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談化學(xué)史融入物理化學(xué)課堂教學(xué)

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談化學(xué)史融入物理化學(xué)課堂教學(xué)

【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,與無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)聯(lián)系密切,相互交叉融合,也是四大化學(xué)中知識體系理論性最高、系統(tǒng)性最強的基礎(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)狀的可行選項之一?;瘜W(xué)史是人類對在長期的實踐過程中形成的化學(xué)知識系統(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,化學(xué)史教育給學(xué)生以智慧”[3]。化學(xué)史介紹科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程、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)過程和歷史的本來面目;(2)化學(xué)學(xué)科的目的,即為當前的化學(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)中介紹點化學(xué)史,認為化學(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。當前,隨著高等教育的發(fā)展,實踐教學(xué)內(nèi)容的不斷增加而專業(yè)課學(xué)時不斷壓縮,在少課時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,高校課題可能會面對越來越多的“零起點”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)知識架構(gòu)和課程體系的完備性成為當前的有效手段。

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)時中介紹化學(xué)史知識,看似浪費了寶貴的理論課時間,但厘清了物理化學(xué)基本理論或基本概念,促進了學(xué)生對知識的理解,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,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,教師可以列舉生活實例,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,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,而且會使蚊蟲身體表面的絨毛由不潤濕變成潤濕,蚊蟲因無法呼吸而被“淹死”,以此解釋液體的潤濕和鋪展;用毛細管現(xiàn)象解釋農(nóng)民“鋤地保墑”的道理;在介紹表面活性劑時,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,稱為三次采油。

2.2進行愛國主義教育

在近代物理化學(xué)學(xué)科發(fā)展中,中國科學(xué)家也做出過杰出貢獻。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;測定了水的三相點的精確數(shù)值(0.00980±0.00005)℃,這一數(shù)據(jù)成為了1984年國際實用溫標的基準之一[10]。特別進入新世紀,我國化學(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,介紹我國錢逸泰、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《化學(xué)與工程新聞》譽為“稻草變黃金”[11];在授課過程中,穿插介紹我國在C60和富勒烯[12]、納米技術(shù)、催化、石墨烯以及金屬有機框架(MOF)和共價有機框架(COF)材料等研究領(lǐng)域的科學(xué)貢獻。

2.3培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)

用科學(xué)家奮斗的實例來培養(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)生的毅力和堅持不懈的精神。例如,在講授熱力學(xué)第一定律時,介紹沒有接受良好教育的焦耳用了40多年時間、進行了400多次實驗才最終獲得了熱功當量的精確數(shù)值。第二、創(chuàng)新過程是一個艱苦的過程,甚至可能遭受非議和指責。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,在生前未得到認可,因此,他的分子學(xué)說遠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,團隊合作做出創(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,只可惜沒有人推薦。

3結(jié)束語

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)生提供完整的知識架構(gòu)。在素質(zhì)教育不斷推進的今天,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主義教育。隨著實踐教學(xué)課時的增加、理論課時的不斷減少,借助化學(xué)史教育,期待能用有限的學(xué)時建立大學(xué)專業(yè)課的知識體系和結(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