大学化学教学中使用化学史案例对提高军校学员科学素养的作用
摘? 要 随着经济社会的发展，国民的科学素养不断提高，以本科教育为依托的高等教育对提高军校学员的科学素养具有重要现实意义。探讨在大學化学教学中引入化学史案例对提高军校学员科学素养的作用。
关键词 大学化学;科学素养;化学史;军校;课程思政
中图分类号：G642? ? 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）16-0099-04
On Role of Using Chemical History Cases in College Chemistry Teaching to Improve Scientific Literacy of Military Cadets//ZHENG Shuyue
Abstract With the economic and social development， the scientific literacy of the people is also constantly improving. Higher education based on undergraduate education is of great practical significance to improve the scientific literacy of military cadets. In this paper， the introduction of chemical history cases in college chemistry teaching is discussed to improve the scientific literacy of military cadets.
Key words college chemistry; scientific literacy; chemical history;military academy; curriculum ideological and political education
1 前言
科学素养一词最早是由美国著名教育家、化学家科南特第一次提出来的。科学家和教育工作者经过半个多世纪的研究，使科学素养由最初一个口号逐渐发展为一种理念，到现在已经成熟地落实到实践，各项相关教育政策在各国推行开来。由于文化背景、经济发展、服务阶层不同，不同时期、不同国家对于科学素养的理解也不一样，其中最受推崇的是科学素养国际发展中心主任米勒教授在1983年提出的三个维度，一直被沿用至今，即：
1）关于科学概念的理解;
2）关于科学过程和科学本质的认识;
3）关于科学、技术和社会相互关系的认识。
米勒的概括简单明了，所以被广泛应用到各国公民素养的调查中，是设计公民科学素养调查问卷的基础，中国、美国、日本等都是采用这种标准进行公众科学素养调查[1]。
根据2018年第10次中国公民科学素质调查结果显示，2018年我国公民具备科学素质的比例达到8.47%，较2015年第九次调查的6.20%提高了2.27个百分点。可以说，我国公民的科学素质随着经济社会的发展正在稳步上升，但整体水平依然不高，特别是与日本、欧美等发达国家相比还有很大的差距[2]，因此，在提高国民科学素养方面依然有很长的路要走。当代大学生是未来社会高学历的主力军，关乎国家科技发展走向，提高其科学素养就显得尤为重要。
2 问题的提出
随着我国经济社会的高速发展，伴随着科技的迅猛进步，提高大学生科学素养的方法有很多，但最直接有效的方式依然是依靠大学教育。近些年，关于科学素养的研究层出不穷，但是专门针对大学化学的研究不多，针对军校大学化学的研究更少。基于军校学员学习大学化学面临的现实问题以及军队发展的趋势，笔者认为开展在大学化学教学中融入化学史案例来提高军校学员科学素养的研究，很有现实意义。
军校学员面临的现实问题? 军校学员与普通大学生相比有其独特的特点，笔者发现学员面对大学化学的学习出现一些问题。
一是由于学员体能训练、淘汰机制以及课业考评压力较大，有学员坚持“唯考试论”，一味功利性地学习。
二是学员基础不同，对于高中有基础的学员而言，大学化学的内容不够深入，他们又不能掌握学习自然科学的方法，不能很好地独自开展深入学习;而对于没有基础的学员，大学化学原理又抽象难懂，他们很容易失去学习兴趣，“一盘棋”的课堂教学很难平衡二者关系。
三是大学化学课程课时较少，学习的内容又大多为物理化学中相关的化学核心理论部分，相对比较枯燥难懂，学员学起来有一定难度。
四是在学习过程中有学员对于化学知识的学习更多停留在机械记忆，不能理解原理，更不会灵活运用，缺少创新精神。
五是过分依赖教材，依赖习题，依赖教员，缺少独立思考和判断的能力，缺少批判的科学精神。
军队建设发展的趋势? 现代战争是包括化学在内的以各种高端技术为基础的战争，可以说未来的战场是高科技的战场，而前沿的技术大多涉及多学科相互交叉、互相融合。化学是自然科学中的一门基础学科，对于学员构建完整的科学知识体系，掌握科学方法，并将所学知识用于解决实战当中遇到的问题，就显得更为重要。本科学员是未来直接面向战场的基层初级指挥官，提高其科学素养，对于提高整个军队现代化水平，实现科技强军、人才强军，建设世界一流军队，实现新时代强军目标，具有深远意义。
3 问题的探讨
本文举例谈一谈在大学化学教学中融入化学史案例，在科学知识、科学方法、情感态度与价值观方面给学员带来的具体影响。
有利于科学知识的学习? 通过史料的学习，让学生拓宽人文知识面，深入理解概念、理论，同时置身其中，感受科学探索的过程，既能提升人文素养，又能更加深刻理解化学是一门实验学科，养成主观愿意获取知识的习惯。
1）结合岗位，利用化学战史提升学习兴趣，做好学习铺垫。针对军校学员，军事发展与学科发展的联系具有实际意义，而战争史总会给学员更亲切的感觉，可以在绪论课中介绍相关内容，在学员学习理论前做好铺垫。如介绍化学战是一种近代战争，1914年6月爆发的第一次世界大战中，德国人为了驱逐深藏在遮掩部的敌人，首先选用氯气作为毒气，做了化学战的始作俑者，这就是世界上首次进行大规模化学攻击的著名的伊普尔毒气战，是现代化学战的开端;1915年9月的卢斯毒气战，标志着第一次世界大战中毒气战的全面展开。
再如日本军队在第二次世界大战中严重违反日内瓦协定，在二战中使用的化学毒剂达九种之多，尤其令人发指的是，日本516部队还曾使用化学毒剂在中国人身上做实验。在整个抗日战争期间，日军的化学战贯穿战争全过程，使用化学武器的地点遍及全国19个省区，用毒高达2000多次。另外，二战之后的“两伊”战争也是化学战的典型案例[3]。可以在绪论课上增加类似内容，提升学员学习兴趣，为课程开展打好铺垫，通过二战时日本的例子可以同时增强学员的爱国情怀。
2）结合教材知识，利用化学史挖掘理论背后的发展历程，增强知识的理解。如在教学道尔顿分压定律时，可以引入化学史，介绍道尔顿生平主要贡献。道尔顿在年轻时就在大气研究方面小有名气，雷打不动每天坚持进行气象观测，坚持了将近30年。对大气各种问题的痴迷与探索引导他去研究气体的物理性质，自己动手制作各种器具，认真地研究大气、水蒸气等多种气体的性质和蒸发、压缩、膨胀等物理现象，还对大气的组成、混合气体的状态、气体在水中的溶解度等问题进行了研究。在此基础上，他提出著名的道尔顿分压定律。这样既可以给枯燥的理论学习增加趣味性，提升学生学习兴趣，也可使学生自己感受科学发现的过程重在日积月累的细心观察与不断努力。
再如在教学化学热力学时，可以引入热力学的发展史：1840年，彼得堡的盖斯提出的人们熟知的盖斯定律奠定了基础，一个化学反应发生所放出或吸收的热量总和，只由初始和终了的状态决定，而与反应的途径完全无关;此后，哥本哈根的汤姆生又系统地研究了许多化学变化的反应热、有机化合物的结构和燃烧热的关系;巴黎的贝特罗还对化学过程进行的方向、作用的强弱与热量的关系等进行了研究;等等，取得的种种研究成果都说明热化学在化学研究中具有重要意义。介绍理论的发展史，提升学员学习科学知识的兴趣，使枯燥的理论变得生动活泼，促进对理论的理解。
有利于科学方法的引导? 掌握科学方法有利于化学知识的学习，同时有助于其他的科学学科学习;但没有一种科学方法是普世的，是一劳永逸的，这也是科学的魅力所在。每一位科学家都在用自己的方法探索科学，学员可以利用化学史的内容去效仿已有科学成就的科学家研究问题的方法，充分感受科学方法在化学研究中的重要性，对于新知识的学习也会有很大帮助。同时，可以将从中学习的科学方法迁移到类似的科学学科的学习以及以后的工作学习当中，真正从科学教育中受益[4]。下面通过举例，就化學史在科学方法引导上的作用进行探讨。
1）归纳与推理。如在教学理想气体状态方程和实际气体状态方程时引入化学史：18世纪末到19世纪初，化学反应的质量守恒定律、定比定律、倍比定律等最早的化学基本定律逐渐被总结和确定;后来随着原子学说的发展，又逐渐提出波义耳马里奥定律、查理—盖-吕萨克定律及阿伏伽德罗定律;后来经过整合总结，由这几个定律推导出理想气体的状态方程[5];范德华又在理想气体的基础进行修正，推理出实际气体的状态方程。借助化学发展进程的历史，向学员展示科学中由特例到共性的归纳的研究方法，每一个定律的提出都建立在大量实验的基础上，也很好地说明化学是一门实验学科。
归纳与推理往往相辅相成，可以在教学稀溶液相关知识时引入化学史。范霍夫将气体分子运动学说发展到液体，用来解释稀薄溶液的各项原理。他在考察了浦菲弗所进行的渗透压的实验结果后发现，溶液的渗透压和气体的气压在性质上有着完全相同的含义，并且在温度或者浓度条件相同的状况下，甚至发现它们的数值都是相等的。现在可以看到渗透压的方程与理想气体状态方程极为相似，范霍夫用处理气体的各种定律来处理液体，后来发展得到难挥发非电解质稀溶液的各项性质。借此启发学员总结科学的方法并学习知识的迁移。
2）类比法。在教学核外电子运动内容的过程中可以引入物理化学史。随着1926年量子力学的创立，改变了人们的时空观念，促进了化学理论的发展。由于电子的波粒二象性，薛定谔类比于宏观物质运动状态方程，根据德布罗意波的思想，在海森堡不确定原理等基础上提出薛定谔方程，描述微观粒子的运动状态，进而引入四个量子数来描述电子，大大方便了人们对于电子的运动的研究。研究看不到、摸不到的微观粒子的问题，经常使用类比的方法进行形象化的解释。
3）建模法。在研究物质结构的过程中可以引入物理化学史。1803年9月，在37岁生日时，道尔顿换算出一批原子的相对质量，并于同年第一次公开阐述了他的原子论。尽管后来发现原子论存在很多错误，但在当时是第一次臆测把原子构建成一种有质量的可测定的物质，成功解释了许多实际问题，比如定比定律等。20世纪初，卢瑟福的行星模型时至今日依然被沿用，虽然现在看来有错误，但在当时确实是研究问题有效的方法，对于化学的发展具有里程碑式的意义。再如在研究化学反应速率的理论中，路易斯的碰撞理论采用的也是构建模型的方法，将气体分子看作是没有内部结构的硬球，而把化学反应看作刚性球体间的有效碰撞。虽然碰撞理论有其局限性，但它的模型更直观、更形象，在今天研究反应速率理论时仍然沿用。
大学化学课程中呈现出的科学方法有很多，需要教员在授课过程中有意识地去引导学员进行理解和体会，而引入化学史，可以通过化学家研究过程的呈现使科学方法更生动，更具说服力。
有利于科学精神的培养? 科学的发展史就是一部人类精神发展的历史，科学精神是科学发展的动力，科学发展也是科技强军的根本保障。科学精神是人们在长期科学研究过程中形成的共同信念、价值标准和行为规范的总称，关于科学精神的内涵，各家理解也是众说纷纭，但笔者认为，对于军校学员最重要的科学精神内涵至少包括四个方面，分别是批判精神、创新精神、协作精神和爱国精神。利用化学史开展教学，对学员情感态度和价值观方面的影响更为直接，在科学精神培养上表现更为突出[6]。
1）批判精神。科学最大的魅力就在于科学的暂时性。不断提出问题，才能进行科学创造。批判和怀疑精神支撑和推动着科学的发展。受传统文化、我国目前的应试教育、大学教育功利化的影响，学员普遍缺少批判精神。可以引入化学史，借助化学家的案例，培养学员的批判精神。如在教学元素周期律这部分知识时，不得不提到门捷列夫，他总结的元素周期表不但在无机化学发展史上具有重要意义，其应用的量变到质变、由简单到复杂的思想在哲学方面也有深刻的影响。在排列元素周期表时，门捷列夫曾大胆提出当时一些公认的原子量是不准确的，比如金、铋等。实践证明，门捷列夫是正确的，元素周期表是正确的。
整个化学的发展过程也是一个不断推翻前人结论的过程。可以在化学绪论课中简要介绍整个化学近代发展史，如化学之父波义耳提出科学的元素的概念，否定了亚里士多德的“四元素”说，把化学确立为科学;18世纪下半叶，拉瓦锡提出燃烧氧化理论，否定了统治人类思想长达100年之久的燃素说，建立了化学燃烧理论。许多化学史的例子可以贯穿整个大学化学的教学过程，化学理论的发展很多都是以质疑其局限性为突破口，不断去完善、创新理论。从绪论开始，教员要鼓励学员大胆提出质疑，不要迷信教材、迷信教员，要有自己独立的思考能力，注重对学员质疑批判意识的培养。
2）创新精神。创新是科学发展的根本动力。只有不断突破前人的理论，才能推动科技发展的车轮向前行驶，而化学发展历史中更不乏富有创新精神的化学家。如在教学溶液电离平衡时引入化学史：1887年，当时还不到30岁的瑞典化学家阿累尼乌斯发现了多数酸碱盐的水溶液不遵守范霍夫之前提出的关于溶液的一般原理，于是另辟蹊径，主要集中精力研究出现反常现象的各种物质的溶液，并通过电学的现象进行圆满解释。法拉第和克劳修斯就都曾有过类似的想法，但阿累尼乌斯在前人基础上创新性地向前走了一步，他也通过大量的实验证明了自己提出的假说的正确性。
再如在教学共价键理论时引入化学史：1916年，路易斯提出共价键理论，可以很好地解决同原子非金属分子的形成，但是不能阐明共价键的本质及特征;1927年，海特勒和伦敦用量子力学解决了为什么电子对可以使两个原子结合在一起;随着量子力学的发展，鲍林和斯莱脱提出经典价键理论，在此基础上又提出杂化轨道理论，但是杂化轨道理论又不能很好地解释分子的空间构型;1940年，西奇维克和鲍威尔率先在总结大量实验事实的基础上提出一种理论模型，后来经由吉来斯皮等人加以发展，逐渐发展为现代的价层电子对互斥理论，配合杂化轨道理论就很好地解决了分子空间构型的问题。由此可以看出，每一种理论的提出都是化学家为了解决现实问题而不断创新突破，各种理论相互配合来解决实际问题，推动学科发展。
3）协作精神。大学化学大部分内容与物理化学有关，在教学化学反应的基本规律时可以介绍物理化学发展史。作为两大自然基础学科，化学和物理学真正走在一起历经了三个阶段：第一个阶段是在拉瓦锡时代;第二个阶段是在本生时代;第三个阶段是从范霍夫时代开始的，这个时期，物理化学已经具备一定的科学体系。1887年，奥斯特瓦尔德在范霍夫协助下，还有德、美、英、俄等国多位专家参加下，创办了标准教科书《物理化学杂志》，这本杂志的正式出版标志着物理化学的正式创建。范霍夫在阿姆斯特丹创建了物理化学学派，同时奥斯特瓦尔德在莱比锡培养了大批相关的专家，可以说奥斯特瓦尔德和范霍夫共享物理化学创建带来的荣誉。在现代科学发展过程中，大多以团队形式进行研究，这种例子也很多，这种团队精神除了在科研上，在学员未来的工作中也有很重要的现实意义。
4）爱国精神。科学没有国界，但科学家有国籍。对于军校学员，培养家国情怀更为重要。化学家也热爱自己的祖国。如在日俄战争时期，门捷列夫70岁生日这一年也是他从事学术和社会活动50周年，很多人来向他表示祝贺。他在致感谢辞时，不讲与自己有关的任何事情，只关心国家正在發生的战争，边讲边哭，甚至还提到自己要上一线参加战斗。再比如，论证了原子—分子学说的意大利化学家康尼扎罗在欧洲革命期间，放弃自己发展良好的化学事业，投身革命，保卫家乡，曾经在战争中担任炮兵指挥员。课程思政也由此可以得到很好的体现。
4 结语
习近平总书记指出：“高校的立身之本在于立德树人。只有培养出一流人才的高校，才能够成为世界一流的大学。”军校的主要目的是为战育人，在军校高等教育过程中，提高学员科学素养是必然趋势。这就需要教员走下权威的“神坛”，创建与学员平等交流的平台，鼓励学员批判性地学习，勇于打破权威，质疑教材，用自己的言传身教去教育学员，用科学的魅力去影响学员。我国胶体化学家、表面化学家和化学教育家傅鹰曾经说过：“化学给人以知识，化学史给人以智慧。”在大学化学教学中，教员需要花费更多的时间和经历来挖掘更多的化学史等素材，结合教学实际，充分利用化学史资源[7]，在保证学员掌握基础知识的基础上，通过化学史案例的引用，有效提高学员面向未来战场的科学素养。
参考文献
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[4]张瑶，徐楠，单长吉，等.试论物理学史对培养大学生科学素养的重要性[J].昭通学院学报，2017（5）：28-31.
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[6]刘迪，刘骞，王永刚.物理化学教学中科学方法的培养[J].广东化工，2019（5）：244-245，134.
[7]叶耀淞.诺贝尔科学奖获得者的科学精神对我国高等教育改革的启示[D].郑州：郑州大学，2010：31-33.
作者：郑舒月，陆军步兵学院基础部，研究方向为大学化学教学（330103）。
