談化學(xué)史融入物理化學(xué)課堂教學(xué)

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【關(guān)鍵詞】化學(xué)史；物理化學(xué)教學(xué)；學(xué)習(xí)興趣；核心素養(yǎng)

1引言

物理化學(xué)是從化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象的聯(lián)系入手，探索化學(xué)基本規(guī)律的一門學(xué)科[1]。物理化學(xué)是四大化學(xué)之一，與無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)聯(lián)系密切，相互交叉融合，也是四大化學(xué)中知識(shí)體系理論性最高、系統(tǒng)性最強(qiáng)的基礎(chǔ)課程。物理化學(xué)課涉及的概念、定律、公式多，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)吃力[2]，而在物理化學(xué)教學(xué)中融入化學(xué)史教學(xué)是解決這一現(xiàn)狀的可行選項(xiàng)之一?；瘜W(xué)史是人類對(duì)在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中形成的化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的歷史描述。著名化學(xué)家傅鷹曾指出：“化學(xué)教育給學(xué)生以知識(shí)，化學(xué)史教育給學(xué)生以智慧”[3]?；瘜W(xué)史介紹科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程、人物傳記等奇事軼聞，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和科學(xué)素養(yǎng)，還有助于學(xué)生完整知識(shí)架構(gòu)的形成。研究化學(xué)史主要有三種目的[4]：（1）歷史的目的，即展現(xiàn)化學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程和歷史的本來(lái)面目；（2）化學(xué)學(xué)科的目的，即為當(dāng)前的化學(xué)研究與科學(xué)創(chuàng)新提供歷史借鑒；（3）教育的目的；即在化學(xué)專業(yè)教學(xué)中介紹化學(xué)史。把化學(xué)史融入物理化學(xué)課堂教學(xué)、提高物理化學(xué)教學(xué)質(zhì)量已經(jīng)由來(lái)已久。早在1984年，劉業(yè)程[5]就提出在物理化學(xué)教學(xué)中介紹點(diǎn)化學(xué)史，認(rèn)為化學(xué)史不僅可以幫助學(xué)生理解抽象概念，還能讓學(xué)生懂得物化理論的誕生不是偶然的；2015年，張永民[6]舉例論證了化學(xué)史在物理化學(xué)課堂教學(xué)中的數(shù)個(gè)重要作用；2017年，楚希杰等人[7]再次討論了化學(xué)史在物理化學(xué)教學(xué)中的重要作用。當(dāng)前，隨著高等教育的發(fā)展，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的不斷增加而專業(yè)課學(xué)時(shí)不斷壓縮，在少課時(shí)情況下保持物理化學(xué)教學(xué)體系的完整性成為目前亟待解決的問題[8]。并且，隨著高等教育規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，生源質(zhì)量有所下降，特別是春季招生的大學(xué)生缺少化學(xué)基礎(chǔ)，來(lái)自采用3+X高考改革省份的部分學(xué)生在高中甚至沒有選修化學(xué)。隨著3+X高考改革的推進(jìn)，高校課題可能會(huì)面對(duì)越來(lái)越多的“零起點(diǎn)”學(xué)生。得益于素質(zhì)教育的完善和學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高，在高校物理化學(xué)課程中引入化學(xué)史教育，保持物理化學(xué)知識(shí)架構(gòu)和課程體系的完備性成為當(dāng)前的有效手段。

2物理化學(xué)教學(xué)中引入化學(xué)史的作用

在有限的學(xué)時(shí)中介紹化學(xué)史知識(shí)，看似浪費(fèi)了寶貴的理論課時(shí)間，但厘清了物理化學(xué)基本理論或基本概念，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，將起到事半功倍的效果。在課堂教學(xué)中融入化學(xué)史內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和人文情懷，可以使物理化學(xué)課堂教學(xué)的內(nèi)容豐滿充實(shí)，教學(xué)方式生氣盎然，課堂效果更有魅力[9]。

2.1激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在講解物理化學(xué)基本理論時(shí)，教師可以列舉生活實(shí)例，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，增加課堂的趣味性。在講解開爾文公式時(shí)，介紹人工增雨和“爆沸”現(xiàn)象的基本原理；用稀肥皂水可以有效滅蚊，原因在于肥皂水不僅吸引蚊子，而且會(huì)使蚊蟲身體表面的絨毛由不潤(rùn)濕變成潤(rùn)濕，蚊蟲因無(wú)法呼吸而被“淹死”，以此解釋液體的潤(rùn)濕和鋪展；用毛細(xì)管現(xiàn)象解釋農(nóng)民“鋤地保墑”的道理；在介紹表面活性劑時(shí)，介紹經(jīng)一次采油和二次采油后，用水和表面活性劑把仍留在地下的大約60%原油驅(qū)離出來(lái)，稱為三次采油。

2.2進(jìn)行愛國(guó)主義教育

在近代物理化學(xué)學(xué)科發(fā)展中，中國(guó)科學(xué)家也做出過(guò)杰出貢獻(xiàn)。例如，著名的物理化學(xué)黃子卿教授提出了鹽效應(yīng)理論，闡明了鹽析和鹽溶與離子性質(zhì)的關(guān)系；測(cè)定了水的三相點(diǎn)的精確數(shù)值（0.00980±0.00005）℃，這一數(shù)據(jù)成為了1984年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)的基準(zhǔn)之一[10]。特別進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)化學(xué)學(xué)科得到迅速發(fā)展，優(yōu)秀成果不斷涌現(xiàn)，一些領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界的前面并引領(lǐng)專業(yè)的發(fā)展。例如，在介紹水熱法制備膠體時(shí)，介紹我國(guó)錢逸泰、謝毅課題組在700℃下將四氯化碳與金屬鈉反應(yīng)生成金剛石，這一成果被美國(guó)《化學(xué)與工程新聞》譽(yù)為“稻草變黃金”[11]；在授課過(guò)程中，穿插介紹我國(guó)在C60和富勒烯[12]、納米技術(shù)、催化、石墨烯以及金屬有機(jī)框架（MOF）和共價(jià)有機(jī)框架（COF）材料等研究領(lǐng)域的科學(xué)貢獻(xiàn)。

2.3培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)

用科學(xué)家奮斗的實(shí)例來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和核心科學(xué)素養(yǎng)。第一、培養(yǎng)學(xué)生的毅力和堅(jiān)持不懈的精神。例如，在講授熱力學(xué)第一定律時(shí)，介紹沒有接受良好教育的焦耳用了40多年時(shí)間、進(jìn)行了400多次實(shí)驗(yàn)才最終獲得了熱功當(dāng)量的精確數(shù)值。第二、創(chuàng)新過(guò)程是一個(gè)艱苦的過(guò)程，甚至可能遭受非議和指責(zé)。眾所周知，道爾頓是著名的物理學(xué)家，也是一位紅綠色盲患者，他不僅創(chuàng)立了現(xiàn)代原子論，還發(fā)表了世界上第一篇有關(guān)色盲的論文。意大利人阿佛加德羅也是一位偉大的科學(xué)家，他提出了現(xiàn)代分子論，然而，他的理論遭到包括道爾頓等“大牛”的嘲諷，在生前未得到認(rèn)可，因此，他的分子學(xué)說(shuō)遠(yuǎn)沒有道爾頓的原子論更廣為人知。因此，現(xiàn)代科學(xué)容忍、提倡科學(xué)概念創(chuàng)新，即使它目前還是不完善的。第三、科學(xué)創(chuàng)新需要合作與分享。在歷史上，團(tuán)隊(duì)合作做出創(chuàng)造性成果的例子比比皆是，例如導(dǎo)電塑料的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用[13]。吉布斯是美國(guó)偉大的數(shù)理學(xué)家，他提出的吉布斯自由能是最重要的熱力學(xué)判據(jù)，然而他不擅長(zhǎng)交際而沉湎于物理公式的推導(dǎo)中，他的有關(guān)熱力學(xué)的三篇經(jīng)典論文在被麥克斯韋看到之后才引起科學(xué)家的重視。他的開創(chuàng)性成果完全可以授予諾貝爾獎(jiǎng)，只可惜沒有人推薦。

3結(jié)束語(yǔ)

化學(xué)史是從歷史的角度研究化學(xué)，研究化學(xué)史可以給化學(xué)家以智慧和啟迪，給學(xué)生提供完整的知識(shí)架構(gòu)。在素質(zhì)教育不斷推進(jìn)的今天，大學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造性思維的能力得到了很大的提高，這使得我們可以用化學(xué)史豐富課堂教學(xué)的內(nèi)容，使教學(xué)變得生動(dòng)形象。這還有利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，并在大學(xué)課堂穿插德育教育和愛國(guó)主義教育。隨著實(shí)踐教學(xué)課時(shí)的增加、理論課時(shí)的不斷減少，借助化學(xué)史教育，期待能用有限的學(xué)時(shí)建立大學(xué)專業(yè)課的知識(shí)體系和結(jié)構(gòu)框架。

作者：程學(xué)禮 趙燕云 單位：泰山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院