我國著名化學家傅鷹說過:化學可以給人以知識,化學史可以給人以智慧。32年的教學實踐使我深刻認識到:化學教師重視化學史的學習,經常對學生進行化學史教育是化學教學的一個內容,是在化學教學中實施素質教育的重要途徑,對于提高學生的德、才、學、識意義重大。
1運用化學史培養學生的愛國主義熱情,鼓舞他們為祖國的四個現代化而努力學習
在中華民族的開化史上,最使我們引為自豪的是我國古代科學技術成就。這些成就歷來處于世界的前列,有過驚人的輝煌歷史。正如英國人李約瑟在他所著的《中國科學技術史》的序言中所說:中國的這些發明和發現往往遠遠超過同時代的歐洲,特別是在十五世紀之前更是如此(關于這一點可以毫不費力地加以說明)。這些成就造福于千秋萬代,推動了歷史的發展,給中華民族以持久的的活力,使它上下五千年朝氣蓬勃地屹立于世界民族之林。如果我們將這些成就的有關內容在中學化學課上適當地做介紹,就可以提高學生的民族自尊心,并鼓舞他們立志在振興中華的進步史上留下痕跡,從而提高學生的政治思想素質。
眾所周知,我國古代的科學技術,在化學方面有造紙、火花和瓷器三大發明。我國也是發現、開采、使用煤和石油最早的國家。13世紀意大利著名旅行家馬可波羅在他的《東方見聞錄》中寫道:中國的燃料不是木,也不是草,卻是一種黑石頭。這一記載說明,在這之前歐洲沒有用煤的經驗。可是我們中國人遠在公元前后的漢代,就已經發現了煤和它的可燃性。漢書地理志上說:豫章(江西)出石,可燃為薪。此后我國的勞動人民還將煤用于戰爭和冶煉。三國時期的曹操為了戰爭的需要,曾在鄴都(河南)挖井藏石墨(煤)數十萬斤。另外,在北魏的《水經注》中有用煤煉鐵的記載。根據歷史可靠的記載,我國至遲在西漢已發現了石油,并用為燃料,《漢書》地理志上有:高如縣(陜西一帶)有洧水(石油)可燃。我國在南北朝及唐宋已開始用石油作醫藥、滑潤油、照明油、戰爭用的火器等。宋朝科學家沈括發明用石油煙制墨。我國勞動人民還在明朝的時候,約在16世紀初打出了世界第一口油井,而俄國的第一口油井打于1848年,美國打于1850年。
2運用化學史調動學生學習化學的興趣,激勵他們在化學上力爭成才
枯燥無味機械式的教學方法是十分有害的,它不但不能培養學生的思維能力,相反只能把學生對新鮮事物的好奇心磨滅掉。凡是妨礙年輕人用詫異的心情去觀看世界的那種學校教育,完全不是通向科學的陽關大道(愛因斯坦)。那末怎樣把化學知識講得生動活潑呢?怎樣使學生興致勃勃地學習化學呢?在講課時加進一點化學史知識,實踐證明這是一個頗能奏效的方法。例如,在講到把鐵煉成鋼時,我們說必須認真除去鐵中的雜質磷,因為磷含量過多會使鋼材遇冷變脆。為了使同學們對磷會使鋼鐵產生冷脆性留下生動的印象,我們不防向同學們介紹如下的一個或兩個事故:1938年3月14日,比利時的哈塞爾特城內處在攝氏零下十五度的苦寒中,橫跨在阿爾伯特運河上的一座雄偉壯觀的鋼橋,突然間發生陣陣巨響,不到幾分鐘,即折成幾段,墜入河中。1954年的臘月寒冬,有一艘32000千噸的英國油輪世界協和號正乘風破浪航行在愛爾蘭海面上。突然間,油輪的中部發生了驚人的斷裂,然后沉沒于大海之中。誰是這些不幸事故的肇事者呢?科學家們經研究之后,認為主犯就是鋼鐵中的磷。
再如,在講到合成氨、硝酸和硝酸鹽時,最好向學生介紹一段關于德國合成氨的故事:第一次世界大戰一開始,與德國為敵的英國就從海路上封鎖德國從智利進口硝石。于是人們預言,德國一旦得不到智利的硝石,農田將缺乏肥料,炸藥工廠也將停產,那末德國最遲在1915年或1916年便要自動投降。可是1916年過去了,德國還在頑強戰斗著,農田照樣一派濃綠,前線的炮火反而猛烈。是誰創造這個奇跡呢?原來是一批著名的化學家,他們用空氣、水和煤制成了氮肥和炸藥。化學的作用是多么巨大啊,說不定學生在這個故事的打動下,在心里會埋下一顆當化學家的種子。
3運用化學史培養學生頑強拼搏的攻關精神,勇敢地向科學堡壘進軍
在科學上面沒有平坦的大道,只有不畏勞苦沿著陡峭山路攀登的人,才有希望達到光輝的頂點。所以,培養中學生的攻關精神是我們一個不可忽視的任務。愛因斯坦對那些沒有攻關精神的人,甚至表示厭惡。他說:我無法容忍這樣的科學家,他們拿起一塊木板,專找最薄的部分在最容易鉆孔的地方鉆很多孔。在中學課程中所涉及的許多化學家,都有令人欽佩的攻關精神,非常值得我們向同學們介紹。
(1)鍥而不舍,刻苦研讀。任何科學技術的發明與創造,都是前人研究工作的繼續。因此,凡是有成就的化學家,他們必須是刻苦的學習者。例如,最先發現空氣是由氮氧兩種不同氣體構成的瑞典化學家舍勒,當他在當藥店的學徒的時候,把藥店里的所有化學藏書都一一拿來閱讀,并且把書中所介紹的化學實驗都親自做過。發現物質不滅定律的學者之一,俄國人羅蒙諾索夫,據說小的時候十分酷愛學習,他把鄰居家里所有的藏書都借來閱讀。他的繼母不準他學習,他就跑到寒冷的荒野上去學習。
(2)百折不回,頑強實踐。科學就是揭示客觀事物的本質和發展規律,而事物的本質和發展規律是蘊藏在錯綜復雜的表象里面。為了要透過現象看到事物的本質,就要百折不回地實踐,在實踐中不斷開辟認識真理的道路。法國化學家普魯斯特花了7年的功夫,進行了上千次的實驗,分析了世界上不同地區的水、硫化汞、氯化銀、食鹽結果才發現了化學上著名的定組成定律。波蘭科學女杰居里夫人和她的丈夫一起,在一個既類似馬廄,又宛如馬鈴薯窖的實驗室里,前后花了6年的時間,處理了數以噸計的瀝青鈾礦渣,才提煉出0.1克的鐳鹽。看到鐳的誕生,居里夫人激動得低聲哭了,為了鐳她花去了多少心血啊!
(3)認真細致,一絲不茍。科學最講認真,來不得絲毫的茍且馬虎,從詞義來講,認就是認識,真就是本質,認真就是認識事物的本質。而科學研究也是認識事物的本質;所以,認真與科學研究本來就是一回事。我們前輩的化學家,在科學研究的實踐中,所表現出來的認真治學態度,是很令學生感動的。例如,遠在18世紀中葉,人們通過分析之后,斷言空氣里面除了氮氣、氧氣、一氧化碳、水蒸氣和微量灰塵之后,再沒有別的東西了。然而經過一百年后,英國科學家拉姆塞和累利,通過極端仔細認真的分析之后,卻提出了懷疑。他們從氮的化合物制得的氮氣每升重1.2505克,而從空氣分離出來的氮氣,在相同情況下每升重1.2572克,兩者之差極微,出現于小數后的第三位。對于一般人,往往會放過這個第三位;但拉姆塞和累利卻抓住不放,他們猜測空氣中的氮氣樣品也許含有尚未發現的較重的氣體。經他們反復實驗探索之后,終于發現了這種較重的氣體氬。氬的這個發現史,生動地向學生說明了在科學研究中,認真精神是多么重要啊!
(4)視死如歸,奮不顧身。科學研究就是向自然開戰,自然界是美麗而又嚴酷的,它往往會給予研究者意想不到的打擊。科學山有虎,但是我們的科學攻關者,偏向虎山行。瑞典化學家、炸藥王諾貝爾,在1864年的火藥試驗中就遇到了爆炸事故,殉難者有5人,其中有他可愛的弟弟,諾貝爾幸未遇難。當人們還處在殘廢的'驚恐中,諾貝爾又繼續做他的暴炸試驗。氟是一種非常活潑的元素,許多前驅者付出了生命。但是,后繼者還是馬不停蹄向前沖。英國的戴維為研制氟而受毒害,病了幾個月。愛爾蘭的喬治和托馬斯兄弟,在研制氟的實驗中,托馬斯幾乎喪命,喬治病了3年。魯耶特和尼克雷繼續喬治和托馬斯的研究,結果不幸為科學殉身。直到1886年法國化學家摩爾桑歷盡艱險之后才成功地制得了氟。
4運用化學史學習化學的研究方法,提高分析問題與解決問題的能力
大家知道,教學過程不僅是傳授知識、技能的過程,同時也是發展學生的智力和培養能力的過程。最近世界許多中小學教育科研機構對理科教學都提出了要以培養能力為中心教育思想,也就是說教學的重點應該放在科學考察和處理能力的培養上來。因為,這種培養將使學生終身受益,其好處是無法估量的。為了培養能力,向學生介紹某些化學家在科學發現中的探索歷程,是頗有裨益的。
例如,在講物質結構理論時,我們可以向學生補充介紹居里夫人的如何發現放射性元素鐳的故事。居里夫人在研究鈾鹽為什么會使照相底片感光時,觀察到一個奇怪的現象,用以提取鈾的瀝青鈾礦里放出的輻射能較鈾本身的還大許多倍。這個現象本來與她的研究課題未有直接的關系,但是她卻十分珍視,認為這是一條非常值得跟蹤的線索。在經過仔細試驗和研究之后她斷言:瀝青鈾礦里含有一種極少量的物質,它的活動能力比鈾本身的強烈得多。這種物質不會是任何已知元素,因為這些已知元素經過檢查以后,都沒有這樣大的活動能力,所以它必定是一個新的元素。于是,居里夫婦根據這個邏輯推斷,開始了大規模的實驗工作,處理了幾十噸瀝青鈾礦,花了數年的時間,終于發現這種新元素鐳,它的放射能力,確比鈾強幾百萬倍。
從居里夫人發現鐳的故事,學生不難體會到創造性的考察,對新現象的強烈好奇心,捕捉新線索的敏感,周密的邏輯推斷,頑強的實踐精神,就是居里夫人成功之跡。
又如,在講元素周期律理論時,我們可以向學生介紹門捷列夫如何發現元素周欺律。為了分類元素,在門捷列夫之前,已有許多先驅作過不少的努力。較有成績的英國人是紐蘭茲,在1865年,他把元素按原子量從小到大排列,發現任取相連的八個元素的性質,幾乎重復第一個元素的性質,好象音樂中的八個音階因此他認為可以按原子量來分類元素。可是他當時編制出來的元素分類表存在著許多不妥之處,因此受到人們的嘲笑。但是門捷列夫對此卻十分珍視,他堅信以原子量來作為元素分類的基礎并沒有錯,因為只有原子量才是元素最根本的性質。于是,門捷列夫繼續潛心研究紐蘭茲的元素分類表中出現毛病的緣由,并在實踐中加以校正。門捷列夫經過了頑強的研究之后,最后終于發現了元素周期律,并據此編制出元素周期表。門捷列夫為了驗證他的元素周期律學說,他根據這一理論詳細地預言了三種未被發現的元素的一系列性質。這些預言在以后的15年間都一一被實踐所證實。
從這個故事,學生不難體會到科學的鑒賞力,對錯誤的洞察力,以及科學的預見力,在通往勝利的道路上是多么重要啊!但是我們還須告訴學生,所有這些能力只有在艱苦的實踐中才能培養出來。門捷列夫說過,周期律理論這個課題折磨了我二十年之久。
除了上面所談的四個方面之外,如果我們在課外能給學生介紹比較系統的化學史知識,還可以引導學生探索今天化學在知識經濟時代處于什么位置,當代化學科學發展的趨勢,現階段化學發展主流和生長點。這對學生將來選擇自己的志愿和主攻方向也是有幫助的。
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