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中学化学教学设计的STS分析  

2010-08-15 02:20:20|  分类: 学科类化学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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中学化学教学设计的STS分析

唐雅婷  刘克文

(北京师范大学化学学院 100875)

摘要: STS教育已经成为高中化学课程的一个重要组成部分。本文阐述了STS教育的概念和内涵,并建构了在学科课堂教学中渗透STS教育的基本模型,基于模型对中学化学课堂教学进行了分析。

关键字:中学化学、STS教育、新课程

1993年,国家针对我国中学教育现状颁布了《中国教育改革和发展纲要》,明确指出中小学教育要由“应试教育”转变到全面提高学生素质的轨道,素质教育就此成为基础教育发展的新方向。

然而,我国的传统的教育是一种专业化、系科化的范式,其主要特征是自然科学和社会科学的割裂,科学技术理论与社会实践脱节,导致学生的片面发展和过分专业化。20世纪以来,随着科学的交叉发展,一些边缘学科、综合学科和横断学科的涌现,科学的发展进入了综合化、整体化阶段。传统教育观已不能适应科学高度综合的发展需求,复合型人才的培养是实现科学、技术与社会协调发展的新需求。STS教育就是适应这种需求而诞生的一种新的教育观,它是一种整体论的科学观。

1. STS教育的内涵

STS是“Science,Technology and Society”的英文缩写,于20世纪60年代起源于美国,是世界各国适应现代社会发展需要的教育改革新理念,强调教学与科学、技术、社会发展现状的紧密结合,在培养学生科学素养的同时渗透一定的社会意识教育。STS教育旨在培养公民的综合科学素养,使受教育者在科学知识、科学方法、科学理念、科学精神、科学态度、科学价值观、科学道德、科学思维习惯和行为习惯等方面都能得到发展的基础上,以实现科学、技术与社会之间协调发展。STS教育在素质培养方面要求学生在认识领域、情意领域以及科技领域三个方面均衡发展。它强调参与意识的培养与训练;强调科学、技术、社会兼容;在科学和社会关系上,强调价值取向;在基本理论与实际的关系上,重视从问题出发进行学习。相对与培养高级专业人才而言,STS教育的重点并不在于培养科学家和培养学生的科学研究能力,而是更加注重一般公民所应有的科学、技术与社会综合素质的培养。 [1]因此,在这种意义上说,STS教育本身就是一种普遍的素质教育。

2. STS教育的特点

从STS教育的发展历程来看,STS教育首先是一种新的教育思想和教育理念,然后在这种理念的指导下建立了STS教育学科体系与课程,同时在具体的科学教育中建立了STS教育的方法与模式。至此,STS教育已成为一项新的教育改革运动而在世界范围内得到了推行。我国学者蔡铁权(2003) [2]归纳了STS教育的6个方面特点:(1)多元化:sts教育提倡从不同的文化视角来认识和理解现实世界;(2)开放性:STS教育的内容是与科学、社会环境、科学技术相关,而非封闭的;(3)综合性:STS教育的课程既体现自然学科、社会学科和人文学科在内容上的融合,也体现科学思维和科学理论体系的整合;(4)互动性:STS教育作为一种文化的表现形式,强调科学、技术与社会之间的互动与互因联系。在教学实施中,强调老师与老师、老师与学生、以及学生与学生之间的交流、对话、合作与互动;(5)人本性:STS教育从目标上强调从个体发展出发,实现个人发展与社会需求相统一。在教学上承认个人发展能动性,强调学生在学习中的主动探究和主动参与,在合作中注重个人责任的落实;(6)发展性:STS教育随着科学、技术和社会的不断发展而变化,是一个动态的系统。

3. STS教育目标

教育学者马会端(2002)从3个层次上界定了STS教育目标。第一,STS意识的培养。培养建立起科学的眼光,使学生能以科学的眼光看待科学技术与社会发展中面临的种种问题,从而使自己及社会的利益与科学技术建立直接或间接的联系,树立全新的价值观、发展观和科学观;第二,STS知识的宣传。即,要促进学生对科学、技术和社会相互关系的理解,对STS所涵盖的学科内容有一个系统的把握;第三,STS实践能力的形成。STS实践能力就是运用STS知识,以系统整合的STS思维方式综合分析社会实际问题,协调科学、技术与社会发展中的矛盾的能力。总体来说,过STS教育旨在使学生们能够自觉地、有计划地、科学地观察社会中的种种矛后和问题,并通过科学的分析,探索解决问题的途径和方法。

4. STS教育方法

针对基础教育中的具体教学过程选择一定的STS教育方法很重要。综合中学教育中开展STS教育的有关文献,被广泛采用的STS教育方法,概括起来主要有以下六种:(1)课堂教学中的有机渗透;(2)开展STS专题活动;(3)利用第二课堂开展STS教育;(4)探究性调研与学习;(5) STS信息收集与交流;(6) STS实验探索。在我国目前的基础教育课程体系中,尚没有设立专门的STS教育课程,STS教育只是在具体的科学教育中得以实施,因此,在课堂教学中渗透STS教育是广大中小学教师所广泛运用的一种STS教育方式,也是目前实施STS教育的主要形式。

5. STS教育内容

由于科学、技术与社会之间的相互关系是STS学科体系中的核心内容,因此充分挖掘科学与技术的社会属性,介绍科学知识产生与发展的社会背景,结合具体的STS社会议题、或相关论题实施科学教育,是基础教育过程中贯彻实施STS教育的基础性内容。为此,学者施群芬(2004)[3]归纳了科学教学中可以作为STS教育切入点的内容为:(1)科学史(著名科学家的重要发现、发明过程等);(2)与生产、生活相关并有广泛应用的科学知识;(3)与社会发展有重大关系的科学知识;(4)科学发展的新成就、新进展及前沿问题;(5)与科学技术相关的社会热点问题等。

6. STS教育模式

Aikenhead (1994)针对STS教育的具体教学实施,依据STS在教学内容中的占据比例,从STS教育内容量化的角度提出了具有8个类别构成的STS教育模式 [3](见表1),对于STS教育的具体实施具有十分重要的指导作用。当前在科学课程中STS教育的教学模式主要有“以STS激发学习动机”、“随机加入STS内容”、“刻意加入STS内容”、“以STS内容贯穿单一课程”、“以STS内容传达科学”等较多,并且将两种或者多种模式相结合进行教学。

7.化学新课程与STS教育

教育部于2003年制定的《普通高中化学课程标准(实验稿)》(简称,新课标)提出高中化学课程应该使学生“更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系”,将“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发,帮助学生认识化学与人类生活的密切关系,关注人类面临的与化学相关的社会问题,培养学生的社会责任感、参与意识与决策能力”确定为高中化学课程的基本理念之一。

由此可见,化学新课程开始关注STS,STS教育已经成为高中化学课程的一个重要组成部分,高中化学教育需要转变过去以知识为中心的应试教学模式,需要将STS教育融入到课程当中,突出科学、技术与社会的相互关系,渗透人文精神等。

基于以上对STS的各个方面的综述,可以构建出在科学教育中渗透STS教育的基本模型(如图1所示):即,以学科教育目标与STS教学目标为指导,开发选取基于学科内容的各个方面的STS内容,基于此选择合适的教学方法,确定将学科教学内容与STS教育内容组合的最佳STS教育模式,从而进行课堂教学。

 


教学方法

探究式/问题解决/……



教学内容



教学模式

以STS激发学习动机、随机加入STS内容、刻意加入STS内容、以STS内容贯穿单一课程、以STS内容传达科学等



教学目标



STS教学目标

意识/知识/实践能力



图1 科学课堂渗透STS教育的教学基本模型



学科课堂教学目标

(由教材内容、课标决定)



学科内容

学科内容/STS neirong



STS内容

学科内容/STS neirong


8.对中学化学教学设计的STS分析

课堂教学是基础教育教学的主体构成,是化学教学中最普遍的教学活动。在化学课堂教学中进行合理渗透STS教育的教学设计,不仅可以保证化学STS教育有效而科学地得以实施,也可以避免“一哄而起,胡乱加入STS教育内容”和“置之不理”两个极端现象的发生。基于此,可以以图1所示的模型,来分析渗透STS教育的化学课堂教学。本文以陈欣(2009)[5]的教学设计进行分析,从构建渗透STS教育所需考虑的几个方面进行分析。

教师活动

学生活动

设计意图

STS分析

环节1.金属材料讨论的引出

[引入]前期讨论了Na、Fe,同学们初步感受到了金属与人类的密切关系,今天将继续金属话题的讨论

[展示]金属在历史中的地位

工具的变迁是人类文明进步的标识

石器时代-青铜时代-铁器时代-电子时代

说明“金属推动了人类文明进程”

 

[展示]电子时代金属的重要作用(图片)

三峡大坝钢筋、国家大剧院穹顶钛金属板、飞机铝合金

生活中的铜导线、金属炊具、暖气片

[提问]生活中看到的都是现成的金属制品,这些金属制品是怎么得到的?

[过渡]实际上是将自然界存在的金属、金属化合物通过一定的途径转化为了金属材料,由金属材料进一步加工得到金属制品,本堂课将来重点讨论金属材料的相关内容。

 

环节2:提出讨论材料的主要角度

[过渡]生活中的金属制品很多,不可能一一讨论,老师选了一种大家都熟悉的易拉罐放到课堂进行讨论

[提问]从化学的角度,你想了解或研究构成易拉罐材料的哪些内容?为什么?

 

 

 

 

[总结]总结学生的回答,从教师的角度说明希望研究的内容:

①易拉罐是由什么材料做的?

②为什么一定用这种材料?不可以代替吗?

③这种材料是怎么得到的?

④用这种材料到底好不好?

⑤这种材料是否环保?

[讲解]通过生活经验,我们可以解决第一个问题,易拉罐的主要材料是“铝”

 

环节3:讨论材料性质、性能、用途的相互关系

[展示]易拉罐的由来

[提问]为什么易拉罐的主要成分是铝?

[总结]总结学生回答的角度,先重点讨论与化学相关的内容

①为什么铝制品不容易生锈?

②怎么可以感受到铝表面氧化膜的存在?

给出铝、氧化铝的一些性质(密度、熔点、沸点、颜色),引导学生关注二者熔点的差异

演示实验

①灼烧易拉罐片

②将另一块易拉罐片打磨后再灼烧

总结氧气与铝的反应

[进一步总结]铝本身的性质在一定程度上决定了铝材的性质,而铝材的性质在很大程度上决定了铝材的用途

即性质决定性能、性能决定用途

 

环节4:讨论铝的冶炼

[设问]设问满足上述性质决定性能、性能决定用途的物质,一定可以用作广泛使用的材料吗?

素材1:拿破仑三世宴请宾客

素材2:门捷列夫的铝制奖杯

[提问]问什么早期铝价格昂贵,后期价格下降,可以广泛使用?

给出金属铝价格变化趋势,金属铝不同时期的冶炼方法

总结出目前广泛使用的冶炼方法是电解氧化铝

 

环节5:讨论铝制品的使用注意事项

素材1:世界卫生组织不推荐铝作为易拉罐的主要材料(Al3+的危害)

素材2:铝制品不易用来盛装醋、酸梅汤或碱性的液体

提问 1:易拉罐中的Al3+是怎么来的?

提问2:为什么铝制品不易用来盛装碱液?

 

总结学生实验

总结出铝与酸、碱溶液的反应

[追问]铝要和易拉罐反应,为什么还用铝作为易拉罐的主要材料?

[讲解]真实的易拉罐是铝合金、内层涂有环氧树脂

 

 

环节6:总结讨论易拉罐的角度

[总结]讨论材料问题的角度

主要成分、性质与性能的关系、来源与制备、使用注意事项

[过渡]除此之外还需要考虑材料和可持续发展、与环境保护的关系

 

环节7:讨论易拉罐与环境保护的关系

[介绍]

①介绍易拉罐消耗巨大

美国3亿个每天,耗铝20%

②电解铝耗电大,用回收易拉罐进行铝冶炼可以省电97%

③美国加州的回收易拉罐政策,回收率达到了60%

④注意易拉罐拉环的变化

 

环节8:整堂课总结

①回答最初面对易拉罐想要研究的问题,这些问题与认识材料的角度是一一对应的

②从易拉罐扩展到其他的金属制品和金属材料

 

听讲

 

 

听讲

 

听讲

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

思考

可能的想法:

冶炼得到的,金属制成的,金属材料加工的……

 

 

 

 

 

 

 

 

 

思考

可能的回答:

主体材料、化学性质、物理性质、容易压扁、价格低、环保……

 

听讲

 

 

 

 

 

 

 

听讲

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

思考

学生可能回答:

不易生锈、轻、便宜、容易加工……

 

 

思考:

学生给予初中经验能够答出氧化膜的保护作用

 

 

 

观察实验

 

 

 

听讲

 

 

 

 

 

 

听讲

 

 

 

 

思考:

学生可以意识到需要考虑实际的价格的问题和制造工艺的问题

 

 

 

听讲

 

 

 

 

预测金属铝能够和酸、碱发生反应

 

 

学生实验验证假设,采用的铝由易拉罐提供

2人一组,其中一位同学完成与酸的反应,另一位同学完成与碱溶液的反应

 

 

 

听讲

 

 

 

 

 

听讲

 

 

 

 

 

 

 

 

 

听讲

直接引入新课,继续金属话题的讨论

 

从历史的角度和现代电子时代的角度,阐述金属的重要性,给予大型工程,家庭中使用的金属说明金属与人类的联系非常紧密

 

事实上,在生活中能够看到的一般都是现成的金属制品,在这个地方引导学生考虑金属制品“前身”是什么东西,引出对材料的讨论

 

 

 

 

 

 

 

了解学生对材料问题的了解现状

这时往往对材料没有整体的认识,对材料的认识往往只是集中与某一个具体的角度,或者将材料和具体的物质等同起来

 

通过教师“期望”关注的角度,梳理出本堂课讨论主要问题,同时初步给出讨论材料问题需要考虑的角度

 

 

 

 

从实际应用的角度,逐步引导学生建立物质性质决定材料性能,材料性能决定材料用途

 

 

 

 

 

 

 

通过演示实验,使学生确实感受到铝表面氧化膜的存在,掌握金属铝与氧气的反应

通过对铝性质、铝材性能、铝材料用途关系的梳理,强化物质性质决定材料性能,材料性能决定材料

 

 

 

 

通过事实的材料介绍,凸显材料的实际应用必须考虑材料的冶炼方法和材料的价格,而材料的价格与冶炼方法的难易又存在密切的关系

同时给出金属铝的冶炼方法

 

 

 

 

通过对铝和酸碱的分析,使学生掌握金属与酸、与碱溶液的反应

同时引导学生关注使用材料的注意事项

 

 

 

 

 

呈现真实的易拉罐材料,理论上的分析和实际的真正应用是存在差异的

 

 

以讨论的易拉罐作为具体的案例,帮助学生梳理分析材料应该具有的基本认识角度

 

 

 

 

进一步补充认识材料必须考虑材料的材料与环境的关系,并且培养学生的环保意识

 

 

 

 

 

希望通过对易拉罐的讨论,学生不仅仅是讨论易拉罐,而面对生活中的其他金属制品同样可以进行迁移应用

 

 

 

 

 

STS内容:科学史,

STS教学目标:STS知识、STS意识

STS教育模式:刻意加入

教学贡献:金属在人类历史上的影响。

 

STS内容:与生产、生活相关并有广泛应用的科学知识

STS教学目标:STS意识

STS教育模式:刻意加入

教学贡献:说明金属制品在社会生活的重要地位;引出对金属材料的讨论

 

 

 

 

 

 

 

STS内容:与生产、生活相关并有广泛应用的科学知识

STS教学目标:STS能力/STS知识

STS教育模式:以科学伴随STS内容(接下来的整堂课将以易拉罐的相关STS内容学习铝的相关知识,并构建起学生对金属材料的认识)

教学贡献:以STS内容为载体,整理出本课堂将讨论学习的主要问题,初步构建起学生对材料的整体化学认识视角。

 

 

 

 

 

 

 

 

STS内容:与生产、生活相关并有广泛应用的科学知识

STS教学目标:STS意识

STS教育模式:以科学伴随STS内容

教学贡献:说明易拉罐优越性

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STS内容:科学史

STS教学目标:STS知识、STS意识

STS教育模式:以科学伴随STS内容

教学贡献:引出铝的冶炼方法,渗透冶炼方法对金属制品价格的影响

 

 

 

STS内容:与生产、生活相关并有广泛应用的科学知识

STS教学目标:STS知识、STS意识

STS教育模式:以科学伴随STS内容

教学贡献:完成“金属与酸、与碱溶液的反应”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STS内容:与生产、生活相关并有广泛应用的科学知识

STS教学目标:STS意识

STS教育模式:以科学伴随STS内容

教学贡献:完成“材料使用与环境的关系”问题

 

 

由上面的分析可以看出,这节课的教学主要的STS内容是易拉罐的相关STS内容,包括易拉罐的由来、易拉罐材料选择、易拉罐材料价格的历史变化、世卫组织对易拉罐的态度及当前易拉罐的包装工艺、易拉罐与环境保护等方面的问题,基于这些STS内容本堂课采用“以科学伴随STS内容”的教育模式,整堂课以易拉罐的相关STS内容为载体,以此为情景很好地完成课堂学科教学目标的同时,也很好地实现STS教育目标。本堂课实现的STS教育目标包括STS意识(易拉罐与环境保护的STS内容让学生认识到人类环境可以通过回收得已改善)、STS知识(易拉罐材料——铝价格的历史变化与铝冶炼方法之间的关系这个STS内容,让学生认识到科学技术对社会的重大影响)、STS能力等。

在课堂教学中适当渗透STS教育可以很好地将课堂架构起来,可以促进教学内容的理解,将学科内容与社会生活中的实际问题联系起来,认识到学科具体知识的产生及其价值。因此,结合课堂进行STS教学渗透是一种较为有效的STS教育方式。但在具体实施过程中,要做到合理的渗透与融入,不宜加入太多的STS内容。否则,容易影响学生对课标基本教学内容的理解。

 

注释:

[1] 秦美丽.初中生物课堂中渗透STS教育教学设计及其效果研究[D]. 内蒙古师范大学硕士毕业论文.2008.1

[2] 蔡铁权.STS教育:国际科学教育改革的新理念[J].科学. 2003, 55 (3) : 32-35.

[3] 施群芬,初中科学课程实施STS教育刍议,基础教育研究,2004:20-21

[4] Aikenhead, G S. What is STS Science Teaching [A]. In. Solomon, J.& Aikenhead, G S. (Ed.)STS education: international perspectives on reform [M]. New York: Teachers College Press, 1994.

[5] 陈欣. 金属材料铝. 2009年:http://chem.cersp.com/JXZY/JXJP/GAOZH/200903/6221.html

 

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