我国著名化学家傅鹰说过:化学可以给人以知识,化学史可以给人以智慧。32年的教学实践使我深刻认识到:化学教师重视化学史的学习,经常对学生进行化学史教育是化学教学的一个内容,是在化学教学中实施素质教育的重要途径,对于提高学生的德、才、学、识意义重大。
1运用化学史培养学生的爱国主义热情,鼓舞他们为祖国的四个现代化而努力学习
在中华民族的开化史上,最使我们引为自豪的是我国古代科学技术成就。这些成就历来处于世界的前列,有过惊人的辉煌历史。正如英国人李约瑟在他所著的《中国科学技术史》的序言中所说:中国的这些发明和发现往往远远超过同时代的欧洲,特别是在十五世纪之前更是如此(关于这一点可以毫不费力地加以说明)。这些成就造福于千秋万代,推动了历史的发展,给中华民族以持久的的活力,使它上下五千年朝气蓬勃地屹立于世界民族之林。如果我们将这些成就的有关内容在中学化学课上适当地做介绍,就可以提高学生的民族自尊心,并鼓舞他们立志在振兴中华的进步史上留下痕迹,从而提高学生的政治思想素质。
众所周知,我国古代的科学技术,在化学方面有造纸、火花和瓷器三大发明。我国也是发现、开采、使用煤和石油最早的国家。13世纪意大利著名旅行家马可波罗在他的《东方见闻录》中写道:中国的燃料不是木,也不是草,却是一种黑石头。这一记载说明,在这之前欧洲没有用煤的经验。可是我们中国人远在公元前后的汉代,就已经发现了煤和它的可燃性。汉书地理志上说:豫章(江西)出石,可燃为薪。此后我国的劳动人民还将煤用于战争和冶炼。三国时期的曹操为了战争的需要,曾在邺都(河南)挖井藏石墨(煤)数十万斤。另外,在北魏的《水经注》中有用煤炼铁的记载。根据历史可靠的记载,我国至迟在西汉已发现了石油,并用为燃料,《汉书》地理志上有:高如县(陕西一带)有洧水(石油)可燃。我国在南北朝及唐宋已开始用石油作医药、滑润油、照明油、战争用的火器等。宋朝科学家沈括发明用石油烟制墨。我国劳动人民还在明朝的时候,约在16世纪初打出了世界第一口油井,而俄国的第一口油井打于1848年,美国打于1850年。
2运用化学史调动学生学习化学的兴趣,激励他们在化学上力争成才
枯燥无味机械式的教学方法是十分有害的,它不但不能培养学生的思维能力,相反只能把学生对新鲜事物的好奇心磨灭掉。凡是妨碍年轻人用诧异的心情去观看世界的那种学校教育,完全不是通向科学的阳关大道(爱因斯坦)。那末怎样把化学知识讲得生动活泼呢?怎样使学生兴致勃勃地学习化学呢?在讲课时加进一点化学史知识,实践证明这是一个颇能奏效的方法。例如,在讲到把铁炼成钢时,我们说必须认真除去铁中的杂质磷,因为磷含量过多会使钢材遇冷变脆。为了使同学们对磷会使钢铁产生冷脆性留下生动的印象,我们不防向同学们介绍如下的一个或两个事故:1938年3月14日,比利时的哈塞尔特城内处在摄氏零下十五度的苦寒中,横跨在阿尔伯特运河上的一座雄伟壮观的钢桥,突然间发生阵阵巨响,不到几分钟,即折成几段,坠入河中。1954年的腊月寒冬,有一艘32000千吨的英国油轮世界协和号正乘风破浪航行在爱尔兰海面上。突然间,油轮的中部发生了惊人的断裂,然后沉没于大海之中。谁是这些不幸事故的肇事者呢?科学家们经研究之后,认为主犯就是钢铁中的磷。
再如,在讲到合成氨、硝酸和硝酸盐时,最好向学生介绍一段关于德国合成氨的故事:第一次世界大战一开始,与德国为敌的英国就从海路上封锁德国从智利进口硝石。于是人们预言,德国一旦得不到智利的硝石,农田将缺乏肥料,炸药工厂也将停产,那末德国最迟在1915年或1916年便要自动投降。可是1916年过去了,德国还在顽强战斗着,农田照样一派浓绿,前线的炮火反而猛烈。是谁创造这个奇迹呢?原来是一批著名的化学家,他们用空气、水和煤制成了氮肥和炸药。化学的作用是多么巨大啊,说不定学生在这个故事的打动下,在心里会埋下一颗当化学家的种子。
3运用化学史培养学生顽强拼搏的攻关精神,勇敢地向科学堡垒进军
在科学上面没有平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点。所以,培养中学生的攻关精神是我们一个不可忽视的任务。爱因斯坦对那些没有攻关精神的人,甚至表示厌恶。他说:我无法容忍这样的科学家,他们拿起一块木板,专找最薄的部分在最容易钻孔的地方钻很多孔。在中学课程中所涉及的许多化学家,都有令人钦佩的攻关精神,非常值得我们向同学们介绍。
(1)锲而不舍,刻苦研读。任何科学技术的发明与创造,都是前人研究工作的继续。因此,凡是有成就的化学家,他们必须是刻苦的学习者。例如,最先发现空气是由氮氧两种不同气体构成的瑞典化学家舍勒,当他在当药店的学徒的时候,把药店里的所有化学藏书都一一拿来阅读,并且把书中所介绍的化学实验都亲自做过。发现物质不灭定律的学者之一,俄国人罗蒙诺索夫,据说小的时候十分酷爱学习,他把邻居家里所有的藏书都借来阅读。他的继母不准他学习,他就跑到寒冷的荒野上去学习。
(2)百折不回,顽强实践。科学就是揭示客观事物的本质和发展规律,而事物的本质和发展规律是蕴藏在错综复杂的表象里面。为了要透过现象看到事物的本质,就要百折不回地实践,在实践中不断开辟认识真理的道路。法国化学家普鲁斯特花了7年的功夫,进行了上千次的实验,分析了世界上不同地区的水、硫化汞、氯化银、食盐结果才发现了化学上著名的定组成定律。波兰科学女杰居里夫人和她的丈夫一起,在一个既类似马厩,又宛如马铃薯窖的实验室里,前后花了6年的时间,处理了数以吨计的沥青铀矿渣,才提炼出0.1克的镭盐。看到镭的诞生,居里夫人激动得低声哭了,为了镭她花去了多少心血啊!
(3)认真细致,一丝不苟。科学最讲认真,来不得丝毫的苟且马虎,从词义来讲,认就是认识,真就是本质,认真就是认识事物的本质。而科学研究也是认识事物的本质;所以,认真与科学研究本来就是一回事。我们前辈的化学家,在科学研究的实践中,所表现出来的认真治学态度,是很令学生感动的。例如,远在18世纪中叶,人们通过分析之后,断言空气里面除了氮气、氧气、一氧化碳、水蒸气和微量灰尘之后,再没有别的东西了。然而经过一百年后,英国科学家拉姆塞和累利,通过极端仔细认真的分析之后,却提出了怀疑。他们从氮的化合物制得的氮气每升重1.2505克,而从空气分离出来的氮气,在相同情况下每升重1.2572克,两者之差极微,出现于小数后的第三位。对于一般人,往往会放过这个第三位;但拉姆塞和累利却抓住不放,他们猜测空气中的氮气样品也许含有尚未发现的较重的气体。经他们反复实验探索之后,终于发现了这种较重的气体氩。氩的这个发现史,生动地向学生说明了在科学研究中,认真精神是多么重要啊!
(4)视死如归,奋不顾身。科学研究就是向自然开战,自然界是美丽而又严酷的,它往往会给予研究者意想不到的打击。科学山有虎,但是我们的科学攻关者,偏向虎山行。瑞典化学家、炸药王诺贝尔,在1864年的火药试验中就遇到了爆炸事故,殉难者有5人,其中有他可爱的弟弟,诺贝尔幸未遇难。当人们还处在残废的惊恐中,诺贝尔又继续做他的暴炸试验。氟是一种非常活泼的元素,许多前驱者付出了生命。但是,后继者还是马不停蹄向前冲。英国的戴维为研制氟而受毒害,病了几个月。爱尔兰的乔治和托马斯兄弟,在研制氟的实验中,托马斯几乎丧命,乔治病了3年。鲁耶特和尼克雷继续乔治和托马斯的研究,结果不幸为科学殉身。直到1886年法国化学家摩尔桑历尽艰险之后才成功地制得了氟。
4运用化学史学习化学的研究方法,提高分析问题与解决问题的能力
大家知道,教学过程不仅是传授知识、技能的过程,同时也是发展学生的智力和培养能力的过程。最近世界许多中小学教育科研机构对理科教学都提出了要以培养能力为中心教育思想,也就是说教学的重点应该放在科学考察和处理能力的培养上来。因为,这种培养将使学生终身受益,其好处是无法估量的。为了培养能力,向学生介绍某些化学家在科学发现中的探索历程,是颇有裨益的。
例如,在讲物质结构理论时,我们可以向学生补充介绍居里夫人的如何发现放射性元素镭的故事。居里夫人在研究铀盐为什么会使照相底片感光时,观察到一个奇怪的现象,用以提取铀的沥青铀矿里放出的辐射能较铀本身的还大许多倍。这个现象本来与她的研究课题未有直接的关系,但是她却十分珍视,认为这是一条非常值得跟踪的线索。在经过仔细试验和研究之后她断言:沥青铀矿里含有一种极少量的物质,它的活动能力比铀本身的强烈得多。这种物质不会是任何已知元素,因为这些已知元素经过检查以后,都没有这样大的活动能力,所以它必定是一个新的元素。于是,居里夫妇根据这个逻辑推断,开始了大规模的实验工作,处理了几十吨沥青铀矿,花了数年的时间,终于发现这种新元素镭,它的放射能力,确比铀强几百万倍。
从居里夫人发现镭的故事,学生不难体会到创造性的考察,对新现象的强烈好奇心,捕捉新线索的敏感,周密的逻辑推断,顽强的实践精神,就是居里夫人成功之迹。
又如,在讲元素周期律理论时,我们可以向学生介绍门捷列夫如何发现元素周欺律。为了分类元素,在门捷列夫之前,已有许多先驱作过不少的努力。较有成绩的英国人是纽兰兹,在1865年,他把元素按原子量从小到大排列,发现任取相连的八个元素的性质,几乎重复第一个元素的性质,好象音乐中的八个音阶因此他认为可以按原子量来分类元素。可是他当时编制出来的元素分类表存在着许多不妥之处,因此受到人们的嘲笑。但是门捷列夫对此却十分珍视,他坚信以原子量来作为元素分类的基础并没有错,因为只有原子量才是元素最根本的性质。于是,门捷列夫继续潜心研究纽兰兹的元素分类表中出现毛病的缘由,并在实践中加以校正。门捷列夫经过了顽强的研究之后,最后终于发现了元素周期律,并据此编制出元素周期表。门捷列夫为了验证他的元素周期律学说,他根据这一理论详细地预言了三种未被发现的元素的一系列性质。这些预言在以后的15年间都一一被实践所证实。
从这个故事,学生不难体会到科学的鉴赏力,对错误的洞察力,以及科学的预见力,在通往胜利的道路上是多么重要啊!但是我们还须告诉学生,所有这些能力只有在艰苦的实践中才能培养出来。门捷列夫说过,周期律理论这个课题折磨了我二十年之久。
除了上面所谈的四个方面之外,如果我们在课外能给学生介绍比较系统的化学史知识,还可以引导学生探索今天化学在知识经济时代处于什么位置,当代化学科学发展的趋势,现阶段化学发展主流和生长点。这对学生将来选择自己的志愿和主攻方向也是有帮助的。