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摘要：以人的需求为基础进行化学创造或发明的“按需設计”是化学推动人类文明进步的重要方式。通过创设“按需设计”的教学情境，渗透化学史中的科学发展观，可以引导学生感受到以人为本的人文情怀和不断探索的科学精神。
关键词：化学史；科学发展观；按需设计；教学情境
文章编号：1008-0546（2017）01-0022-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.006
化学是一门中心的、实用的、展现创造魅力的学科，化学对人类文明的贡献功不可没。用诺贝尔奖获得者、著名有机化学家伍德沃特的话来说，化学家们“在老的自然界旁边又建立起一个新的自然界”，化学的发展史几乎就是一部发明创造史。
化学史中大量的发现或发明，都遵循着按照人类需求而发展的“按需设计”的规律。当世界面临着粮食危机时，哈伯在1909年发明用锇作催化剂的高压合成氨工艺，满足了人类的粮食需求；当人类在与各种传染病激烈抗争时，抗生素应运而生，提高了人类至少25年的平均寿命。“按需设计”是化学推动人类文明进步的重要方式。
“按需设计”体现出化学发展的人文理念——科学发展观。科学发展观是“坚持以人为本，全面、协调、可持续的发展观”，“按需”即“以人为本”，笔者将本文的“科学发展观”界定为“以人为本”的发展观。
在经济飞速发展的当代，环境、能源、食品安全等问题困扰着人们，于是人们将这些问题聚焦在化学上，甚至闻“化”色变。然而“化学不是问题，化学解决问题”，在中学课堂中如何让学生明白这一道理是当务之急。笔者认为在课堂中除了传授系统的化学学科知识之外，还应开发化学人文资源，渗透化学史中的科学发展观，开展学科内涵教育。
“按需设计”的教学情境是化学史中科学发展观的有效载体。笔者有意识地挖掘了部分教学素材中科学发展观的学科内涵并创设了“按需设计”的教学情境，现与大家做如下分享：
案例 1：氯气与漂白剂
[讲述]1774年，舍勒发现了氯气，并且发现氯气能够漂白有色鲜花和绿叶，由此舍勒推断出氯气具有漂白性。
[对比实验]氯气与干燥的红色小花、氯气与湿润的红色小花。
设计意图：以化学史为切口，通过探究实验，引导学生关注氯水的漂白性。
[过渡]氯水中起漂白作用的有效成分是次氯酸。
[学生活动]书写氯气与水反应的化学方程式。
[讲述]次氯酸不仅具有漂白性，还具有强氧化性，能杀菌消毒，1897年英国首次使用氯气给自来水消毒。
[讲述]1785年，法国化学家贝托雷提出将氯水的漂白作用应用于纺织工业，实际应用中，发现放置一段时间的氯水漂白作用明显减弱。
[演示实验]次氯酸的分解。
[学生活动]从氧化还原反应的角度，推导次氯酸分解的产物。
[提问]次氯酸见光易分解，表明次氯酸具有不稳定性，所以久置后氯水的漂白作用减弱，那么如何保证次氯酸的漂白性呢？
设计意图：鉴于次氯酸见光易分解的事实，提出如何改进漂白剂的问题，激发学生的认知兴趣，引起学生“按需设计”的意识。
[讲述]化学家贝托雷偶然情况下把氯气通入草木灰的水溶液中，发现稳定性提高很多。
[视频实验]氯气通入草木灰水溶液后，对其产物进行光照。
[讲述]草木灰是一种碱性的物质，次氯酸是一种酸，二者反应生成了盐，此实验证明次氯酸盐比次氯酸更加稳定。次氯酸钠制备成本较高，限制了以次氯酸钠为有效成分的漂白剂的推广。1789年，英国化学家台耐特把氯气通入石灰乳中，制得现在仍广泛使用的、价格低廉的漂白粉。
设计意图：在“提出需求—按需设计—提出新需求—按需优化”的漂白剂设计过程中，调动学生的探究热情，引导学生感受到“按需设计”在漂白剂发展历史中发挥的重大作用。
案例 2：氨气与氮肥
[设疑]植物生长需要氮肥，空气中有大量的氮气，但植物并不能直接吸收，如何将空气中的氮单质转化为氮肥？
[讲述]1909年哈伯发明合成氨工艺，将氮气转化为氨气，实现人工固氮。氨气是气体，不适宜直接作为氮肥，可制成氨水再使用，如何证明氨气溶于水？
[演示实验]塑料瓶变瘪实验、喷泉实验。
[学生活动]氨气与水反应方程式的书写，氨水性质分析。
[提问]在六七十年代的时候，氨水作为氮肥，曾经广泛地使用于农业生产，不过近些年，却不再被大力推广了。为何氨水不能成为氮肥的主角？
设计意图：氮气—氨气—氨水，从人工固氮讲到早期使用的氮肥，为氮肥的“按需设计”做铺垫。
[讲述]氨水易挥发且加热易分解，不稳定是氨水作为氮肥最大的弊端，于是科学家们将液态的氨水与酸反应转化为固态的铵态氮肥。
[学生活动]氨水与硫酸、硝酸、盐酸反应的化学方程式的书写。
[讲述]早期的铵态氮肥主要是硫酸铵，硫酸铵一度在意大利、英国、日本和印度等国的氮肥生产中所占比例特别高。氨气经过催化氧化可以得到硝酸，硝酸与氨水反应生成硝酸铵，使氮肥工厂避免了运输硫酸的困扰。我国著名实业家侯德榜发明侯氏制碱法后，氯化铵作为侯氏制碱法的副产物，成为我国主要的氮肥来源。
[讲述]农民伯伯在高温天气下施氮肥时，经常会戴着口罩。碳酸铵、氯化铵等固态氮肥在加热条件下会分解。
[学生活动]碳酸铵和氯化铵加热分解反应的化学方程式的书写。
[讲述]无机氮肥不仅加热易分解，高温天损失肥效；而且无法更新土壤有机质，使用频繁后，土壤会出现不同程度的板结。于是有机氮肥——尿素在此背景下得以合成，成为当前使用程度最大的氮肥。 [讲述]全世界每年化学工業的固氮量，只能达到生物固氮量的1/4左右。因此，在不断设计的人工固氮方法中，生物固氮的模拟过程最受人瞩目。当前化学家们围绕固氮酶催化固氮活性中心这一问题展开模拟工作。人们正期待突破性的氮肥品种出现，这将会是继哈伯合成氨工艺后，又一载入史册的转折性的科技成果。
设计意图：通过感受氮肥“按需设计”、不断发展的科学过程，体悟化学家们积极探索的科学品质、甘于奉献的社会情怀和日臻至美的理想信念。
案例 3：原电池与化学电源
[讲述]公元1800年，伏打把含食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中间，堆积成圆柱状，制造出最早的电池——伏打电池。不久后，伏打发现，用任何两种金属代替锌和银都可以产生电流。这种将不同的金属片插入电解质水溶液形成的电池，通称伏打电池。
[提问]伏打电池在使用时，电流电压不稳定。伏打电池的模型是单液原电池，请你分析造成问题的原因，并试着提出问题的解决办法。
[学生活动]得出结论：锌与硫酸铜溶液直接接触，将锌与硫酸铜溶液进行隔离。
[讲述]1836年丹尼尔将铜片和锌片分别浸在硫酸铜溶液和硫酸锌溶液中，用多孔陶瓷将两种溶液隔离，发明了丹尼尔电池。
设计意图：伏打电池和丹尼尔电池在化学电源发展史上有不可估量的地位，与中学化学里讲解的单液原电池和双液原电池有直接关系。学生能够独立参与到电池改进中，切身体会“按需设计”的快感。
[讲述]丹尼尔电池不便于携带和使用，于是科学家们又开始投入电池的设计工作中。1887年，英国科学家赫勒森发明了世界上最早的干电池。干电池的电解液为糊状，不会溢漏，方便携带，获得了广泛应用。
[讲述]当前家电越来越小型，电子产品越来越多功能，人们迫切需要小型化、多功能化的电池，于是人们制造出了纽扣电池。
[过渡]由供电不稳到供电稳定，由不便携带到方便轻盈，由功能单一到功能多样，化学电源的设计越来越完善。但电池使用过后，如若废弃，对环境的污染较为严重。如何保证化学电源的生态环保，成为化学家们的研究课题。
[讲述]可充电的二次电池应运而生，铅蓄电池、镍镉电池等二次电池在生活中屡屡可见；绿色高效的燃料电池大放异彩，氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等清洁电源越来越受到关注。
设计意图：化学电源在化学发展史上是浓墨重彩的一笔，是化学家们贡献给世界的一份厚礼。但化学电源的发展并非一帆风顺，科学家们不断地遇到挑战，不断地取得突破。通过化学电源“按需设计”的学习体验，让学生感受到在实际应用过程中，问题会不停显现，面对问题最佳的态度，应该是积极思考与认真解决。
苏霍姆林斯基曾说：“在人的内心深处，都有一种根深蒂固的需要，那就是希望自己是一个发现者和探索者。”通过融入“按需设计”的教学情境，学生得以在化学的历史海洋中去发现，去探索。发现渗透在化学史中以人为本的人文情怀，发现蕴含在化学史中不断探索的科学精神。发现之余，做一个探索者，不断践行以人为本的科学发展观，为今后化学的进步贡献力量。
参考文献
[1] 王祖浩等.化学案例教学论[M].合肥：安徽教育出版社，2012
[2] 王灿.化学史中的科学发展观——以“化学电源”教学设计为例[J].化学教学， 2014 （8）： 31-34
关键词：化学史；科学发展观；按需设计；教学情境
文章编号：1008-0546（2017）01-0022-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.006
化学是一门中心的、实用的、展现创造魅力的学科，化学对人类文明的贡献功不可没。用诺贝尔奖获得者、著名有机化学家伍德沃特的话来说，化学家们“在老的自然界旁边又建立起一个新的自然界”，化学的发展史几乎就是一部发明创造史。
化学史中大量的发现或发明，都遵循着按照人类需求而发展的“按需设计”的规律。当世界面临着粮食危机时，哈伯在1909年发明用锇作催化剂的高压合成氨工艺，满足了人类的粮食需求；当人类在与各种传染病激烈抗争时，抗生素应运而生，提高了人类至少25年的平均寿命。“按需设计”是化学推动人类文明进步的重要方式。
“按需设计”体现出化学发展的人文理念——科学发展观。科学发展观是“坚持以人为本，全面、协调、可持续的发展观”，“按需”即“以人为本”，笔者将本文的“科学发展观”界定为“以人为本”的发展观。
在经济飞速发展的当代，环境、能源、食品安全等问题困扰着人们，于是人们将这些问题聚焦在化学上，甚至闻“化”色变。然而“化学不是问题，化学解决问题”，在中学课堂中如何让学生明白这一道理是当务之急。笔者认为在课堂中除了传授系统的化学学科知识之外，还应开发化学人文资源，渗透化学史中的科学发展观，开展学科内涵教育。
“按需设计”的教学情境是化学史中科学发展观的有效载体。笔者有意识地挖掘了部分教学素材中科学发展观的学科内涵并创设了“按需设计”的教学情境，现与大家做如下分享：
案例 1：氯气与漂白剂
[讲述]1774年，舍勒发现了氯气，并且发现氯气能够漂白有色鲜花和绿叶，由此舍勒推断出氯气具有漂白性。
[对比实验]氯气与干燥的红色小花、氯气与湿润的红色小花。
设计意图：以化学史为切口，通过探究实验，引导学生关注氯水的漂白性。
[过渡]氯水中起漂白作用的有效成分是次氯酸。
[学生活动]书写氯气与水反应的化学方程式。
[讲述]次氯酸不仅具有漂白性，还具有强氧化性，能杀菌消毒，1897年英国首次使用氯气给自来水消毒。
[讲述]1785年，法国化学家贝托雷提出将氯水的漂白作用应用于纺织工业，实际应用中，发现放置一段时间的氯水漂白作用明显减弱。
[演示实验]次氯酸的分解。
[学生活动]从氧化还原反应的角度，推导次氯酸分解的产物。
[提问]次氯酸见光易分解，表明次氯酸具有不稳定性，所以久置后氯水的漂白作用减弱，那么如何保证次氯酸的漂白性呢？
设计意图：鉴于次氯酸见光易分解的事实，提出如何改进漂白剂的问题，激发学生的认知兴趣，引起学生“按需设计”的意识。
[讲述]化学家贝托雷偶然情况下把氯气通入草木灰的水溶液中，发现稳定性提高很多。
[视频实验]氯气通入草木灰水溶液后，对其产物进行光照。
[讲述]草木灰是一种碱性的物质，次氯酸是一种酸，二者反应生成了盐，此实验证明次氯酸盐比次氯酸更加稳定。次氯酸钠制备成本较高，限制了以次氯酸钠为有效成分的漂白剂的推广。1789年，英国化学家台耐特把氯气通入石灰乳中，制得现在仍广泛使用的、价格低廉的漂白粉。
设计意图：在“提出需求—按需设计—提出新需求—按需优化”的漂白剂设计过程中，调动学生的探究热情，引导学生感受到“按需设计”在漂白剂发展历史中发挥的重大作用。
案例 2：氨气与氮肥
[设疑]植物生长需要氮肥，空气中有大量的氮气，但植物并不能直接吸收，如何将空气中的氮单质转化为氮肥？
[讲述]1909年哈伯发明合成氨工艺，将氮气转化为氨气，实现人工固氮。氨气是气体，不适宜直接作为氮肥，可制成氨水再使用，如何证明氨气溶于水？
[演示实验]塑料瓶变瘪实验、喷泉实验。
[学生活动]氨气与水反应方程式的书写，氨水性质分析。
[提问]在六七十年代的时候，氨水作为氮肥，曾经广泛地使用于农业生产，不过近些年，却不再被大力推广了。为何氨水不能成为氮肥的主角？
设计意图：氮气—氨气—氨水，从人工固氮讲到早期使用的氮肥，为氮肥的“按需设计”做铺垫。
[讲述]氨水易挥发且加热易分解，不稳定是氨水作为氮肥最大的弊端，于是科学家们将液态的氨水与酸反应转化为固态的铵态氮肥。
[学生活动]氨水与硫酸、硝酸、盐酸反应的化学方程式的书写。
[讲述]早期的铵态氮肥主要是硫酸铵，硫酸铵一度在意大利、英国、日本和印度等国的氮肥生产中所占比例特别高。氨气经过催化氧化可以得到硝酸，硝酸与氨水反应生成硝酸铵，使氮肥工厂避免了运输硫酸的困扰。我国著名实业家侯德榜发明侯氏制碱法后，氯化铵作为侯氏制碱法的副产物，成为我国主要的氮肥来源。
[讲述]农民伯伯在高温天气下施氮肥时，经常会戴着口罩。碳酸铵、氯化铵等固态氮肥在加热条件下会分解。
[学生活动]碳酸铵和氯化铵加热分解反应的化学方程式的书写。
[讲述]无机氮肥不仅加热易分解，高温天损失肥效；而且无法更新土壤有机质，使用频繁后，土壤会出现不同程度的板结。于是有机氮肥——尿素在此背景下得以合成，成为当前使用程度最大的氮肥。 [讲述]全世界每年化学工業的固氮量，只能达到生物固氮量的1/4左右。因此，在不断设计的人工固氮方法中，生物固氮的模拟过程最受人瞩目。当前化学家们围绕固氮酶催化固氮活性中心这一问题展开模拟工作。人们正期待突破性的氮肥品种出现，这将会是继哈伯合成氨工艺后，又一载入史册的转折性的科技成果。
设计意图：通过感受氮肥“按需设计”、不断发展的科学过程，体悟化学家们积极探索的科学品质、甘于奉献的社会情怀和日臻至美的理想信念。
案例 3：原电池与化学电源
[讲述]公元1800年，伏打把含食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中间，堆积成圆柱状，制造出最早的电池——伏打电池。不久后，伏打发现，用任何两种金属代替锌和银都可以产生电流。这种将不同的金属片插入电解质水溶液形成的电池，通称伏打电池。
[提问]伏打电池在使用时，电流电压不稳定。伏打电池的模型是单液原电池，请你分析造成问题的原因，并试着提出问题的解决办法。
[学生活动]得出结论：锌与硫酸铜溶液直接接触，将锌与硫酸铜溶液进行隔离。
[讲述]1836年丹尼尔将铜片和锌片分别浸在硫酸铜溶液和硫酸锌溶液中，用多孔陶瓷将两种溶液隔离，发明了丹尼尔电池。
设计意图：伏打电池和丹尼尔电池在化学电源发展史上有不可估量的地位，与中学化学里讲解的单液原电池和双液原电池有直接关系。学生能够独立参与到电池改进中，切身体会“按需设计”的快感。
[讲述]丹尼尔电池不便于携带和使用，于是科学家们又开始投入电池的设计工作中。1887年，英国科学家赫勒森发明了世界上最早的干电池。干电池的电解液为糊状，不会溢漏，方便携带，获得了广泛应用。
[讲述]当前家电越来越小型，电子产品越来越多功能，人们迫切需要小型化、多功能化的电池，于是人们制造出了纽扣电池。
[过渡]由供电不稳到供电稳定，由不便携带到方便轻盈，由功能单一到功能多样，化学电源的设计越来越完善。但电池使用过后，如若废弃，对环境的污染较为严重。如何保证化学电源的生态环保，成为化学家们的研究课题。
[讲述]可充电的二次电池应运而生，铅蓄电池、镍镉电池等二次电池在生活中屡屡可见；绿色高效的燃料电池大放异彩，氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等清洁电源越来越受到关注。
设计意图：化学电源在化学发展史上是浓墨重彩的一笔，是化学家们贡献给世界的一份厚礼。但化学电源的发展并非一帆风顺，科学家们不断地遇到挑战，不断地取得突破。通过化学电源“按需设计”的学习体验，让学生感受到在实际应用过程中，问题会不停显现，面对问题最佳的态度，应该是积极思考与认真解决。
苏霍姆林斯基曾说：“在人的内心深处，都有一种根深蒂固的需要，那就是希望自己是一个发现者和探索者。”通过融入“按需设计”的教学情境，学生得以在化学的历史海洋中去发现，去探索。发现渗透在化学史中以人为本的人文情怀，发现蕴含在化学史中不断探索的科学精神。发现之余，做一个探索者，不断践行以人为本的科学发展观，为今后化学的进步贡献力量。
参考文献
[1] 王祖浩等.化学案例教学论[M].合肥：安徽教育出版社，2012
[2] 王灿.化学史中的科学发展观——以“化学电源”教学设计为例[J].化学教学， 2014 （8）： 31-34