李自雄 張曾棟

摘 ? 要：將化學(xué)知識串接在歷史線索中，能夠讓學(xué)生體會到知識形成的來龍去脈，避免知識結(jié)構(gòu)的缺失與孤立，正確認識人類文明發(fā)展的曲折與不易，在歷史情境潛移默化地熏陶和影響下，學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)思想得以初步建立，科學(xué)素養(yǎng)獲得有效提升，社會責(zé)任以及人文情懷亦會得到相應(yīng)地發(fā)展。文章以人教版九年級化學(xué)“氧氣”課題為例，運用HPS教學(xué)模式，模擬氧氣發(fā)現(xiàn)的真實情境，引導(dǎo)學(xué)生換位思考，在和科學(xué)家一樣面對相同的問題時應(yīng)當如何作出選擇，通過實驗探究，學(xué)習(xí)氧氣的理化性質(zhì)以及常見用途。

關(guān)鍵詞：HPS教育；科學(xué)態(tài)度；社會責(zé)任；氧氣

1 ?問題的提出

在編寫教材的過程中，編撰者為了盡可能地在有限的篇幅內(nèi)呈現(xiàn)更多的知識，通常會舍棄過程性的資料，僅在教材中呈現(xiàn)孤立的結(jié)論。因此，教材的使用者會感受到化學(xué)知識彼此割裂，難以形成系統(tǒng)的思維體系，不利于學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中的長遠發(fā)展。

HPS（科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)）教學(xué)模式在西方發(fā)達國家已經(jīng)較為成熟，被廣泛用來理科教學(xué)，其在總結(jié)科學(xué)教育經(jīng)驗的前提下，借鑒建構(gòu)主義理論將科學(xué)史（History）、科學(xué)哲學(xué)（Philosophy）與科學(xué)社會學(xué)（Society）的有關(guān)內(nèi)容融入到科學(xué)教育中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進其多角度地了解科學(xué)本質(zhì)，發(fā)展科學(xué)精神和批判思維 [ 1 ]。《義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2022年版）》重點強調(diào)了科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，要求學(xué)生能夠運用化學(xué)知識決策社會重大議題，形成節(jié)約資源的思想意識，這與HPS教育理念十分吻合[ 2 ]。

2 ?教學(xué)設(shè)計

氧氣在在整個中學(xué)化學(xué)教學(xué)中發(fā)揮著舉足輕重的作用[ 3 ]。首先，氧化反應(yīng)是初中階段學(xué)生學(xué)習(xí)的最重要的化學(xué)反應(yīng)之一，后續(xù)的很多知識內(nèi)容都要建立在學(xué)習(xí)氧化反應(yīng)的基礎(chǔ)之上。其次，氧氣是學(xué)生最熟悉的化學(xué)物質(zhì)之一，人類必須持續(xù)攝入氧氣才能維持基本的生命活動。最后，氧化反應(yīng)反映著現(xiàn)代化學(xué)和化學(xué)工業(yè)成就，是現(xiàn)代大化工產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，在氧化反應(yīng)的參與下，石油化工徹底改變了我們的生活方式。然而在元素化合物知識的學(xué)習(xí)中，學(xué)生普遍存在著學(xué)習(xí)障礙，主要表現(xiàn)為：學(xué)生只能掌握幾種孤立的化合物，很難將這些知識整合在一起，無法形成研究陌生元素化合物的一般思路和方法。

本節(jié)課的設(shè)計環(huán)節(jié)如圖1所示。

教學(xué)設(shè)計呈現(xiàn)出普里斯特里、舍勒和拉瓦錫三位化學(xué)家有關(guān)氧氣發(fā)現(xiàn)過程的化學(xué)史資料，以此為歷史線索展開教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深入到真實的化學(xué)史實情境之中。重點突出提取發(fā)掘這段化學(xué)史料中最具趣味、引人入勝并具有關(guān)鍵作用的歷史事件，深度還原科學(xué)家所經(jīng)歷的復(fù)雜歷史過程，巧妙性地將他們遭遇的關(guān)鍵問題轉(zhuǎn)化為學(xué)生可以直接參與探究學(xué)習(xí)的科學(xué)問題?；谝陨显O(shè)計思路，最終確定本節(jié)課的教學(xué)目標如下：

（1）學(xué)生通過學(xué)習(xí)化學(xué)家制取氧氣的故事和多媒體視頻，概括氧氣的物理性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力。

（2）復(fù)現(xiàn)歷史上化學(xué)家在發(fā)現(xiàn)氧氣過程中所做的一些實驗，探究氧氣的化學(xué)性質(zhì)，初步掌握探究物質(zhì)性質(zhì)的一般過程及思路和方法。

（3）學(xué)生在學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)氧氣的坎坷過程后，體會到科學(xué)發(fā)展的艱辛和不易，認識到科學(xué)的發(fā)展和進步不是一蹴而就的，是一個不斷試錯的過程，能夠體會化學(xué)家追求真理、敢于質(zhì)疑、勇于思考的偉大科學(xué)精神。

3 ?教學(xué)實踐

3.1 ?環(huán)節(jié)一：情境創(chuàng)設(shè)導(dǎo)入新課

教師：我們生活的世界是如此的豐富多彩，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的衣食住行生活水平已經(jīng)十分便利。請同學(xué)們和老師一起欣賞如圖2所示的圖片，共同感受科學(xué)的力量。

學(xué)生：跟隨教師的指引，觀察和思考圖片中的內(nèi)容，猜測本節(jié)課要學(xué)習(xí)的主題是氧氣。

設(shè)計意圖：由生活中的真實的情境引起學(xué)生的好奇心，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生認識到化學(xué)與人類生活密不可分的聯(lián)系，正確認識化學(xué)的巨大價值。

3.2 ?環(huán)節(jié)二：啟發(fā)學(xué)生，提出觀點

教師：同學(xué)們，根據(jù)日常生活經(jīng)驗可以知道，圖2中的各種反應(yīng)中都有氧氣的直接參與，沒有氧氣，火焰無法持續(xù)燃燒；沒有氧氣，我們將會因為窒息而失去生命；沒有氧氣，化工產(chǎn)業(yè)將停止生產(chǎn)。氧氣對于人類而言是如此不可或缺，那么請同學(xué)們認真思考一下，氧氣到底具有哪些性質(zhì)才能使氧氣起到這樣的作用呢？

學(xué)生根據(jù)小學(xué)所學(xué)的科學(xué)知識以及生活中的經(jīng)驗，大膽開展頭腦風(fēng)暴，通過小組討論以及查閱資料等多種途徑，對圖片中的內(nèi)容進行猜想，初步對氧氣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)提出自己的觀點和看法。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析問題，思考問題，解決問題。使學(xué)生初步形成探究問題的意識，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出假設(shè)，設(shè)計實驗，驗證假設(shè)的探究能力，培養(yǎng)學(xué)生形成探究物質(zhì)的一般思路和方法。

3.3 ?環(huán)節(jié)三：氧氣的前世今生

教師：同學(xué)們的猜想看上去都很有道理，并且論據(jù)也很充分。氧氣是如此神奇，充滿了神秘色彩，那么真實的氧氣到底是不是和我們所想一樣呢？下面讓老師帶著大家一起走進歷史，沿著時間長河一同回到過去，了解氧氣的前世今生。

時間一晃而過，我們來到了18世紀的英國，此時著名的化學(xué)家普利斯特里正在利用透鏡去加熱氧化汞，試圖去發(fā)現(xiàn)一種新的物質(zhì)。最終他收集到了一種無色無味的氣體，他將做實驗用的小白鼠放入這種無色無味的氣體之中，發(fā)現(xiàn)小鼠呼吸了這種氣體后顯得非常愉快，接著他親自去呼吸這種氣體，同樣感覺到十分輕松。故事暫時講到這里，請同學(xué)們大膽猜測一下，這種無色無味的氣體到底是什么氣體？

學(xué)生：氧化汞里只有氧和汞兩種元素，而且這種氣體可以使生物很愉快，根據(jù)元素守恒以及可以呼吸的性質(zhì)，可以猜測這種氣體應(yīng)該就是氧氣。

教師：同學(xué)們猜得很對，普利斯特里發(fā)現(xiàn)的氣體確實是氧氣，但在當時普利斯特里并沒有將其命名為氧氣。普利斯特里發(fā)現(xiàn)得到的氣體可以使蠟燭燃燒的更加旺盛，但由于他是一個堅定的燃素說支持者，根據(jù)燃素說的理論，他把該氣體命名為“脫燃素空氣”。就在普利斯特里制取了他所謂的脫燃素空氣后的第二年，瑞典化學(xué)家舍勒也做了一個實驗，請同學(xué)們閱讀資料卡片“舍勒的獨白”（圖3）。舍勒加熱硝石，得到了一種無色無味的氣體，這種氣體可以使氫氣和硫磺燃燒的更加劇烈，相信聰明的同學(xué)們已經(jīng)猜到了這是什么氣體了吧！這說明了什么？同樣，舍勒也是一個燃素說的支持者，因此他把這種氣體命名為火空氣。

終于，百年一遇的化學(xué)天才拉瓦錫橫空出世，還給氧氣一個正確的名分。他在了解了普利斯特里和舍勒實驗的基礎(chǔ)上到得了靈感，改進了實驗，終于破除了燃素說，發(fā)現(xiàn)了氧氣。請同學(xué)們先學(xué)習(xí)資料卡片“拉瓦錫的獨白”（圖4）。然后思考為什么在同一時代，三位偉大的科學(xué)家中只有拉瓦錫最后成功的發(fā)現(xiàn)了氧氣。下面大家一起來觀看視頻，學(xué)習(xí)氧氣的物理性質(zhì)。

設(shè)計意圖：從歷史的角度認識化學(xué)進步的歷程。對化學(xué)家面對困難，解決困難的真實情境有所體會，學(xué)會科學(xué)家探索科學(xué)的思路和方法。

3.4 ?環(huán)節(jié)四：重做科學(xué)實驗，感受科學(xué)家的心路歷程

教師：舍勒制得的氧氣可以使氫氣和硫燃燒的更加旺盛，下面由老師來給大家演示硫在空氣中和氧氣中燃燒的實驗，請大家注意觀察實驗現(xiàn)象有什么變化。

學(xué)生：認真觀察教師的實驗操作，觀察到硫在空氣中燃燒時發(fā)出微弱的淡藍色火焰，放出大量的熱，聞到刺激性氣味；硫在氧氣中燃燒時發(fā)出明亮的藍紫色火焰，放出大量的熱，和空氣中燃燒一樣能夠聞到刺激性氣味。

教師：硫磺本身在空氣中是可燃的，在氧氣中燃燒的更劇烈并不出乎我們的預(yù)料，那么在空氣中不燃燒的鐵，在氧氣中加熱會有什么效果呢？請同學(xué)們自行進行實驗，看看實驗結(jié)果會是怎樣。

學(xué)生：總結(jié)硫在空氣中和氧氣中燃燒的現(xiàn)象，自行設(shè)計驗證鐵能否在氧氣中燃燒的實驗：將鐵絲分別在空氣中和氧氣中加熱，觀察到鐵絲在空氣中加熱只是變紅，在氧氣中加熱卻可以劇烈燃燒，火星四射。

教師：同學(xué)們，木炭、硫磺、鐵都能分別與氧氣發(fā)生反應(yīng)，請同學(xué)們寫出這些反應(yīng)的文字表達式，觀察其中有什么規(guī)律。

學(xué)生：寫出文字表達式，發(fā)現(xiàn)規(guī)律：兩個反應(yīng)物反應(yīng)生成一個生成物。

教師：同學(xué)們說的很對，我們把這種由兩種或兩種以上的物質(zhì)反應(yīng)生成一種新物質(zhì)的反應(yīng)叫做化合反應(yīng)。

設(shè)計意圖：學(xué)生重做科學(xué)家做過的科學(xué)實驗，感受實驗在化學(xué)中的重要地位。

3.5 ?環(huán)節(jié)五：教師講解當代科學(xué)觀念，實現(xiàn)學(xué)生觀念轉(zhuǎn)變實現(xiàn)

教師：根據(jù)上面所學(xué)的內(nèi)容，氧氣和鐵、硫都能發(fā)生反應(yīng)，我們把有兩種或兩種以上物質(zhì)生成另一種物質(zhì)的反應(yīng)叫做化合反應(yīng)。同樣是同一時代的人，普利斯特里、舍勒、拉瓦錫三人幾乎在同一時間發(fā)現(xiàn)了氧氣這種氣體，但是前兩者都受到傳統(tǒng)的燃素說的桎梏，與真理失之交臂。而拉瓦錫卻可以在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，大膽地突破思維定式進行猜想假設(shè)，并設(shè)計嚴謹?shù)膶嶒炄ヲ炞C自己的猜想，這正是科學(xué)進步的持久動力。說明任何發(fā)現(xiàn)都不是一蹴而就的，都是后人在前人的積累的基礎(chǔ)上，慢慢改進的過程。

學(xué)生：傾聽思考，感受科學(xué)進步的歷程，認識到科學(xué)具有主觀性、暫時性。

設(shè)計意圖：使學(xué)生體會科學(xué)進步的艱難，感受思維變革的重要性。

3.6 ?環(huán)節(jié)六：總結(jié)評價

教師：科學(xué)的進步往往來源于思想的變革，但只有新的思維，新的方法，卻沒有扎實的基礎(chǔ)，拉瓦錫也是沒辦法發(fā)現(xiàn)氧氣的。因此同學(xué)們要打好基礎(chǔ)，練好基本功，這樣將來才能有所作為。除此之外，我們要認識到保護氧氣和空氣的重要性，建立保護環(huán)境從我做起的意識。

學(xué)生：認真聽講，跟隨教師的指導(dǎo)復(fù)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容。

設(shè)計意圖：總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容，勉勵學(xué)生重視基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生保護環(huán)境的意識。

4 ?教學(xué)反思

圍繞教學(xué)目標的達成，本節(jié)課沿著化學(xué)家探究氧氣發(fā)現(xiàn)歷程，學(xué)習(xí)領(lǐng)會科學(xué)家善于思考、嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度，了解科學(xué)家探究實驗的過程，學(xué)會氧氣的性質(zhì)和實驗室制取氧氣的方法。通過了解氧氣的科學(xué)應(yīng)用，體會化學(xué)對生產(chǎn)、生活的應(yīng)用價值。相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，HPS教學(xué)模式更加受到學(xué)生的歡迎，師生在教學(xué)活動過程中表現(xiàn)出良好的互動性和深入性。在教學(xué)活動中，學(xué)生對化學(xué)史展現(xiàn)出極大的學(xué)習(xí)興趣，有助于建構(gòu)以學(xué)生為主體的教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。建立科學(xué)思維對于學(xué)生而言，無論以后是從事科學(xué)研究，亦或是從事日常的大眾工作，都將受益非淺。因此，一線教師在教學(xué)中應(yīng)當有意識地引用人文知識，使化學(xué)更具趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻：

［1］ 崔世峰，王娟.國內(nèi)HPS教育融入中學(xué)化學(xué)教學(xué)的研究綜述[J].化學(xué)教學(xué)，2022（4）：3-8.

［2］ 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2022年版）[S].北京：人民教育出版社，2022：6.

［3］ 孟獻華，吳倩，倪娟.基于學(xué)科知識發(fā)展歷史的論證式化學(xué)教學(xué)設(shè)計研究：以“空氣中氧氣成分測定”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2018（11）：41-46.