摘要：化学史教学是发展学生化学学科核心素养的重要途径。以“水的组成”一课为教学案例，以化学发展史中水的组成发现过程为教学线索，引导学生置身于化学发展的历史长河中，通过问题驱动、交流合作、探究验证等活动对“水的组成”知识的寻根问底，体验“水的组成”知识探索的历史过程，感悟科学家提出问题、分析问题、解决问题的思想历程，感受科学家在追求真知中的智慧。促进初中生化学学科核心素养发展的化学史教学前提是进行化学史的价值分析，关键是设计驱动性问题链。
关键词：初中化学;化学学科核心素养;化学史教学;水的组成
2014年3月，教育部首次提出了要研究制订学生发展核心素养体系，把核心素养落实到各学科教学中。核心素养的提出必然会带来学生学习方式的转变，基于发展学生核心素养的学习不仅要关注学生学习的知识是什么，更要关注这些知识从哪里来。如何实现这样的学习?化学史的教学为我们实现这样的学习提供了一种可能。化学史的教学就是对化学知识的追根溯源。教学的重点就是用历史的观点来讲述化学原理、概念、理论和思想，改变教学中过于强调知识本体和结论的局面，把知识的学习由记忆变为发现，学生经历了知识的发生、发展过程，也就能滋养学生的智慧、发展学生的学科素养。那么如何实现化学史教学发展化学核心素养的功能呢?基于化学史教学发展学生化学核心素养的实施策略有哪些?下面以人教版上册第三单元课题2“水的组成”一课为例进行说明和分析。
一、“水的组成”的化学发展史中蕴含的化学核心素养
(一)初中阶段化学学科核心素养的内涵核心素养是学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力[1]。化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，我国《普通高中化学课程标准(2017年版)》指出培养学生的化学学科核心素养，通过中学化学课程的学习，帮助学生形成宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新精神、科学态度与社会责任五个方面的化学学科核心素养[2]。《义务教育化学课程标准(2011年版)》也指出义务教育阶段的化学课程具有基础性的特征[3]。
结合初中化学课程的性质以及高中化学课程中化学学科核心素养的界定，考虑到初、高中化学的知识广度、难度、深度的不同，因此对于初中化学核心素养不能照搬照用高中化学核心素养，可对高中化学核心素养的各部分内容进行细化和具体化，以适应初中化学学科基础性、启蒙性的课程性质。对照高中化学核心素养，主要有以下几个方面的细化和具体化：第一，高中化学中“宏观辨识与微观探析”素养在初中化学中主要体现在学生是否具备“宏观——微观——符号”三重表征之间转化能力;第二，高中化学中“变化观念与平衡思想”素养在初中化学中主要表现在学生是否具备从物质变化与守恒思想的视角认识世界的能力;第三，高中化学中“证据推理与模型认知”素养在初中化学中主要表现在学生是否认识到科学结论要有证据的支持以及是否掌握从证据到结论的推理方式;第四，高中化学中“科学探究与创新精神”素养在初中化学中主要表现在对科学探究的理解以及创新与实践精神的发展;第五，高中化学中“科学态度与社会责任”素养在初中化学中主要表现在形成良好的科学品质与强烈的社会责任感。
(二)“水的组成”的研究史
通过对相关“水的组成”研究的化学史料分析，可以总结出主要有以下几个重要阶段：
我国古代的“五行学说”和古希腊的“四元素说”都认为水是一种元素。
1766年，英国科学家卡文迪许利用金属锌和稀硫酸反应得到氢气，发现在空气里点燃氢气会爆炸，因此当时氢气被命名为“可燃空气”。与此同时，英国科学家普利斯特里通过研究发现氢气的密度只有空气的111。普利斯特里在宫廷表演中进行了多次的氢气爆炸试验后，发现氢气燃烧后的产物是水。
1775年，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。通过实验，拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积15的结论。
1776年，瑞典化学家舍勒利用加热硝酸钾的反应制得纯度较高的氧气。
1781年，英国科学家卡文迪许在其他化学家研究的基础上，重新设计了实验方案，采用比较纯净的氧气代替原来的空气，将“可燃空气”置于纯净的氧气中点燃，发现气体能够安静燃烧，发出淡蓝色火焰。进一步实验后他发现两体积“可燃空气”和一体积氧气可以恰好完全反应，反应后生成的物质只有水。
1782年，法国化学家拉瓦锡利用高温下水蒸气与铁的反应，制得了一种黑色固体和“可燃空气”。因此他证明水是由“可燃空气”和氧结合形成的化合物，而不是一种元素组成的物质。
1787年，拉瓦锡持续进行实验，通过氢气与氧气反应合成了水，同时还利用电解水得到了氢气和氧气，再次证明了水是由氢元素和氧元素组成的。
1800年，英国科学家尼克尔森和卡里斯特尔在常温下利用“伏打电池”给水通电进行电解水的实验，制得氢气和氧气，再次证明了拉瓦锡的结论。
可见，一部“水的组成”的科学发展史让我们看到了数千年科学先贤们为了摆脱旧的观念的困扰以及扩大知识的领地所做的艰苦卓绝的工作，仿佛一部英雄史诗，不但可以激起人们的敬仰之情，更能从中吸收无尽的精神营养[4]。
(三)“水的组成”研究史中的核心素养生成点
结合课标、教材、学生以及对高中化学学科核心素养在初中学段的具体化和细化，可以提炼出“水的组成”研究发展史中的素养生成点主要有：
1.通过引入“水的组成”的化学发展史，了解人类认识“水的组成”的过程，体验人类探究世界的方法，增强科学探究的意识，发展科学探究精神。
2.通过化学史中氢气的燃烧实验，再到水的电解实验，模拟历史上的事件，进行氢气燃烧、水的电解的实验探究，让学生主动体验探究过程，培养学生科学探究的能力和创新意识。
3.通过氢气燃烧、水的电解、橡皮泥的球型演示水分子、氢原子、氧原子的分解与组合进行模型认知，直观感受水的组成，初步感受“观察现象——收集证据——得到结论”的科学探究方法。
4.通过氢气燃烧、水的电解、橡皮泥模拟的综合分析、观察比较，使学生的认识从理论到实践、具体到一般，学会从宏观到微观的观察与分析，形成“宏观——微观——符号”三重表征的转化能力。
5.从水的组成和水的电解实验中，发展变化的观念。通过“水的组成”的学习，培养学生平衡的思想。
二、“水的组成”的主要教学过程及分析
活动一：化学史实引出“水的组成”
历史线索：穿越历史长河，播放“水的组成”研究发展史视频。
问题线索：问题1，水是我们生活中最常见的物质，同学们知道水是由什么元素组成的吗?水的化学式如何表示?问题2，从长达2400多年的“水的组成”的发展史中，你体会到了什么?
设计意图：学生在本节课学习之前已经知道水是由氢元素和氧元素组成的，并且知道水的化学式是H2O。因此本节课的开始以人类认识水的组成的简要史实引入并展开，通过化学史创设情境激发学生学习兴趣;通过观看视频初步感知从客观世界提取化学认识对象，感知人类探究世界的过程与方法;通过“从长达2400多年的“水的组成”的研究发展史中，你体会到了什么?”这一开放性问题的设计，让学生畅所欲言，教师加以引导，促进学生形成良好的科学品质与强烈的社会责任感，初步体验到科学研究过程不是一帆风顺的，过程中充满了曲折，历尽艰辛，激发学生科学探究的欲望，培养学生在科学探究中的百折不挠的精神。
活动二：水的生成实验初探“水的组成”
历史线索：穿越到1787年，拉瓦锡的氢气燃烧。播放视频：拉瓦锡氢气燃烧实验史实。
问题线索：问题1，你能归纳出氢气的性质吗?有什么证据呢?问题2，为何将木条伸入试管后会发出了尖锐的爆鸣声?问题3，不纯的氢气点燃有可能爆炸，因此使用氢气前一定要验纯，检验氢气的纯度的方法是什么?纯净的氢气燃烧会出现什么现象?
历史线索：英国科学家卡文迪许也跟同学们一样意识到这样不能证明水的组成，他将拉瓦锡实验中用的空气换成了纯净的氧气，再次进行实验，生成物还是只有水，从而准确得到了氢气和氧气反应生成了水这一结论。
问题线索：问题4，上述实验现象说明水是由什么元素组成的?为什么?问题5，上述实验实际上是氢气在空气中燃烧，但是空气中除了氧气，还有其他气体，为什么氢气燃烧是与空气中氧气发生反应?而不是其他气体?如何改进呢?
设计意图：氢气的性质及验纯方法作为本节课的了解性知识，通过氢气爆炸的创新实验，激发学生了解氢气性质的兴趣，使学生了解检验氢气纯度的方法，了解氢气的物理性质、化学性质，培养学生的观察能力、总结能力。通过挖掘化学史的价值，本节课的重点定位于“通过对水的组成的探究学习提取出一般无机物组成的研究方法”，因此，在分析氢气燃烧实验过程中，重点不是放在实验现象和结论，而是不断提醒学生，科学结论要有证据的支持，推理过程中还要有明确的依据。通过驱动性问题链设计以及师生的对话，引导学生多次在证据、依据和结论之间寻找联系，强化学生科学的推理方式，培养学生的分析推理能力，同时促进学生由被动思维转变为主动思维，通过简单的案例，让学生形成化学推理的模式，引导学生学会观察实验现象，并利用现象推结论，初步感受“观察现象——收集证据——得到结论”的科学探究方法。
活动三：水的电解实验再探水的组成历史线索：穿越到1800年，英国科学家尼克尔森和卡里斯特尔在常温下利用“伏打电池”给水通电进行电解水的实验，制得氢气和氧气。
问题线索：问题1，同学们，我们现在知道水是由氢和氧元素组成的，那么水的化学式H2O中“2”表示什么意义?通过刚才的实验能不能确定一个水分子中氢原子和氧原子的个数呢?问题2，该水电解器实现了对气体的收集，仔细观察实验，记录实验现象。问题3，如何检验收集到的生成气体?会出现什么现象?
历史线索：1809年，盖·吕萨克用两体积氢气和一体积氧气反应，得到了两体积水蒸气。
问题线索：问题4，根据上述实验现象，你能否推断出水分子中氢氧原子个数比?依据是什么?问题5，为什么不能根据实验确定水分子中氢原子和氧原子的个数呢?
设计意图：在本节课学习前学生已经非常熟悉水的化学式了，但对于化学式中数字的含义不是非常清楚，借此将水的组成的分析由定性递进至定量，从而引导学生思考水的微观构成。在这个环节，教师继续挖掘化学史素材，引领学生对物质的认识从宏观进入微观的同时，继续让学生寻找证据与结论之间的逻辑关系。比如在化学反应中微观粒子的数量关系，在宏观层面是如何体现的。这就需要教师提供帮助，出示资料卡片。通过对宏观实验现象的观察和描述、不断地寻求证据、进行推理、获得结论，强化证据在推理过程中重要的作用。科学史实和资料卡片作为学生思维的两翼，触发了学生思维的飞翔，学生真正进入了深度学习，有利于学生形成化学元素观。
活动四：微观角度深探“水的组成”
历史线索：回到快速发展的当代，模拟电解水的微观世界。问题线索：问题1，现在，我们通过高科技的设备，已经能够进入水的微观世界里了，如果你进入了水的微观世界，能想象一下，你看到了什么吗?
相关期刊推荐：《天津师范大学学报》(基础教育版)创刊于2000年6月，是由天津师范大学主管、主办，研究基础教育科学的学术理论刊物，季刊。设有：基础教育研究、新课程改革、比较教育、教学模式探索、探索与争鸣、心理健康、德育研究、现代教育技术研究等栏目。
设计意图：这个环节的活动非常重要，是学生的学习思维方式发生质的飞跃的一步。通过小球模型的设计，实现学生从宏观角度认识化学反应到能够从微观角度分析化学反应的转变，同时，也实现化学符号(化学式)、小球模型、文字表述这三重表征的统一性认识。此任务设计成学生的动手任务，增强了教与学的交互性与趣味性，引导学生进行宏观辨识和微观探析，进行证据推理和模型认识。通过学生观察分子和原子在化学变化中的“行为”，促进对化学反应微观过程的理解。
三、“水的组成”化学史教学中的思考
以“水的组成”作为基于发展学生化学学科核心素养的教学实践案例，可以发现，在以化学史为载体进行发展化学学科核心素养教学中，有以下几个关键环节要注意：
(一)化学史教学利于发展学生化学学科核心素养
化学史是化学产生、形成和发展及其演变规律的反映，其包含了化学知识、科学研究方法和化学家的思想演变以及整个追寻真理的漫长过程[5]，是发展学生化学学科核心素养的重要教学资源。对于“水的组成”一课的设计，始终定位在“一般无机物组成的研究方法”的推理过程，以历史长河中“水的组成”的探索历程为背景，让学生徜徉在各个阶段的科学家的求真过程中，很自然地体验到科学探索的过程，从宏观的定性分析和微观的定量分析两个层面深刻体悟“水的组成”探索过程。期间学生需要证据推理、实验探究、交流讨论，发展了学生各方面的化学核心素养。
(二)化学史的价值分析是开展化学史教学的前提
学科核心素养的发展是以教学内容为载体，教师要基于学生现有经验，围绕化学学科核心素养精心设计教学内容。化学史作为教师教学设计的重要资源，其教学价值主要体现为提升学生学习化学的兴趣、理解科学的本质和促进学生学科知识、方法理解等方面[6]。化学史是一个巨大的知识宝库，教师应当合理选择要使用的化学史素材，可以从“本节课教学内容是什么?蕴含了哪些核心素养→本节课蕴含的化学史素材是什么→化学史素材中蕴含了哪些核心素养?”的思考程序中筛选合适的化学史素材，在化学史教学中将科学思想、科学理论、科学方法的发展过程进行关键性地重现，让学生沿着化学历史发展的线索，在逻辑推理与实验探究的过程中，促进对化学学科核心素养的提高与发展。
(三)设计驱动性问题链是开展化学史教学的关键
学习始于问题，学习的过程就是解决问题的过程，同样，学习的最终目的是利用所学的知识解决实际应用中的问题。学习并不能解决所有问题，但真正的学习一定是在解决问题中进行的[7]。
教师在教学过程中利用化学史素材，需要考虑科学家提出的科学问题与现有学生学生认知水平和知识发展是否契合，还需要考虑如何将科学家曾经面对的科学问题转化为促进学生核心素养发展和新知识吸收的问题，如果不能契合，那么这一科学问题就是不能够在教学中使用的或者是画蛇添足的。因此教师在将化学史中化学家面临的科学问题转化为对学生核心素养发展有促进作用的问题时，就必须要深入了解学生目前的学习能力和发展趋势，而且还要熟知化学史的发展历程，二者要结合起来。
因此，设计驱动性问题的基本方法，首先，驱动性问题一定要与学生的已有认识密切相关;其次，驱动性问题一般能够促使学生思考以明确自我认识，或者揭示学生的已有认识，或者能够形成认知障碍，使学生对已有认识产生疑惑，形成进一步探索的欲望;最后，驱动性问题源于对科学史实、实验事实等的说明、解释、评价等[8]。——论文作者：康永军，王荣华，刘媛娜
