高中化学培养学生科学精神研究

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[摘要]科学精神是科学教育的核心目标之一，但是科学精神在实践层面没有得到有效落实，科学精神培养缺失问题较为突出。阐述了科学精神的内涵，选择了苏教版高中化学教材“化学史话”“拓展视野”两个典型栏目，从“感悟化学理论曲折发展过程，培养学生理性思维”“辩证全面看待化学的是非功过，鼓励学生批判质疑”“赏析诺贝尔奖获奖者突破性工作，促进学生勇于探究”三个维度管窥高中化学教育过程中学生科学精神的培养。最后，对学生科学精神培养提出若干建议。

[关键词]科学精神；学生发展核心素养；化学学科核心素养；化学教材；栏目素材资源

一、基于学生发展核心素养的科学精神的探讨

科学精神培养是科学教育的核心目标之一，但是，在长期的高中化学教育教学实践中，不难发现，科学精神的培养在高中化学课程和教学中是有所缺失的。综观学校里的科学教育，大多数的教师只扮演科学知识搬运工的角色，简单地把科学知识转运给学生，却漏掉了科学家做学问的精神、获得科学结论的方法。在这种简单机械转移知识的灌输式僵化教育下，学生只会把这些知识当作推之四海而皆准的圭臬，科学精神不可得，却养成了独断的精神。这是科学教育幌子下最不科学的教育。[1]科学精神是伴随近代科学的诞生，在传承人类科学思想和知识的基础上，逐渐发展起来的贯串于科学研究与探索的价值理念、意志行为和思维品质的综合。[2]每个时代的科学精神都有其特定的内涵，是人类科学精神中发展的链条。近而言之，当代中学生的科学精神应有其特定的历史内涵，其界定既要考虑到国家特定历史时期的时代要求，又要考虑到当代中国中学生发展现状和特定学科科学知识发展现状，从中提炼出中学生科学精神的基本要素。只有这样，才能为当前中学生科学精神的养成明确方向及实施路径。《中国学生发展核心素养》将“科学精神”作为学生发展核心素养的六大维度之一[3]，教育部正在组织专家修订的《普通高中化学课程标准》也将“科学精神和社会责任”作为高中化学学科核心素养的五个维度之一[4]。可见，科学精神的重要性已经得到国家教育部门的高度重视。科学精神的培养必将成为未来高中化学课程改革的重要目标加以落实。科学精神的培养需要基于高中化学课程标准明确的目标规定、内容要求、教材编写中丰富的素材资源和教师创造性的实践才能实现。本文对科学精神培养的讨论采用《中国学生发展核心素养》的描述和界定，即理性思维、批判质疑、勇于探究，并基于苏教版高中化学教材“化学史话”“拓展视野”栏目教学素材资源功能和价值的挖掘，探讨如何在高中化学教育中培养学生科学精神。

二、基于高中化学教材栏目素材资源培养学生科学精神举隅

笔者选择了苏教版高中化学教材“化学史话”“拓展视野”两个典型栏目，从“感悟化学理论曲折发展过程，培养学生理性思维”“辩证全面看待化学的是非功过，鼓励学生批判质疑”“赏析诺贝尔奖获奖者突破性工作，促进学生勇于探究”三个维度管窥高中化学教育过程中学生科学精神的培养。

（一）感悟化学理论曲折发展过程，培养学生理性思维

化学学科的理性思维是指学生能运用化学的科学原理和方法去分析生活中具体化学现象，从中养成科学的思维方式，尊重事实、实证求知的态度。从原子分子论建立至今，化学理论的发展经历了漫长发展历程，从迷茫到雏形，再从雏形到质疑，又从质疑到创新，在创新中不断地完善和发展，建立了许多新的化学发展理论，科学合理地解释了现实中遇到的问题。正如原子结构模型经历了“道尔顿的‘实心球’→汤姆生的‘葡萄干面包式’→卢瑟福的‘行星式’→玻尔的‘旧量子化’→电子云”的演变，尽管每个模型的提出在当时解释近乎合理，但随着科学的实践与发展，需要不断地修正完善。任何的真理在特定条件下都有局限性，要理性认识客观规律，崇尚真知，积极探求解决问题的新方法和新途径，突破思维定式，用科学严谨的事实和证据，创立新的科学理论。[案例1]为了解释共价分子的结构，美国化学家路易斯(G.N.Lewis)于1916年提出了共价键的概念。他认为分子中原子间通过共用电子对而使每个原子都达到稀有气体的稳定结构。路易斯的共价键概念初步解释了一些原子形成简单共价分子的过程及共价键与离子键的区别，但其共价键概念有其局限性，它存在下列几个方面的不足：（1）路易斯的共价键概念未能阐明共价键的本质和特性。例如，它不能说明为什么共用电子对能使两个原子牢固地结合在一起。（2）路易斯的共价键概念不能解释许多化合物的中心原子的外围电子数超过8个仍然很稳定的事实。如PCl5分子中磷原子的外围电子数是l0个而不是8个。为了解决这些矛盾，德国化学家海勒特(W.Heitler)和伦敦(F.London)等人于1927年首先把量子力学理论应用到分子结构中，后来鲍林等人又加以发展，建立了现代价键理论(ValenceBondTheory)，简称VB法(又叫电子配对理论)。1932年，美国化学家慕利肯(R.S.Mulliken)和德国化学家洪特（F.Hund）从不同于价键理论的角度，提出分子轨道理论（Mo⁃lecularOrbitalTheory），简称MO法。20世纪30年代以后，就形成了两种现代共价键理论——现代价键理论和分子轨道理论。苏教版高中化学教材选修模块《物质结构与性质》“拓展视野”栏目中编写了共价键理论从经典到现代的发展历程，每一次跨越，都是在前人研究的基础上，引发不同观点的碰撞，理性辩证地认识前人的研究成果，由表及里，从不同的角度，用不同方法揭示事物发展的内在规律。所以，在教学上要用好这些素材，有条件的学校还可以通过专题讲座、情景剧、讲述化学史故事等途径让学生了解化学理论曲折的发展历程，懂得尊重事实和证据，遵循科学伦理，培养学生理性思维。

（二）辩证全面看待化学的是非功过，鼓励学生批判质疑

《中国学生发展核心素养》对科学精神之批判质疑的主要表现描述如下：具有问题意识；能独立思考、独立判断；思维缜密，能多角度、辩证地分析问题，做出选择和决定等。化学史是一部质疑批判的发展史，正因为有一批又一批科学家不迷信书本和权威，善于捕捉问题，尊重事实和证据，敢于质疑，才能推动科学不断发展。正如普利斯特利和舍勒在发现氧气之后，仍忠实于“燃素说”，而拉瓦锡正因为不盲从、敢于质疑批判，推翻了化学界“燃素说”百年之久的统治地位，掀起了一场史无前例的“化学革命”。科学的发展充满着质疑批判，有成功的喜悦，也有失败的教训，应在质疑和教训中不断发现和解决问题，实现科学的创新发展。[案例2]1948年瑞典皇家科学院将诺贝尔生理学和医学奖授予1939年发现第一种有机农药DDT(俗称滴滴涕)的瑞士科学家米勒(P.H.Müller)。但是，DDT这一历史上最著名的有机氯杀虫剂只使用了20年的时间，便在全世界各地逐渐遭到禁用，因此，有人认为这是一个发“错”的诺贝尔奖。DDT是当时人类首次合成的有机农药，不但具有绝佳的广谱杀虫作用，而且对温血动物和植物基本无毒害，更重要的是价格低廉，可大量生产，以至在世界范围内广泛使用起来，在促进农林业的发展、保障人体健康等方面发挥了重要的作用。第二次世界大战期间，这种DDT有效控制了那不勒斯斑疹伤寒(主要通过虱子传播)在同盟军军营中的早期流行。但是，不久以后，人们发现DDT相当稳定，能在自然界滞留较长时间，而且还借助食物链聚集在动物体内，慢慢形成累积性残留，给人类身体健康以及整个生态环境造成诸多不利影响。因此，从20世纪60年代开始，一批新的农药被合成并替代DDT，DDT逐渐被停止使用，但DDT事件留给人类的思考却是深刻而长远的。苏教版高中化学教材选修模块《有机化学基础》“化学史话”栏目编写了“发‘错’了的诺贝尔奖”等化学史实，用事实和教训告诉学生科学的发展是要经实践检验的。让学生认识到在学习中要拓展知识面，不盲从，敢于质疑批判，勇于实践，尊重事实和证据，科学辩证地分析和解决问题。

（三）赏析诺贝尔奖获奖者突破性工作，促进学生勇于探究

《中国学生发展核心素养》对科学精神之勇于探索的主要表现描述如下：具有好奇心和想象力；能不畏困难，有坚持不懈的探究精神；能大胆尝试，积极寻求有效的问题解决方法等。诺贝尔奖的获奖史是一部科学家不懈追求真知，不畏艰难，献身科学的发展史。[案例3]我们知道，物质由分子、原子、离子等微粒构成，分子由原子构成，原子由质子、中子、电子等基本粒子构成。那么，基本粒子可不可以再分？1964年，美国科学家盖尔曼（M.Gellman）设计了夸克模型，提出质子、中子由更小的夸克构成。由于该模型能成功解释许多事实，引起了人们的普遍重视，于是掀起了一股寻找夸克的热潮。1967年，美国斯坦福大学直线加速器中心建成一座长达3km的电子直线加速器。以费里德曼（J.Frideman）、肯达尔（H.Kendall）、泰勒（R.Taylor）为核心的研究小组用此加速器进行实验，最终证明了夸克的存在。这三位科学家也因此获得了1990年的诺贝尔物理学奖。但迄今为止，人们尚未能分离出单个的夸克。随着科学技术的进步，人们对夸克等基本粒子的认识不断深入。美国科学家戴维•格罗斯（D.J.Gross）、戴维•波利策（H.D.Politzer）和弗兰克•维尔切克（F.Wailezek）发现夸克相距很近时，相互间作用力很小，但当距离增大时，相互作用力急剧增大。这解释了人们在寻找单个夸克过程中所遭遇的困惑。为此，这三位科学家荣获了2004年的诺贝尔物理学奖。苏教版高中化学教材重视弘扬不同时期化学领域新成就，重点介绍了不同阶段诺贝尔化学奖获奖案例。如“不对称合成”“卤代烃在有机合成中的应用”“有机物的三维结构”“化学家鲍林”等，这些素材是激发学生的好奇心和想象力的很好载体。好奇心和想象力是科学发现的源泉，是推动人类进步和社会文明发展的基石。在教学中，适时开展“走近诺贝尔奖”主题沙龙活动，让学生通过设计方案、查找资料、沙龙交流等活动，了解科学家在研究中的艰辛与挫折。让学生通过生动具体的史实和身临其境的实验，接受科学精神的熏陶，明白科学的重大发现，不仅要有扎实知识，敏锐的观察力，丰富的想象力，还要有不畏困难、勇于实践的探究精神。

三、研究结论与启示

国家教育部已将“科学精神”作为学生发展核心素养重要组成要素之一，也是高中化学学科核心素养的重要内容，作为一线高中化学教师，未来应该在高中化学教学的细节中更加重视学生科学精神的培养。培养学生的科学精神任重道远，应该从小学科学教育、初中化学教育做起，而高中化学教育是科学精神培养的关键时期。为了实现科学精神的培养，作为教学主导的高中化学教师应该着力加强自身对科学精神的认识和理解，强化自身科学精神教育的责任意识，并充分挖掘高中化学教材中素材资源，通过灵活多样的形式或途径，帮助学生感知、领悟、体验科学精神的核心要义。高中化学教师在化学教育过程中，还须充分考虑不同学段科学教育、科学教育不同学科之间的交叉和融合。作为教师培训机构和教研机构，要充分认识到科学精神培养的重要性，将科学精神、科学文化、科学哲学、科学史以及科学社会学等内容作为重要培训课程内容，帮助高中化学教师提升自身科学精神素养。[5]为推动学生科学精神培养，全社会还要大力开展科学精神普及和科学传播工作，通过图书著作、报纸、电视、互联网、自媒体等多种形式准确、生动地弘扬科学精神，使学生在掌握科学知识和科学技能的同时，逐渐地形成科学精神。

作者:吴云 单位:福建省云霄第一中学

参考文献：

[1]菊农.人格与教育[M]//张君劢,丁文江.科学与人生观.济南:山东人民出版社，1997:241-251.

[2]李醒民.科学的文化意蕴[M].北京:高等教育出版社,2007:215-216.

[3]赵婀娜,赵婷玉.《中国学生发展核心素养》[N].人民日报,2016-09-14（12）.

[4]王云生.基础教育阶段学科核心素养及其确定——以化学学科核心素养为例[J].福建基础教育研究,2016(2):7-9.

[5]蔡铁权.科学教育中科学精神的地位及养成[J].全球教育展望,2016(4):79-93.