摘 要
HPS(History、Phliosophy and Sociology of Science)是自19世纪以来,渐渐形成的一种全新的科学教育课程或者教育模式,得到了科学教育专家的大力倡导,在相关理论体系的指导下,要求将科学史(History of science)、科学哲学(Phliosophy of Science)以及科学社会学(Sociology of Science)的学科内容加以利用的融入到生物、化学等课程当中,旨在加深学生对科学本质的理解,有利于培养学生的科学素养与人文底蕴。本文根据目前对HPS教学的研究现状,在梳理国内外相关文献的基础上,紧密围绕着2017版化学课程标准,设计基于HPS教学的化学案例分析,探究将HPS教学模式运用于中学化学教学的价值和可行性,考察其在科学课程当中的适用性和有效性,最终得出HPS教学模式可以适用于中学化学课程,具有非常好的指导作用,要充分开发利用17版当中的教学素材,改变之前不重视化学学习的行为,不断提高学生的科学素养,使科学教育呈现出新的面貌。
关键词: HPS;化学课标;教学设计;化学教学论
ABSTRACT
HPS (History, Phliosophy and Sociology of Science) is a new Science education curriculum or education model gradually formed since the 19th century. It has been advocated by Science education experts and guided by relevant theoretical systems. History of Science, Phliosophy of Science and Sociology of Science are required to be integrated into the courses of biology and chemistry, aiming to deepen students' understanding of the nature of science, which is conducive to cultivating students' scientific literacy and humanistic heritage. In this paper, according to the current research status of HPS teaching, on the basis of combing the domestic and foreign literature, closely around the 2017 version of the chemistry curriculum standard, the design is based on chemical HPS teaching case analysis, to explore the application of HPS teaching model to establish the value and feasibility of chemistry teaching, examine its applicability and effectiveness in the science curriculum, finally it is concluded that HPS teaching model can be applied secondary school chemistry curriculum, has the very good guidance, should fully develop and utilize the 17th edition of teaching materials, change before do not take the chemistry learning behavior, to improve the students' scientific literacy, Make science education take on a new look.
Key words: HPS; Chemistry curriculum standard; Instructional design; Chemical pedagogical theory
HPS(History、Phliosophy and Sociology of Science)是自19世纪以来,渐渐形成的一种全新的科学教育课程或者教育模式,得到了科学教育专家的大力倡导,在相关理论体系的指导下,要求将科学史(History of science)、科学哲学(Phliosophy of Science)以及科学社会学(Sociology of Science)的学科内容加以利用的融入到生物、化学等课程当中,旨在加深学生对科学本质的理解,有利于培养学生的科学素养与人文底蕴。本文根据目前对HPS教学的研究现状,在梳理国内外相关文献的基础上,紧密围绕着2017版化学课程标准,设计基于HPS教学的化学案例分析,探究将HPS教学模式运用于中学化学教学的价值和可行性,考察其在科学课程当中的适用性和有效性,最终得出HPS教学模式可以适用于中学化学课程,具有非常好的指导作用,要充分开发利用17版当中的教学素材,改变之前不重视化学学习的行为,不断提高学生的科学素养,使科学教育呈现出新的面貌。
关键词: HPS;化学课标;教学设计;化学教学论
ABSTRACT
HPS (History, Phliosophy and Sociology of Science) is a new Science education curriculum or education model gradually formed since the 19th century. It has been advocated by Science education experts and guided by relevant theoretical systems. History of Science, Phliosophy of Science and Sociology of Science are required to be integrated into the courses of biology and chemistry, aiming to deepen students' understanding of the nature of science, which is conducive to cultivating students' scientific literacy and humanistic heritage. In this paper, according to the current research status of HPS teaching, on the basis of combing the domestic and foreign literature, closely around the 2017 version of the chemistry curriculum standard, the design is based on chemical HPS teaching case analysis, to explore the application of HPS teaching model to establish the value and feasibility of chemistry teaching, examine its applicability and effectiveness in the science curriculum, finally it is concluded that HPS teaching model can be applied secondary school chemistry curriculum, has the very good guidance, should fully develop and utilize the 17th edition of teaching materials, change before do not take the chemistry learning behavior, to improve the students' scientific literacy, Make science education take on a new look.
Key words: HPS; Chemistry curriculum standard; Instructional design; Chemical pedagogical theory
1引言
当前,“以促进学生理解科学本质”为核心的HPS教育作为能够培养学生科学思维能力、科学精神和创造力的一种重要手段,进入了大众的视野,闯入了教育界的大门[1]。HPS教育是由一些西方科学教育专家们基于建构主义理论提出的,将科学史、科学哲学和科学社会学进行融合的一种有创新意义的国际科学教育的新理念[2]。主要特征是以科学史科为基础,展示科学方法的进化,让学生感受和体验科学发展的过程,从中学到科学研究的方法,领悟科学家严谨务实、敢于质疑、用于创新的科学精神[3]。
2013年,我国高中课程的修订工作正式启动,“着力发展学生的核心素养”成了此次教育改革的重中之重[4]。化学是科学教育的重要组成部分,化学课程的学习对提高学生的核心素养有举足轻重的作用[5]。将HPS教育融入到化学课程中,能让学生更好的理解和把握化学科学的本质,有助于提高学生的主观能动性,改善对化学的厌倦和冷漠态度[6]。
1.2国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外关于HPS教学演变历程,如表1所示:
表1 国外关于HPS的研究演变历程[8-11]
Fig1. Research and evolution of HPS abord[8-11]
1.2.1 国内研究现状
我国在HPS教学方面研究较晚、规模也小,与西方发达国家相比,显然还没有正式融入我国的教育体系当中,无论是从教学内容或者是教学方法来看,均有不足的地方,传统的认为科学教育就是对学生的科学知识的灌输,只注重传授科学知识,忽视了科学方法、科学观念的教育和培养[12]。为改变这一现状,我国科学教育家也竭尽全力做出一些努力,经历了一系列变革。见表2
表2.国内HPS研究演变历程[13-17]
Fig2.Research and evolution of HPS in china[13-17]
近年来,与HPS教育相关的实践研究主要集中于化学、物理、生物这样的理科课程,试图将HPS教育融入到学科当中,再根据HPS教育模式进行具体的教学设计或是教学案例分析,例如:2015年张涣淳[18]的《HPS微课程的开发研究-贝采里乌斯与近代化学》。
1.3课题研究方法
本课题采用的研究方法有文献分析法和案例分析法。
1、文献分析法:通过查阅文献,了解熟悉HPS理论知识和教学设计,参照其他研究学者,获得更多有价值信息,作为本文的理论支撑。
2、案例分析法:深入挖掘17年版新课标有关HPS教育的内容,案例选自人教版高中化学教材选修二,化学与技术第一单元课题二[4]。基于《化学教学论》应用性,探究在HPS理论引入化学教学中的合理性和适用性,在融入教学后对学生起到怎样的效果。
2研究对象及方法
2.1研究对象
基于《化学教学论》的应用性,本文在新课标的指导下,以HPS教学为研究对象,探究和考察将其引入到中学化学学科中的合理性和科学性,以及给教师和学生们带来的改变和成效。
2.2研究方法
3新课标的应用性体现
3.1对教师和学生的要求
对教师的要求:一是教师自身需要较高的科学素养。教师是新课改的实践者,教师科学素养决定着学生科学素养的水平,从而影响着我国公民素养的整体水平。在复杂的社会环境中,对教师个人来言,需要处理好工作和生活中的各种问题和矛盾,也需要参加到社会管理和决策上来,他们传承着教育责任,民族希望,因此教师必须具备基本的科学素养,心理素质过硬,可以较快适应现代社会生活的各种挑战。二是教师平时要注重积累化学史资料。要想较好的完成HPS教学,教师平时必须查阅很多的文献资料,借助网络和大量科普书籍,才能对化学事件、各个年代化学研究水平、社会、经济、文化背景有全方位的了解,在化学事实的基础上,才能提炼化学哲学观、化学社会学观。三是教师要具备终身学习的意识。HPS教育对教室的要求颇高,很多教师对社会学、哲学的相关知识理解较浅,更别提将化学教学联系起来。因此,教师的终身学习必不可少。教师不仅仅需要具备这方面的意识,还要去寻找有效的方法途径,事半功倍,将终身学习的理念贯彻得以落实。
对学生的要求:一是学习要积极主动。学生的发展很大程度上取决于主体意识的形成和主体参与能力的培养,在HPS教学中学生要积极主动配合教师,通过独立思考、小组讨论、集体评议、师生交流等方式,使自己发挥组织者、指导者的作用,增强自身在学习当中主人翁的角色。二是在学习当中要有创造性思维。创造力是个体综合素质中最有生命力的一种特殊素质,对待教材要有自己的见解,擅于提出问题,保持对外界事物的好奇心和质疑习惯,多问、多想、多说,着重培育自己的创新性思维,不断产生创造的欲望和激情。三是注重自主探究。素质教育说到底,在于开发学生的智力和非智力潜能,在HPS教学中,要充分挖掘教材中的材料,发挥自己的想象力,在体验中不断产生内在学习的原动力,有针对性的从生活生产的实际中去归纳,促进自身不断探索,主动发展。
3.2教学设计的原则
3.3教学设计准备工作
分析《化学课程标准》,分析学生、分析教材、了解教学资源。一是学习研究各种教学理论和教学主张、结合化学教学实际进行选择、整合,形成自己的教学理念。二是调查、研究学习主体,客观、正确了解学生的学习基础情况,包括原有的知识基础,学习动机、兴趣、智力和能力发展水平,学习方法和学习习惯,发展潜力和可能性等,还包括班级群体的班风、班纪。制定教学目标、组织教学内容、确定教学的难点与重点,选择教学的方法和策略。三是了解和研究教学任务。四是研究和掌握教学内容的内在逻辑结构,明确教学内容的重点、难点所在,把我教学内容的核心和关键。五是调查、研究教学条件和可利用的教学资源。
3.4教学中的设计[19]
一、教学目标的设计
在实际的中学化学教学中,需要确定好教学目标,精心构思教学方案,不断优化教学过程,确保目标的可行性。为此,在设计课堂目标时,要综合考虑学生的认知水平和教材特点,以保证教学目标能有效满足个人需求和实际社会。比如“水”分子的教学,首先让学生深刻掌握水分子的结构和化学性质,再让学生以发散性思维探究水分子结构,最后在实践中形成严谨求实的科学态度。
3.5教学评价
教学评价是依据教学目标和测量的结果,对学生的行为变化作出价值判断的行为和过程。教学评价能有效提高教与学的效果,它是HPS教学中必不可少的一环,在实际过程中,教师需要设计不同的教学评价方案,从而对学生进行多维度、多层次的评价。在整个教学过程中,评价与测量一直贯穿其中,教师需要根据教学的不同阶段,设计出不同的教学评价方案。因此,在新课标强调对学生在学习过程中表现出的知识、能力、价值观等多方面做出评价的背景下,在进行教学设计时,必须根据学生实际学习状况来制定对应的教学评价策略。
4基于化学教学论课程案例教学
4.1化学教学论的案例教学策略
根据传统观念和相关文献,我们可以把HPS教学模式策略归纳于:呈现历史素材-引出观点-学习历史-科学探究-呈现科学观念和实践检验-总结与评价[20]。
同时,在设计过程中,还应注意:
4.2化学教学论的案例教学模式
根据《国际科学教育导论》,HPS教育有两种模式[21]。
4.3化学教学论的案例教学效果分析
人工固氮技术-合成氨
合成氨是人类科学技术发展史上一项重大突破,解决了地球上因粮食不足而导致的肌肉和死亡问题。这是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献之一。本案例选自人教版高中化学教材选修二,化学与技术第一单元课题二。
过程与方法:会应用数据的归纳分析方法与辩证思维,理解合成氨条件的选择。
情感、态度与价值观:从哈伯合成氨发明的初衷,激发学生对化学技术与化学工业的兴趣与社会责任感;从合成氨催化剂的发明和使用、创新感悟科学创新所需要的勤奋,坚强和合作精神。
教学难点:学生科学精神与态度的培养
在传统教学中,往往只是简单介绍合成氨工业的发展历史,让学生简单了解合成氨的发展过程,这样不能充分利用教材中所提供的素材进行教学,极大造成了教学资源的浪费,不能很好地激发学生的好奇心和求知欲,不利于学生科学素质的培养。
本案例是典型的充分挖掘教材中的化学史知识,利用化学史知识进行教学的实例,基于化学史知识的合成氨教学,不但可以加深学生对于合成氨知识的理解和记忆,而且从合成氨工业的来源,发展,变化,结合勒夏特列、哈勃、波施在合成氨工艺发明过程中的实例,使学生对合成氨的了解不单局限在书本上的结论和解决事情的能力,更能从中感悟到科学探究过程当中的勤奋、严谨与合作精神以及作为先进科学技术对于社会发展的影响,这样不仅揭示出科学成就中所蕴含的科学思想和科学方法,还能激发学生的爱国主义情感。这样设计教学比单纯讲解理论知识更能吸引学生注意力,更能激发学生学习化学的兴趣,更容易达到预期的教学效果,实现教学目标。
5结论与展望
5.1结论
通过本次研究HPS教学,有如下几点收获:①在查阅相关文献和书籍过程中,学习到了许多关于HPS教育理论知识和基本运用,丰富了自己的知识阅历,开拓了眼界,更是对本人今后的化学教学有更好的理论上的扶持。②通过对HPS教学的学习和思考,对化学教学有了新角度认识和理解,对本人今后的化学教学有更好的理论上的支持。
在新课标指导下,本文主要考察将HPS内容尤其是化学史知识引入到化学教学设计当中的相关研究,同时利用已有的教学案例,探究如何在中学化学教学中合理引用化学史知识,并将化学史知识与科学方法、过程有机融合。通过研究得出,为了更好进行化学教学,让学生更加理解科学的本质,需要在教学设计中积极引入HPS教学,设置相关化学史知识、化学史情境,围绕与化学史有关问题开展实验与学习活动,建立起科学模型,使学生在科学学科中的学习更能感受到快乐和自信,培养出对科学探索不懈追求的兴趣情志。
5.2 展望
随着“互联网+”时代和教育改革的发展,越来越多的学校对素质教育的重视程度也是水涨船高,HPS教学也必将越来越受到青睐,在教学中的自然也越来越频繁。因此,就中学化学科目而言,促使教师在教学中引入HPS教学很符合当前科学学科教学的潮流和趋势,这也是本人探究与考察的重点,但由于个人的能力和时间有限,学识尚浅,对HPS教育理论知识还很浅薄,研究的层次还处在起步阶段,教学案例还需进一步实例验证,融入到实际教学设计中还需完善,这些将是我今后研究的方向。
- 研究背景及意义
- 研究背景
当前,“以促进学生理解科学本质”为核心的HPS教育作为能够培养学生科学思维能力、科学精神和创造力的一种重要手段,进入了大众的视野,闯入了教育界的大门[1]。HPS教育是由一些西方科学教育专家们基于建构主义理论提出的,将科学史、科学哲学和科学社会学进行融合的一种有创新意义的国际科学教育的新理念[2]。主要特征是以科学史科为基础,展示科学方法的进化,让学生感受和体验科学发展的过程,从中学到科学研究的方法,领悟科学家严谨务实、敢于质疑、用于创新的科学精神[3]。
2013年,我国高中课程的修订工作正式启动,“着力发展学生的核心素养”成了此次教育改革的重中之重[4]。化学是科学教育的重要组成部分,化学课程的学习对提高学生的核心素养有举足轻重的作用[5]。将HPS教育融入到化学课程中,能让学生更好的理解和把握化学科学的本质,有助于提高学生的主观能动性,改善对化学的厌倦和冷漠态度[6]。
- 研究意义
1.2国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外关于HPS教学演变历程,如表1所示:
表1 国外关于HPS的研究演变历程[8-11]
Fig1. Research and evolution of HPS abord[8-11]
序号 | 内容 |
1 | 法国科学家孔德最早提出要培养具有实证科学取向的人才,学校在教学中所教授的知识必须是在实证方法下可统一整理的知识。孔德将科学史引入通识教育,并在西方科学教育中产生了深远的影响。 |
2 | 1895年,奥地利-捷克科学哲学家马赫提出将科学史与科学哲学融入到科学教育中,在其极力推广下科学史和科学哲史作为共存体被纳入到科学教育体系中,逐渐形成了HPS教学的雏形。 |
3 | 1917年,英国政府在《教育中的自然科学》的报告中明确提出:在科学教学中,应当进行科学史和科学哲史的教学,进一步推动了HPS教学的发展。 |
4 | 二战以后,美国哈佛大学校长、化学家南特出版了《关于科学的理解》专著,在书中提出了应在科学教育中开设科学史的课程。他主编的《哈佛实验科学中的案例研究》成为科学史教学的经典文献。 |
5 | 1952年,科学史教授霍尔顿编写了一部面向文科学生的物理学教材《物理科学的概念和理论导论》,该书充分利用了科学史和科学哲史向学生阐述物理科学研究的思想方法和本质,使得HPS更加为人所知。 |
6 | 20世纪90年代,英国科学教育学着孟克与奥斯本经过不懈努力,科学社会学成为HPS教学一部分,丰富了其内涵拓展了其外延。 |
7 | 1997年,孟克和奥斯本结合当时国际科学教育界中的新理论-建构主义,提出了把HPS教育融入科学课程教学中的新模式。 |
1.2.1 国内研究现状
我国在HPS教学方面研究较晚、规模也小,与西方发达国家相比,显然还没有正式融入我国的教育体系当中,无论是从教学内容或者是教学方法来看,均有不足的地方,传统的认为科学教育就是对学生的科学知识的灌输,只注重传授科学知识,忽视了科学方法、科学观念的教育和培养[12]。为改变这一现状,我国科学教育家也竭尽全力做出一些努力,经历了一系列变革。见表2
表2.国内HPS研究演变历程[13-17]
Fig2.Research and evolution of HPS in china[13-17]
序号 | 内容 |
1 | 清华大学刘兵教授1997年发表《基础教育改革与科学史》文章中深刻研究了科学史和科学哲史在科学教育中所占用的重要地位和作用,也是国内最早关注HPS的学者。 |
2 | 1999年,魏冰博士专门针对HPS融入科学教学的问题发表了《科学史、科学哲史和科学教学》。他认为HPS作为一种新颖的教育理念,其实质是对“科学本质”认识。 |
3 | 2000年,北京大学刘华杰博士在《关于“科学元勘”的称谓》中最早提出将科学史、科学哲史、科学社会学融为一体,得到同行的一致认可。 |
4 | 袁维新教授是国内对HPS研究成果最多的人之一,她更侧重探索科学教育中科学史体现的教育价值,2004-2006年间他发表了一系列有关HPS教育价值的文章,还提出了“少而精”、“循序渐进”的教学原则。 |
近年来,与HPS教育相关的实践研究主要集中于化学、物理、生物这样的理科课程,试图将HPS教育融入到学科当中,再根据HPS教育模式进行具体的教学设计或是教学案例分析,例如:2015年张涣淳[18]的《HPS微课程的开发研究-贝采里乌斯与近代化学》。
1.3课题研究方法
本课题采用的研究方法有文献分析法和案例分析法。
1、文献分析法:通过查阅文献,了解熟悉HPS理论知识和教学设计,参照其他研究学者,获得更多有价值信息,作为本文的理论支撑。
2、案例分析法:深入挖掘17年版新课标有关HPS教育的内容,案例选自人教版高中化学教材选修二,化学与技术第一单元课题二[4]。基于《化学教学论》应用性,探究在HPS理论引入化学教学中的合理性和适用性,在融入教学后对学生起到怎样的效果。
2研究对象及方法
2.1研究对象
基于《化学教学论》的应用性,本文在新课标的指导下,以HPS教学为研究对象,探究和考察将其引入到中学化学学科中的合理性和科学性,以及给教师和学生们带来的改变和成效。
2.2研究方法
- 文献分析法
- 实验研究法
- 问卷调查法
3新课标的应用性体现
3.1对教师和学生的要求
对教师的要求:一是教师自身需要较高的科学素养。教师是新课改的实践者,教师科学素养决定着学生科学素养的水平,从而影响着我国公民素养的整体水平。在复杂的社会环境中,对教师个人来言,需要处理好工作和生活中的各种问题和矛盾,也需要参加到社会管理和决策上来,他们传承着教育责任,民族希望,因此教师必须具备基本的科学素养,心理素质过硬,可以较快适应现代社会生活的各种挑战。二是教师平时要注重积累化学史资料。要想较好的完成HPS教学,教师平时必须查阅很多的文献资料,借助网络和大量科普书籍,才能对化学事件、各个年代化学研究水平、社会、经济、文化背景有全方位的了解,在化学事实的基础上,才能提炼化学哲学观、化学社会学观。三是教师要具备终身学习的意识。HPS教育对教室的要求颇高,很多教师对社会学、哲学的相关知识理解较浅,更别提将化学教学联系起来。因此,教师的终身学习必不可少。教师不仅仅需要具备这方面的意识,还要去寻找有效的方法途径,事半功倍,将终身学习的理念贯彻得以落实。
对学生的要求:一是学习要积极主动。学生的发展很大程度上取决于主体意识的形成和主体参与能力的培养,在HPS教学中学生要积极主动配合教师,通过独立思考、小组讨论、集体评议、师生交流等方式,使自己发挥组织者、指导者的作用,增强自身在学习当中主人翁的角色。二是在学习当中要有创造性思维。创造力是个体综合素质中最有生命力的一种特殊素质,对待教材要有自己的见解,擅于提出问题,保持对外界事物的好奇心和质疑习惯,多问、多想、多说,着重培育自己的创新性思维,不断产生创造的欲望和激情。三是注重自主探究。素质教育说到底,在于开发学生的智力和非智力潜能,在HPS教学中,要充分挖掘教材中的材料,发挥自己的想象力,在体验中不断产生内在学习的原动力,有针对性的从生活生产的实际中去归纳,促进自身不断探索,主动发展。
3.2教学设计的原则
- 科学性原则
- 系统性原则
- 发展性原则
- 最优化原则
3.3教学设计准备工作
分析《化学课程标准》,分析学生、分析教材、了解教学资源。一是学习研究各种教学理论和教学主张、结合化学教学实际进行选择、整合,形成自己的教学理念。二是调查、研究学习主体,客观、正确了解学生的学习基础情况,包括原有的知识基础,学习动机、兴趣、智力和能力发展水平,学习方法和学习习惯,发展潜力和可能性等,还包括班级群体的班风、班纪。制定教学目标、组织教学内容、确定教学的难点与重点,选择教学的方法和策略。三是了解和研究教学任务。四是研究和掌握教学内容的内在逻辑结构,明确教学内容的重点、难点所在,把我教学内容的核心和关键。五是调查、研究教学条件和可利用的教学资源。
3.4教学中的设计[19]
一、教学目标的设计
在实际的中学化学教学中,需要确定好教学目标,精心构思教学方案,不断优化教学过程,确保目标的可行性。为此,在设计课堂目标时,要综合考虑学生的认知水平和教材特点,以保证教学目标能有效满足个人需求和实际社会。比如“水”分子的教学,首先让学生深刻掌握水分子的结构和化学性质,再让学生以发散性思维探究水分子结构,最后在实践中形成严谨求实的科学态度。
- 教学策略的设计
- 教学情境的设计
- 教学媒体的设计
3.5教学评价
教学评价是依据教学目标和测量的结果,对学生的行为变化作出价值判断的行为和过程。教学评价能有效提高教与学的效果,它是HPS教学中必不可少的一环,在实际过程中,教师需要设计不同的教学评价方案,从而对学生进行多维度、多层次的评价。在整个教学过程中,评价与测量一直贯穿其中,教师需要根据教学的不同阶段,设计出不同的教学评价方案。因此,在新课标强调对学生在学习过程中表现出的知识、能力、价值观等多方面做出评价的背景下,在进行教学设计时,必须根据学生实际学习状况来制定对应的教学评价策略。
4基于化学教学论课程案例教学
4.1化学教学论的案例教学策略
根据传统观念和相关文献,我们可以把HPS教学模式策略归纳于:呈现历史素材-引出观点-学习历史-科学探究-呈现科学观念和实践检验-总结与评价[20]。
同时,在设计过程中,还应注意:
- 有关HPS素材应将教学内容进行整合,而不是附加的教学任务。
- 注重突出学生的主体性
- 鼓励学生试错
4.2化学教学论的案例教学模式
根据《国际科学教育导论》,HPS教育有两种模式[21]。
- 孟克与奥斯本的融合模式
- 马修斯的适度模式
4.3化学教学论的案例教学效果分析
人工固氮技术-合成氨
合成氨是人类科学技术发展史上一项重大突破,解决了地球上因粮食不足而导致的肌肉和死亡问题。这是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献之一。本案例选自人教版高中化学教材选修二,化学与技术第一单元课题二。
- 教材分析
- 教学目标
过程与方法:会应用数据的归纳分析方法与辩证思维,理解合成氨条件的选择。
情感、态度与价值观:从哈伯合成氨发明的初衷,激发学生对化学技术与化学工业的兴趣与社会责任感;从合成氨催化剂的发明和使用、创新感悟科学创新所需要的勤奋,坚强和合作精神。
- 教学重难点
教学难点:学生科学精神与态度的培养
- 教学过程
学习课题 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
引入课题 | 展示幻灯片:哈伯头像及他的基本信息。 讲述:哈伯的生平事迹 |
观看幻灯片,认真听老师讲解,做好笔记 | 通过介绍哈伯本人的生平,使学生对看似与本节内容无关的内容产生兴趣。 |
哈伯与合成氨工艺 |
讲述: 合成氨的本意与目的:农作物生长需要大量的氮肥,以提高产量,但是当时人们固氮方式效率不高,不能大量应用于农业生产中。 |
学生思考:科学发明的本意是什么? |
通过对问题的讨论,使学生对自然科学的社会适应和人文性有更进一步的理解。 |
介绍:合成氨的反应在理论上理论上是可行的。勒夏特列在合成氨的过程中,因为有氧气的混入而发生爆炸,他放弃了研究。而哈伯却勇于追求和探索,终于发发明合成氨工艺。 | 学生讨论:勒夏特列与哈伯在合成氨实验中体现出来的精神,你想到了什么? |
通过介绍两位科学家在合成氨实验中的表现出来的事实,使学生理解科学发明中科学态度的重要性 |
|
幻灯片展示:分别展示教材中合成氨工艺流程与哈伯合成氨所用实验装置 讲述:合成氨条件的选择及存在的主要问题。 |
学生总结、讨论:教材中合成氨的条件与哈勃的条件有何不同? | 设置此问题是为了后面催化剂的选择做铺垫,同时让学生阅读教材,加深对基础知识的理解和记忆。 | |
合成氨催化剂的选择 |
幻灯片:展示当年合成氨的实验装置,并讲述合成氨催化剂的发现过程。哈伯将工艺申请专利后,将他交给了当时德国最大的化工企业。公司的化工专家波施认为,需要寻找一种高效,稳定,简单,易得的催化器取代哈伯推荐的催化剂,为了寻找合适的催化剂,波施及其研究组进行大量的实验,直到1922年经过两万次的实验后才得到了理想的催化剂-铁触媒,并一直沿用至今。 | 学生听讲并思考:铁触媒催化制使合成氨的温度从600℃降到500℃,你认为有什么经济效益?对人们在今后合成氨催化剂的研究有何启示? | 引导学生从现实的角度出发思考问题,启发学生体会化学与技术在实际中的应用,同时调动学生情绪,使学生加深对科学与经济、社会的联系理解。 |
第一次世界大战与合成氨工艺 | 讲述:1914年爆发第一次世界大战,当时欧洲国家生产炸药的原料主要从智利进口,量很少,但是德国合成氨技术的出现,大大增强了德国的军事实力,再次期间,哈伯也卷入盲目的爱国热情之中,并且担任德国实施毒气战的科学负责人,并很快将这种化学武器投入使用。而后,各国竞相研究化学毒气,可以说哈伯是化学武器的始作俑者。 | 听教师讲解并思考:合成氨工业、农业生产、世界大战,你能想到科学发明的什么知识?联系现代科技谈谈你的想法。 | 加深学生对科学是把双刃剑的理解,对科学道德有更深入的感悟与体会。 |
现代合成氨工艺简介 |
幻灯片展示:现代合成氨工艺流程图 图略 讲述:1、合成氨原料的选择(天然气,煤,石油)选择理由:环保与经济成本;2,、选择条件。科技的发展使工业生产的原料得到了很好的改观。如合成氨的压强一般为500pa。3、催化剂的选择:低温高效。4、我国合成氨的现状。 |
观看幻灯片并注意听讲,思考:如何更好地将所学知识应用于生产实际? | 通过介绍现代合成氨工艺,启发学生思考,将化学原理应用于生产实际,进一步激发学生学习化学的积极性与兴趣。 |
课后反思 |
简单总结本节内容,让学生思考:1、从哈伯与波施对合成氨工艺的发明与完善说说你对科学发明有什么认识?
|
回顾本节所学知识,课后认真思考,并与同学讨论,教师作留思考题。 | 通过所学知识进行实际问题的分析,使学生认识到化学与技术对社会生产的作用,从而加深对科学的理解,激发学生学习化学的兴趣。 |
在传统教学中,往往只是简单介绍合成氨工业的发展历史,让学生简单了解合成氨的发展过程,这样不能充分利用教材中所提供的素材进行教学,极大造成了教学资源的浪费,不能很好地激发学生的好奇心和求知欲,不利于学生科学素质的培养。
本案例是典型的充分挖掘教材中的化学史知识,利用化学史知识进行教学的实例,基于化学史知识的合成氨教学,不但可以加深学生对于合成氨知识的理解和记忆,而且从合成氨工业的来源,发展,变化,结合勒夏特列、哈勃、波施在合成氨工艺发明过程中的实例,使学生对合成氨的了解不单局限在书本上的结论和解决事情的能力,更能从中感悟到科学探究过程当中的勤奋、严谨与合作精神以及作为先进科学技术对于社会发展的影响,这样不仅揭示出科学成就中所蕴含的科学思想和科学方法,还能激发学生的爱国主义情感。这样设计教学比单纯讲解理论知识更能吸引学生注意力,更能激发学生学习化学的兴趣,更容易达到预期的教学效果,实现教学目标。
5结论与展望
5.1结论
通过本次研究HPS教学,有如下几点收获:①在查阅相关文献和书籍过程中,学习到了许多关于HPS教育理论知识和基本运用,丰富了自己的知识阅历,开拓了眼界,更是对本人今后的化学教学有更好的理论上的扶持。②通过对HPS教学的学习和思考,对化学教学有了新角度认识和理解,对本人今后的化学教学有更好的理论上的支持。
在新课标指导下,本文主要考察将HPS内容尤其是化学史知识引入到化学教学设计当中的相关研究,同时利用已有的教学案例,探究如何在中学化学教学中合理引用化学史知识,并将化学史知识与科学方法、过程有机融合。通过研究得出,为了更好进行化学教学,让学生更加理解科学的本质,需要在教学设计中积极引入HPS教学,设置相关化学史知识、化学史情境,围绕与化学史有关问题开展实验与学习活动,建立起科学模型,使学生在科学学科中的学习更能感受到快乐和自信,培养出对科学探索不懈追求的兴趣情志。
5.2 展望
随着“互联网+”时代和教育改革的发展,越来越多的学校对素质教育的重视程度也是水涨船高,HPS教学也必将越来越受到青睐,在教学中的自然也越来越频繁。因此,就中学化学科目而言,促使教师在教学中引入HPS教学很符合当前科学学科教学的潮流和趋势,这也是本人探究与考察的重点,但由于个人的能力和时间有限,学识尚浅,对HPS教育理论知识还很浅薄,研究的层次还处在起步阶段,教学案例还需进一步实例验证,融入到实际教学设计中还需完善,这些将是我今后研究的方向。
参考文献
[1]张晶.HPS(科学史、科学哲史与科学社会学):一种新的科学教育范式.自然辩证法研究》.2008,(9):83-87
[2]刘华昌,丁玉莲.HPS教育研究综述.教学研究.2009,32(6):23-27.
[3]李君玉.HPS教育融入中学科学教育.教学月刊:中学版,2007,(9):8-10.
[4]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版).北京:人民教育出版社,2017.
[5]吴星.高中化学核心素养的建构视角.化学教学.2017,(2):3-7.
[6]张勇.WEBQUEST与HPS整合教学模式在中学的应用研究[D].长春东北师范大学,2005
[7]王向坤. 基于HPS的中学化学教学设计研究与实践[D]. 湖南师范大学, 2014.
[8]Jenkins E.W.HPS and school science education:remediation or reconstruction?International Journal of Science Education.1994,VoL.16,No.6,p. 613-623.
[9]Klopfer,L.E.and Cooley.W.W.(1963).The History of Science Cases for High Schools in the Development of Student Understanding of Science and Scientists.Journal of Research for Science Teaching,(1):33-47.
[10]Matthews M R . In defense of modest goals when teaching about the nature [11]Monk, Martin, Osborne, et al. Placing the history and philosophy of science on the curriculum: A model for the development of. [J]. Science Education, 1997.
[12][美]兰西.佩尔斯,查理士.撒士顿.科学的灵魂[M].南昌:江西人民出版社,2006.
[13]刘兵.基础科学教育改革与科学史-从美国的《2061计划》和《国家科学教育标准》谈起[J]. 哈尔滨师专学报(社会科学版), 1997(04):7-12.
[14]魏冰. 科学史、科学哲学和科学教学[J]. 比较教育研究, 1999(03):53-55.
[15]刘华杰.关于“科学元勘”的称谓[J]. 科技术语研究, 2000.
[16]袁维新.国外关于科学本质教学的研究[J]. 比较教育研究, 2009, (01):7-12.
[17]袁维新.国外科学史融入科学课程的研究综述[J]. 比较教育研究, 2005(10):64-69.
[18]张涣淳.HPS微课程的开发研究[D]. 天津师范大学.2015
[19]周平.新课程标准下中学化学课堂教学的设计[J].中学教学参考, 2017, (29):66-66.
[20]张克龙.化学学科实施HPS教学模式的策略[J].教学月刊:中学版(教学参考), 2006, (011):34-36.
[21]毕华林.化学教学设计论[M].山东教育出版社,2004.