化學(xué)家的生平簡(jiǎn)介以及理論提出過(guò)程的介紹。同時(shí)提醒學(xué)生，若需進(jìn)一步查找資料，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取相關(guān)信息。在信息整合之后，由教師和學(xué)生共同完成劇本的編撰工作，并按照劇本需要，挑選部分學(xué)生擔(dān)任不同的角色。

②排練階段

在劇本編撰和人員確定完成之后，由導(dǎo)演（學(xué)生）帶領(lǐng)各位演員（學(xué)生）和場(chǎng)記（學(xué)生）進(jìn)行排練，時(shí)間約為1周。

③表演階段

（場(chǎng)地說(shuō)明：以課桌代替實(shí)驗(yàn)臺(tái)和工作臺(tái)，以教室的不同位置的燈作為追光，其他道具由學(xué)生提前準(zhǔn)備好。）

【旁白】人類(lèi)對(duì)微粒間的作用力的探索經(jīng)歷了幾千年的時(shí)間，物質(zhì)到底是如何結(jié)合在一起的？這個(gè)問(wèn)題引起了古往今來(lái)眾多物理學(xué)家和化學(xué)家孜孜不倦地探索，從玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論提出之后，人類(lèi)對(duì)于微粒間相互作用力的認(rèn)識(shí)迅速發(fā)展，接下來(lái)，讓我們跨越時(shí)空一起重溫這個(gè)時(shí)期化學(xué)家們對(duì)微粒間作用力的探索旅程吧。友情提醒：以下各場(chǎng)景均為虛擬， 并非實(shí)景再現(xiàn)。

【旁白】1916年，德國(guó)化學(xué)家科塞爾一直在研究稀有氣體的結(jié)構(gòu)和它的性質(zhì)，有一天，他發(fā)現(xiàn)稀有氣體原子的電子層結(jié)構(gòu)具有高度穩(wěn)定性，于是他開(kāi)始了思考……

[科塞爾]靜靜地躺在沙發(fā)上，不斷地思考中…時(shí)不時(shí)在小聲嘟嚷：既然原子結(jié)構(gòu)決定了稀有元素的穩(wěn)定性，那是不是可以通過(guò)原子結(jié)構(gòu)說(shuō)明金屬元素和非金屬元素的不穩(wěn)定性呢？

【旁白】科塞爾反復(fù)地問(wèn)自己這樣的問(wèn)題，時(shí)間一天一天地流逝著，他開(kāi)始不斷地對(duì)有代表性的化合物離子所帶電荷數(shù)進(jìn)行反復(fù)推算…直到有一天…

【科塞爾】興奮地打開(kāi)實(shí)驗(yàn)室的門(mén)，大聲告訴同事們，我知道了，用路易斯提出的“八隅律”來(lái)解釋。

【同事們】一臉驚訝，什么“八隅律”？

【科塞爾】就是最外層電子如果是8個(gè)電子，這個(gè)原子就是穩(wěn)定的，所以稀有氣體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而導(dǎo)致在形成化合物的過(guò)程中非稀有氣體原子通過(guò)得、失電子形成正、負(fù)離子，生成的正、負(fù)離子通過(guò)靜電作用力形成化學(xué)鍵。

【同事們】這真是一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)，你快寫(xiě)下來(lái)讓大家都知道。

【旁白】激動(dòng)的科塞爾拿出了稿紙書(shū)寫(xiě)下這個(gè)偉大的理論：離子鍵理論。

教師提問(wèn)：通過(guò)科塞爾“離子鍵理論”的提出過(guò)程，大家認(rèn)為離子鍵理論的發(fā)現(xiàn)過(guò)程采用了哪些研究方法？

學(xué)生回答：這個(gè)過(guò)程中，科塞爾進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)收集、分析和推算，才得以提出“離子鍵理論”，并且借鑒了路易斯的八隅律理論。

場(chǎng)景二

【旁白】科塞爾正在和路易斯進(jìn)行激烈的辯論，到底發(fā)生了什么事情呢？讓我們一起去看一下。

【科塞爾】路易斯先生，您憑什么覺(jué)得我的理論有問(wèn)題？

【路易斯】您的離子鍵理論雖然是正確的，但是它無(wú)法解釋共價(jià)化合物的形成過(guò)程啊。比如，您無(wú)法解釋水分子的形成過(guò)程，。和H到底是怎么結(jié)合的，為什么水分子可以穩(wěn)定存在呢？

【科塞爾】（聽(tīng)完后，科塞爾看著路易斯不斷地思考。過(guò)了一會(huì)兒，反問(wèn)道）你難道有更好的理論可以解釋水分子可以穩(wěn)定存在嗎？

【路易斯】是的，先生。我承認(rèn)您的“離子鍵理論”，在您的基礎(chǔ)上，我認(rèn)為在分子中來(lái)自于一個(gè)原子的一個(gè)電子與另一個(gè)原子的一個(gè)電子以“電子對(duì)”的形式形成原子間的化學(xué)鍵。

【科塞爾】路易斯先生，電子和電子之間有排斥力，您是怎么認(rèn)為電子和電子之間可以形成電子對(duì)呢？這不是天方夜譚嗎？

【路易斯】先生，按照常理是這樣的沒(méi)錯(cuò)，但是，看吧，不久的將來(lái)，科學(xué)會(huì)證明我的正確性。

【旁白】這場(chǎng)爭(zhēng)論誰(shuí)也沒(méi)有說(shuō)服誰(shuí)，路易斯轉(zhuǎn)身離開(kāi)了科塞爾的辦公室。

教師提問(wèn)：通過(guò)科塞爾和路易斯的爭(zhēng)論，大家發(fā)現(xiàn)了什么？科學(xué)理論一經(jīng)提出就可以被廣泛接受嗎？

學(xué)生回答：我發(fā)現(xiàn)由于科塞爾自己的認(rèn)識(shí)局限性不能意識(shí)到路易斯共價(jià)鍵理論的正確性，科學(xué)理論需要經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)才能被人們所接受。

場(chǎng)景三

【旁白】歷史的車(chē)輪繼續(xù)向前，最終經(jīng)過(guò)多位科學(xué)家的不斷計(jì)算證明了路易斯共價(jià)理論的正確性，時(shí)間來(lái)到了1927年。剛結(jié)束一天辛苦工作的美國(guó)化學(xué)家鮑林回到了家，慵懶地躺在沙發(fā)里，此時(shí)，他順手拿起了今天的報(bào)紙隨手翻閱，突然，他看到了一個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，報(bào)紙上刊登了德國(guó)物理學(xué)家W.H.海特勒和 F.W.倫敦運(yùn)用量子力學(xué)理論解釋氫分子的成因。他敏銳地感覺(jué)到這將是一個(gè)偉大理論誕生的先兆，于是，他急匆匆地找到海特勒工作室的電話(huà)，撥打了過(guò)去

【鮑林】（電話(huà)那端響起了嘟嘟的聲音，電話(huà)接通了）尊敬的海特勒先生，我是鮑林，很抱歉這么晚打擾您，我剛看了您在報(bào)紙上發(fā)表的用量子力學(xué)處理氫氣分子解決了兩個(gè)氫原子之間化學(xué)鍵的本質(zhì)問(wèn)題，并用近似方法計(jì)算了氫分子體系的波函數(shù)和能量，這讓我感到非常驚喜，您能不能大概給我講講您是如何進(jìn)行計(jì)算的？

【海特勒】鮑林先生，您不必客氣，我很樂(lè)意和您分享我的計(jì)算過(guò)程。

【旁白】海特勒開(kāi)始了一系列的講解，鮑林不時(shí)露出疑惑的表情，不時(shí)拿筆在筆記本上寫(xiě)著，不知不覺(jué)已經(jīng)天亮了。

【海特勒】好了，先生，這就是我全部的計(jì)算過(guò)程。

【鮑林】海特勒先生，非常感謝您的分享，這讓我深受啟發(fā)。我將按照您的理論繼續(xù)研究，再次感謝。

【旁白】在此之后，鮑林開(kāi)始了不斷地推理和研究，實(shí)驗(yàn)室的桌面上，留下了大量的計(jì)算草稿和燈光下他忙碌的身影。1931年鮑林提出了雜化軌道理論， 并于1939年發(fā)表了《化學(xué)鍵的本質(zhì)》一書(shū)，在這本書(shū)中系統(tǒng)地闡述了雜化軌道理論并綜合成了價(jià)鍵理論，將海特勒-倫敦的理論進(jìn)一步應(yīng)用到多種單質(zhì)和化合物的多原子分子領(lǐng)域，解釋了路易斯共價(jià)鍵理論中所未涉及的共價(jià)鍵的方向性，其理論可概括為：①若兩原子軌道互相重疊，兩個(gè)軌道上各有一個(gè)電子，且電子自旋方向相反，則電子配對(duì)給出單重態(tài)，形成一個(gè)電子對(duì)鍵;②兩個(gè)電子相互配對(duì)后，不能再與第三個(gè)電子配對(duì)，這就是共價(jià)鍵的飽和性;③遵循最大重疊原則，共價(jià)鍵沿著原子軌道重疊最大的方向成鍵。共價(jià)鍵具有方向性。

教師提問(wèn)：通過(guò)科塞爾的“離子鍵理論”到路易斯的“共價(jià)鍵理論”再到鮑林的“價(jià)鍵理論”，大家發(fā)現(xiàn)了什么？科學(xué)知識(shí)會(huì)不會(huì)發(fā)生變化？發(fā)生這種變化的原因是什么？

學(xué)生回答：科學(xué)知識(shí)是不斷發(fā)展的，發(fā)生這種變化的原因是時(shí)代的進(jìn)步、新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和證據(jù)不斷彌補(bǔ)了之前理論的缺陷，還需要科學(xué)家的創(chuàng)造力。

場(chǎng)景四

【旁白】鮑林的“雜化軌道理論”發(fā)布之后，立刻在學(xué)術(shù)界引起了巨大的反響，但是有一個(gè)人開(kāi)始了思索，他拿著鮑林發(fā)表的關(guān)于雜化軌道的論文，開(kāi)始不斷地計(jì)算和比對(duì)。

【馬利肯】我發(fā)現(xiàn)鮑林發(fā)表的雜化軌道理論有一個(gè)不太完美的地方，還是需要再改進(jìn)。

【助理】先生，哪里有問(wèn)題？

【馬利肯】我發(fā)現(xiàn)鮑林的雜化軌道理論雖然解釋了共價(jià)鍵的本質(zhì)，也成功地解釋了共價(jià)分子的空間構(gòu)型，但該理論仍然認(rèn)為共用電子對(duì)在成鍵原子間的小區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這和量子力學(xué)不相符啊。

【助理】您這么一說(shuō)，我也覺(jué)得這個(gè)理論它也不夠完善

（故事進(jìn)行到這里，教師打斷1分鐘，詢(xún)問(wèn)學(xué)生：如果是你的話(huà)，你準(zhǔn)備怎么做呢？請(qǐng)同學(xué)們先思考，接下來(lái)，讓故事繼續(xù)，讓我們來(lái)看看馬利肯是如何處理的。）

【旁白】馬利肯開(kāi)始不斷地對(duì)鮑林的雜化軌道理論按照量子力學(xué)的方式展開(kāi)計(jì)算，在計(jì)算的過(guò)程中還不時(shí)請(qǐng)教鮑林，1932年的一天，經(jīng)過(guò)馬利肯等人的不斷計(jì)算和整理，終于形成了一個(gè)偉大的理論：分子軌道理論。

【馬利肯】（非常激動(dòng)地站上了講臺(tái)）今天，我將在這里向大家分享我的成就：從分子整體性來(lái)看，原子形成分子后，電子便不再屬于個(gè)別的原子軌道，而是屬于整個(gè)分子的分子軌道，分子軌道是多中心的，但原子軌道形成分子軌道時(shí)，依舊遵從能量近似原理、對(duì)稱(chēng)性一致原則、最大重疊原則，電子在填充分子軌道時(shí)，符合能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則。

【旁白】此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)響起了雷鳴般的掌聲…

教師提問(wèn)：通過(guò)馬利肯“分子軌道理論”的提出，你能否說(shuō)明什么樣的理論才能被人們所接受？在這個(gè)過(guò)程中，想象力和創(chuàng)造力有沒(méi)有參與其中，如果有的話(huà)，起到了什么作用呢？馬利肯對(duì)問(wèn)題的處理和你一樣嗎？這對(duì)你有什么啟示呢？

學(xué)生回答：科學(xué)的理論才能被人們接受，這個(gè)科學(xué)理論一定是在大量證據(jù)和事實(shí)的基礎(chǔ)上，再由科學(xué)家不斷地推理而獲得的。想象力和創(chuàng)造力為“分子軌道理論”的提出提供了支持，如果沒(méi)有想象力和創(chuàng)造力，馬利肯就不可能認(rèn)為電子在整個(gè)分子內(nèi)做運(yùn)動(dòng)。馬利肯更注重科學(xué)推理的過(guò)程，這教會(huì)我以后在進(jìn)行科學(xué)探究的過(guò)程中，要基于證據(jù)進(jìn)行推論。

場(chǎng)景五

【旁白】在價(jià)鍵理論和量子力學(xué)提出之前，人類(lèi)對(duì)于配位化合物的研究已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)，從普魯士藍(lán)的合成到維爾納配位理論的發(fā)表，無(wú)不彰顯著化學(xué)家對(duì)配位化合物研究的癡迷程度，而新的理論的誕生必將為配位化合物的進(jìn)一步解釋提供新的方向，到底價(jià)鍵理論和量子力學(xué)又會(huì)怎樣推動(dòng)配位理論的發(fā)展呢？接下來(lái)，讓我們走近另一位偉大的科學(xué)家：歐格爾。

【歐格爾】今天真是一個(gè)令人激動(dòng)的日子，一會(huì)兒我就要見(jiàn)到我的偶像：配位化學(xué)之父維爾納先生了。

【維爾納】（輕輕敲門(mén)進(jìn)入房間）尊敬的歐格爾先生，您好。很榮幸能有這個(gè)機(jī)會(huì)和您當(dāng)面討論配位化合物問(wèn)題，我聽(tīng)說(shuō)您最近對(duì)配位化學(xué)提出了新的想法，能大概給我講講嗎？

[歐格爾】（非常激動(dòng)地和維也納握了手）當(dāng)然，如果沒(méi)有您的配位理論，我也不可能取得如此大的成就。

【維爾納】知識(shí)本來(lái)就是在不斷地發(fā)展，您不必謙虛。

【歐格爾】謝謝您，維爾納先生，現(xiàn)在我向您大概介紹以下我的理論，如果哪里有問(wèn)題，還請(qǐng)您隨時(shí)指出來(lái)。

【維爾納】好的，您請(qǐng)開(kāi)始。

【歐格爾】借助于“價(jià)鍵理論”“晶體場(chǎng)理論”以及“分子軌道理論”，我認(rèn)為，可以將三者結(jié)合起來(lái)解釋配合物的結(jié)構(gòu)和性能。我按照雜化軌道理論用共價(jià)配鍵和電價(jià)配鍵解釋配位化合物中金屬離子和配位體間的結(jié)合力，用晶體場(chǎng)理論解釋配位化合物的結(jié)構(gòu)、光譜、穩(wěn)定性等性質(zhì)，用分子軌道理論解釋金屬離子和配位體成鍵作用。具體證明如下…

【旁白】這場(chǎng)交流與討論一直持續(xù)到第二天早上

【維爾納】歐格爾先生，您的這些想法簡(jiǎn)直太完美了，解開(kāi)了配位化合物神秘的面紗，希望您能趕緊動(dòng)手將這些整理成書(shū)發(fā)表出來(lái)，好讓大家都了解這個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)。

【歐格爾】能得到您的認(rèn)同，我真的太激動(dòng)了。

【旁白】沒(méi)過(guò)多久，歐格爾的“配位場(chǎng)理論”正式發(fā)表，得到了學(xué)術(shù)界一致地稱(chēng)贊。

（3）反思與總結(jié)階段

在本節(jié)課的最后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容展開(kāi)思考，詢(xún)問(wèn)學(xué)生通過(guò)本堂課的學(xué)習(xí)你學(xué)會(huì)了什么？科學(xué)知識(shí)體現(xiàn)了怎樣的特征？科學(xué)家在不斷的研究中都采用了什么方法？這對(duì)你今后的學(xué)習(xí)有什么啟示？

學(xué)生按小組自主討論總結(jié)上述問(wèn)題的答案，并選擇代表上臺(tái)分享小組答案。通過(guò)討論與分享，對(duì)“化學(xué)鍵理論發(fā)展史”進(jìn)行再次整理。加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于知識(shí)的暫定性和利用觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)獲得證據(jù)、基于證據(jù)進(jìn)行推理、科學(xué)方法的理解，意識(shí)到想象力和創(chuàng)造力在科學(xué)理論提出過(guò)程中的重要性，并進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論在科學(xué)發(fā)展中的重要作用，促進(jìn)學(xué)生對(duì)于科學(xué)本質(zhì)的理解，有利于學(xué)生正確的科學(xué)本質(zhì)觀(guān)形成。

三、總結(jié)與反思

本文在新課標(biāo)的指導(dǎo)下，梳理了科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)容及其教學(xué)意義，并分析了 IHV教學(xué)模式的具體操作過(guò)程，在此基礎(chǔ)上，以“化學(xué)鍵發(fā)展史”為例探討了如何利用IHV教學(xué)模式促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解并幫助學(xué)生建立正確的科學(xué)本質(zhì)觀(guān)。從整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)看，在IHV教學(xué)模式中，教師通過(guò)有目的的小品設(shè)計(jì)， 將“活動(dòng)”“化學(xué)史”“科學(xué)本質(zhì)”成功地融為一體，能夠有效建立互動(dòng)型課堂，提高學(xué)生的課堂參與度，寓教于樂(lè)，能夠有效地幫助學(xué)生在體會(huì)化學(xué)史的發(fā)展進(jìn)程中加深對(duì)于科學(xué)本質(zhì)的理解，從而實(shí)現(xiàn)IHV教學(xué)模式下的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)。

不過(guò)，在使用IHV教學(xué)模式的時(shí)候也要注意：化學(xué)史的內(nèi)容要緊扣教學(xué)內(nèi)容，促使學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解;化學(xué)史小品不可占時(shí)過(guò)多，影響正常教學(xué)進(jìn)程;在進(jìn)行IHV教學(xué)的過(guò)程中，要善于調(diào)動(dòng)學(xué)生自編自演的積極性[13]。同時(shí)，化學(xué)史小品的內(nèi)容應(yīng)盡量貼近史實(shí)。在化學(xué)史小品的編撰過(guò)程中，難免受教學(xué)效果的影響，會(huì)對(duì)原本的化學(xué)史有一定的改動(dòng)，故此要盡量貼近史實(shí)，還原真實(shí)情況下科學(xué)家們的思想與行為， 防止學(xué)生對(duì)歷史產(chǎn)生錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。教師還要注重啟發(fā)引導(dǎo)，教學(xué)方式的選擇是為了更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，在IHV教學(xué)模式中，教師要善于啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生積極思考，做好學(xué)生發(fā)展的“促進(jìn)者”，防止“假熱鬧”課堂的出現(xiàn)。

新課標(biāo)的頒布為化學(xué)史的教學(xué)提供了新的土壤， 而IHV作為一種有效的化學(xué)史教學(xué)模式，將有效地豐富化學(xué)課堂，在這樣的課堂中，學(xué)生能夠充分地感受到化學(xué)的魅力和化學(xué)家的風(fēng)采，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)于化學(xué)的熱愛(ài)。

參考文獻(xiàn)

[1][9]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S ].北京：人民教育出版社，2020

[2]嚴(yán)文法，王小梅，李彥花.新課標(biāo)視域下化學(xué)史的科學(xué)本質(zhì)教育功能研究[J].化學(xué)教學(xué)，2020（1）：3-7

[3] L.E.Roach，J.H.Wandersee，Putting People Back Into Science： Using Historical Vignettes[J].School Science & Mathematics， 2015，95（7）：365-370

[4]L.Neumann， Beyond Physics Content Knowledge： Modeling Competence Regarding Nature of Scientific Inquiry and Nature of Scientific Knowledge： Dissertation [ M ].Berlin： Logos Verlag Berlin，2011

[5]嚴(yán)文法.高中生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)及其影響因素的研究[D].重慶：西南大學(xué)，2009

[6]N. G. Lederman，F(xiàn). AbdElkhalick，R. L. Bell，et al. Views of nature of science questionnaire： Toward valid and meaningful assessment of learners' conceptions of nature of science [J ]. Journal of Research in science Teaching，2010，39（6）：497-521

[7]J.Osborne， S.Collins， M.Ratcliffe， et aLWhat"ideas-about- sciencevshould be taught in school？ A Delphi study of the expert community [ J ] Journal of Research in Science Teaching， 2003，40：692-720

[8] J. H. Wandersee， P.B .Griffard， Chapter 2-The History of Chemistry： Potential and Actual Contributions to Chemical Educa-tion. InjohnK.Gilbert et al， Chemical Education： Towards Research based Practice [M ].Kluwer Academic Publishers， 2002：36-37

[10][13]鄧永財(cái)，李廣州.IHV—化學(xué)史教育的新方法[J].化學(xué)教育，2006（12）：60-62

[11]李延偉.高中生《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)調(diào)查及原因分析[D].吉林：東北師范大學(xué)，2015

[12]廖正衡.化學(xué)鍵理論發(fā)展的四個(gè)階段[J].化學(xué)教育，1986（6）：54-57