融合HPS教學(xué)模式 發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)

陸曉紅

(浙江省平湖市當(dāng)湖高級中學(xué) 314200)

隨著課程改革的不斷推進(jìn)，新課標(biāo)對高中化學(xué)教學(xué)提出了更高的要求.化學(xué)教師在教學(xué)過程中，應(yīng)幫助學(xué)生培養(yǎng)化學(xué)思維，掌握化學(xué)學(xué)習(xí)方法，提高化學(xué)實驗探究能力，促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)的養(yǎng)成.高中化學(xué)核心素養(yǎng)可概括為“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任”五個方面.學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科和育人的有機(jī)融合，學(xué)生在掌握知識的過程中獲得核心素養(yǎng)的發(fā)展與提高.那么如何才能夠更好地將學(xué)科和育人有機(jī)地融合在一起，以促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的提升呢? HPS(History，Philosophy，Sociology of Science，簡稱HPS)作為一種創(chuàng)新型的國際科學(xué)教育改革的新理念，將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)融入到科學(xué)教育中，同時被公認(rèn)為是提高科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑之一.通過探討如何在“煤的綜合利用苯”教學(xué)中合理地運用HPS教學(xué)模式，將研究聚焦于如何提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之問題.

一、HPS教學(xué)模式內(nèi)涵

英國著名的科學(xué)教育家孟克(Monk)和奧斯本(Osborne.J)在總結(jié)科學(xué)教育歷史經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，借鑒建構(gòu)主義理論，提出了HPS 教學(xué)模型，即將科學(xué)史(History)、科學(xué)哲學(xué)(Philosophy)和科學(xué)社會學(xué)(Sociology)結(jié)合在一起的一種教學(xué)模式.該模式旨在開闊科學(xué)教育的視野、拓展科學(xué)教育的內(nèi)容，倡導(dǎo)從科學(xué)史學(xué)、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)等多個角度篩選、編排科學(xué)教育內(nèi)容，以期使科學(xué)教育能夠真正、有效和全面地提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).HPS 教學(xué)模式的特點：①科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)有機(jī)的融合在教學(xué)內(nèi)容中，而不僅僅是課堂教學(xué)的附屬條件.②通過創(chuàng)設(shè)情境、分組討論、實驗探究等形式，激發(fā)學(xué)生興趣和參與熱情，突出學(xué)生在教學(xué)中的主體性.③學(xué)生通過自己認(rèn)真思考或探索來轉(zhuǎn)變原有觀念，理解科學(xué)知識.④整個教學(xué)過程中，學(xué)生通過自我探究獲得知識，并習(xí)得科學(xué)家們的質(zhì)疑精神、研究方法、科學(xué)態(tài)度.

二、HPS教學(xué)模式的應(yīng)用對學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的作用

HPS教育以化學(xué)基本史料為背景，以理解化學(xué)本質(zhì)為目標(biāo)，以培養(yǎng)化學(xué)素養(yǎng)為宗旨.HPS教育的育人功能

是多方面的，HPS教育中的科學(xué)史內(nèi)容中蘊含了科學(xué)知識的形成以及發(fā)展過程，蘊含了科學(xué)哲學(xué)以及科學(xué)社會學(xué)的內(nèi)容，蘊含著靈活多樣的科學(xué)探究方法和創(chuàng)造性思維的方式，體現(xiàn)著科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)方法.高中化學(xué)HPS教學(xué)模式的應(yīng)用對學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展作用主要體現(xiàn)在以下幾點：1、有利于提高學(xué)生對化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的認(rèn)識；2、有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神；3、有利于提高學(xué)生學(xué)以致用、解決問題的能力；4、有利于培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷.

三、HPS教學(xué)模式探究

1.HPS 教學(xué)模式6環(huán)節(jié)

將HPS模式融入課堂教學(xué)這一模式主要包括6個環(huán)節(jié)見表1.

表1

2.HPS 教學(xué)模式融入《煤的綜合利用 苯》的教學(xué)過程設(shè)計

(1)教學(xué)評價目標(biāo)

通過化學(xué)史料的呈現(xiàn)，發(fā)展學(xué)生敢于質(zhì)疑、勇于探究、實事求是的科學(xué)精神；通過設(shè)計實驗方案驗證苯分子的結(jié)構(gòu)，發(fā)展并診斷學(xué)生的實驗探究能力與創(chuàng)新意識；通過苯化學(xué)性質(zhì)的探究，診斷學(xué)生證據(jù)推理、觀察、分析、歸納能力.

(2)教學(xué)過程

教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖 時空之旅第一站[幾億年前]:煤的形成[播放視頻]“煤的形成”[提問]煤被稱為“工業(yè)的糧食”,那么在工業(yè)中人們是用什么樣的方法來利用媒的? 煤的組成:煤的組成元素有碳、 氫、氧、氮、硫、磷、鐵、鋁、鈣、 硅;煤是由多種有機(jī)物和無機(jī)物所組成的復(fù)雜的混合物.煤的綜合利用方法:1.煤的干餾;2.煤的氣化;3.煤的液化.學(xué)生回到幾億年前,通過觀看視頻,了解煤的形成過程,接著順其自然地聯(lián)系到煤的綜合利用這一內(nèi)容.認(rèn)真閱讀書本材料,歸納煤的3種加工方法的原理和加工產(chǎn)品.創(chuàng)造教學(xué)情景,“媒的形成”這一內(nèi)容的插入,豐富學(xué)生的知識,使得教學(xué)內(nèi)容銜接自然,符合學(xué)生認(rèn)識事物規(guī)律.閱讀材料,整理歸納,有利于學(xué)生培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng). 時空之旅第二站[十九世紀(jì)初]:苯的發(fā)現(xiàn)PPT展示歷史背景:材料:19世紀(jì),歐洲許多國家都使用煤氣照明.煤氣通常是壓縮在桶里貯運的,人們發(fā)現(xiàn)這種桶里總有一種油狀液體,但長時間無人問津.英國科學(xué)家法拉第對這種液體產(chǎn)生濃厚的興趣,他花了整整五年時間提取這種液體,從中得到了苯:一種無色油狀液體.認(rèn)真閱讀歷史材料,了解苯的發(fā)現(xiàn)過程.分析材料所給數(shù)據(jù),計算得到苯的化學(xué)式C6H6.學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突,萌發(fā)探究的欲望,相對于烷烴,苯少8個氫原子,其中會有怎樣的結(jié)構(gòu),又會發(fā)生哪些化學(xué)反應(yīng)? 學(xué)生學(xué)會觀察,學(xué)會發(fā)現(xiàn).以史為鑒,滲透化學(xué)史教育,讓學(xué)生學(xué)會傾聽,對重大化學(xué)成就進(jìn)行情緒體驗,對偉大的化學(xué)家杰出成就表示崇敬,激發(fā)學(xué)生崇尚科學(xué)的精神. 時空之旅第三站:苯的結(jié)構(gòu)[十九世紀(jì)中期]PPT展示1:19世紀(jì)的科學(xué)家認(rèn)為的苯的機(jī)構(gòu)CH≡C-CH2-CH2-C≡CH CH2=C=CH-CH=C=CH2CH2=CH-CH=CH-C≡CH CH3-C≡C-C≡C-CH3PPT展示2名人故事:凱庫勒一直在想著怎樣在教材中寫入苯的結(jié)構(gòu)這一難題,然而百思不得其解,不知不覺進(jìn)入了夢鄉(xiāng).朦朧之中,凱庫勒仿佛覺得有一些碳原子在自己的面前跳起舞來,它們排成蛇的形狀,突然,原子“蛇”的頭咬住了自己的尾巴,形成一個環(huán)狀.PPT展示3:凱庫勒在1866年發(fā)表的“關(guān)于芳香族化合物的研究”一文中,提出兩個假說:①苯的6個碳原子形成環(huán)狀閉鏈,即平面六邊形環(huán).②各碳原子之間存在單雙鍵交替形式.學(xué)生4—6人為一個小組,合作探究:1.討論實驗方案驗證苯的結(jié)構(gòu).2.動手進(jìn)行實驗,觀察實驗現(xiàn)象,積極思考,得出結(jié)論①試管中加入2mL苯,滴幾滴酸性高錳酸鉀溶液,振蕩后靜置.(不褪色)②試管中加入2mL苯,加入1mL碘水,振蕩后靜置.(碘水分兩層,上層紫紅色,下層無色,發(fā)生了萃取現(xiàn)象)3.分析2個假說的正確性學(xué)生通過實驗排除了C=C和C≡C的可能性,認(rèn)識到凱庫勒第二個假說的缺陷性.通過這個環(huán)節(jié)讓學(xué)生了解化學(xué)家對于未知事物的探究過程,從而有利于培養(yǎng)學(xué)生對于未知事物的探究精神.學(xué)生認(rèn)識到科研本身就是漫長而艱難的過程,必須付出辛勤和不懈的努力. 通過數(shù)據(jù)、模型和圖片引導(dǎo)、展示苯分子的獨特結(jié)構(gòu)苯分子中的碳碳鍵是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的特殊的碳碳鍵,分子中6個碳原子和6個氫原子完全等價.苯的分子式:C6H6苯的結(jié)構(gòu)簡式:觀察模型、傾聽、思考、內(nèi)化苯的分子結(jié)構(gòu).教師解讀,學(xué)生反思,得出結(jié)論,形成概念.過渡:苯環(huán)的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了化學(xué)性質(zhì)的特殊性.苯由C、H兩種元素組成,引導(dǎo)學(xué)生苯可以燃燒,視頻播放苯的燃燒實驗利用模型展示苯的溴代反應(yīng),分析苯的硝化反應(yīng)、實驗條件、實驗裝置.動畫演示苯的加成反應(yīng).仔細(xì)觀察燃燒實驗現(xiàn)象;利用模型分組動手搭建苯的溴代反應(yīng);進(jìn)一步學(xué)習(xí)苯的硝化反應(yīng),分組交流討論實驗裝置的要求,書寫化學(xué)方程式.在教師的指導(dǎo)下,歸納總結(jié)苯的化學(xué)性質(zhì):苯易燃、易取代、難加成、難被氧化.以結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)為主線,采用問題探究、實驗探究、模型搭建的方法引導(dǎo)學(xué)生探究苯的化學(xué)性質(zhì),認(rèn)識取代反應(yīng)的原理.

(3)學(xué)生訪談?wù){(diào)查記錄

[問]：著名化學(xué)家凱庫勒做夢聯(lián)想到了苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，提出了2個假說，經(jīng)歷了被質(zhì)疑的階段，后來經(jīng)過許多科學(xué)家的一起努力，完善了苯環(huán)的結(jié)構(gòu).為此你有何感想？[答] 學(xué)生1：我們要學(xué)習(xí)其創(chuàng)新精神，熱愛科學(xué)，勇于探索，堅持不懈，幸運總是垂青有準(zhǔn)備的人.學(xué)生2：日有所思，夜有所夢，只要認(rèn)真去研究一件事，總會得到回報，發(fā)現(xiàn)新知.學(xué)生3：凱庫勒從夢中得到啟發(fā)，不僅是運氣，更是他不懈努力的結(jié)果.學(xué)生4：當(dāng)別人質(zhì)疑你的時候，不要只想著逃避或是氣餒，要用你的努力去完善，努力出成果.學(xué)生5：你的對手同時也是你的朋友，每一個反對你的理由都是你進(jìn)步的方向.學(xué)生6：以夢為馬，不復(fù)韶華.

(4)教學(xué)反思

以時空之旅為教學(xué)情境，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個參與交流、表達(dá)、親身經(jīng)歷活動的機(jī)會，讓學(xué)生體驗煤的形成和苯的發(fā)現(xiàn)過程，使學(xué)生主動建構(gòu)知識、全面認(rèn)識科學(xué)本質(zhì).分小組合作實驗、模型搭建來探究苯分子的結(jié)構(gòu)和苯的化學(xué)性質(zhì)，一環(huán)扣一環(huán)，層層深入，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣.在教師的指導(dǎo)下，將探究過程作為主線，把實驗活動當(dāng)作基礎(chǔ)，并以問題的解決作為形式，以培養(yǎng)學(xué)生的能力作為核心，精心設(shè)計實驗過程.通過學(xué)生自己思考設(shè)計方案，繼而進(jìn)行實驗，使學(xué)生體驗到與化學(xué)家一樣的探究過程，學(xué)生感受到了探究帶來的樂趣.學(xué)生的觀察能力、邏輯思維能力和實驗?zāi)芰Χ嫉玫搅溯^好的訓(xùn)練.

高中化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)包含“化學(xué)學(xué)科觀念、化學(xué)學(xué)科思維、科學(xué)探究實踐和化學(xué)學(xué)科價值追求”等方面，要求學(xué)生通過自主、探究和合作等多樣化的學(xué)習(xí)方式，形成和發(fā)展科學(xué)精神和價值觀.HPS教學(xué)模式將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)等多種維度滲透到課堂和教學(xué)中，以化學(xué)史料為背景對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)教育與育人教育，使化學(xué)教育與育人有機(jī)的結(jié)合起來；培養(yǎng)學(xué)生能從不同的視角對紛繁復(fù)雜的物質(zhì)變化進(jìn)行分類研究，能用對立統(tǒng)一、量變質(zhì)變、強弱轉(zhuǎn)化、聯(lián)系發(fā)展和動態(tài)平衡的觀點考察化學(xué)反應(yīng)，用發(fā)展的眼光審視化學(xué)學(xué)科知識，提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng).