（教育学专业论文）stse教育在中学化学实验教学中的渗透.pdf

s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透中文摘要 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 中文摘要 s t s e 是英文科学( s c i e n c e ) 、技术( t e c h n o l o g y ) 、社会( s o c i e t y ) 和环境( e n v i r o n m e n t ) 的缩写，s t s e 教育是对s t s 教育的延伸，是目前世界科学教 育课程改革与发展的一种新范式。新课程改革强调，要“帮助学生认识化学与人类生 活的密切关系，关注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 识和决策能力 。在实验教学中开展s t s e 教育可以有效实现三维目标。论文选择了 “s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透”为研究课题，通过国内外s t s e 课程的比 较研究，结合中学化学实验教学实践，探索s t s e 教育的有效策略。本课题研究的理 论依据是建构主义、情感教学心理学及行为主义教学理论；提出了s t s e 教育在中学 化学实验中的两个开展途径，一是实验的绿色化研究，如回收再生、控制量、寻找替 代品、开发原子经济反应、改进实验方法；二是实验教学中s t s e 教学的研究，如实 验教学的微型化、生活化、探究化研究。教学实践研究表明，将上述策略运用于化 学实验教学中，可提高学生的环境保护意识。论文成果也为中学化学实验教学中有效 开展s t s e 教育提供了理论依据与实践方法。 关键词：实验教学s t s e 教育教学策略教学实践 作者：薛莹 指导老师：王伟群 a b s t r a c ts t s ee d u c a t i o ni ns e c o n d a r ys c h o o lc h e m i s t r ye x p e r i m e n ti nt h ep e n e t r a t i o n s t s ee d u c a t i o ni ns e c o n d a r ys c h o o lc h e m i s t r ye x p e r i m e n t i nt h ep e n e t r a t i o n a b s t r a c t s t s ei si ne n g l i s hs c i e n c e ( s c i e n c e ) ，t e c h n o l o g y ( t e c h n o l o g y ) ，s o c i a l ( s o c i e t y ) a n dt h e e n v i r o n m e n t ( e n v i r o n m e n t ) o ft 1 1 ea b b r e v i a t i o n , s t s ee d u c a t i o ni sa ne x t e n s i o no fs t se d u c a t i o n , i s t h ew o r l d ss c i e n c ee d u c a t i o nc u r r i c u l u mr e f o r ma n dd e v e l o p m e n to fan e wp a r a d i g m t h en e w c u r r i c u l u mr e f o r me m p h a s i z e dt h en e e dt o ”h e l ps t u d e n t su n d e r s t a n dt h ec h e m i s t r ya n dt h ec l o s e r e l a t i o n s h i po fh u m a nl i f e ，c o n c e r nf a c i n gs o c i a lp r o b l e m sa s s o c i a t e dw i t hc h e m i c a l ，s t u d e n t so fs o c i a l r e s p o n s i b i l i t y , s e n s eo fp a r t i c i p a t i o na n dd e c i s i o n - m a k i n gc a p a c i t y ”i nt h ee x p e r i m e n t a lt e a c h i n gs t s e e d u c a t i o nc a nb ee f f e c t i v e l yc a r r i e do u tt oa c h i e v et h r e eo b j e c t i v e s p a p e rc h o s e ”s t s ee d u c a t i o ni n t e a c h i n gh i g l ls c h o o lc h e m i s t r ye x p e r i m e n tp e n e t r a t i o n ”f o rt h er e s e a r c hp r o j e c t , t h r o u g hd o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lc o m p a r a t i v es t u d yo fs t s ec u r r i c u l u m ，t e a c h i n gh i g hs c h o o lc h e m i s t r ye x p e r i m e n tw i t h p r a c t i c e ，e x p l o r es t s ee d u c a t i o ni sa ne f f e c t i v es t r a t e g y t h er e s e a r c hi sb a s e do nc o n s t r u c t i v i s tt h e o r y , e m o t i o n a la n db e h a v i o r a lp s y c h o l o g yt e a c h i n gt e a c h i n gt h e o r y ；p r o p o s e ds t s ee d u c a t i o ni nh i 【g h s c h o o lc h e m i s t r ye x p e r i m e n tc a r r i e do u ti nt w ow a y s ，f i r s te x p e r i m e n t a ls t u d yo fg r e e n , s u c ha s r e c y c l i n g ，c o n t r o lv o l u m e ，t of i n da l t e r n a t i v e s ，d e v e l o pa t o m i ce c o n o m i cr e a c t i o n s ，t oi m p r o v et h e e x p e r i m e n t a lm e t h o d ；t w oe x p e r i m e n t a l s t u d i e s t e a c h i n gs t s et e a c h i n gi - e s e a r c h ，s u c h a s m i n i a t u r i z a t i o no fe x p e r i m e n t a lt e a c h i n g , l i f e ，a n dt oe x p l o r er e s e a r c h t e a c h i n gp r a c t i c es t u d i e sh a v e s h o w nt h a tt h i ss t r a t e g yw i l lb ea p p l i e dc h e m i s t r ye x p e r i m e n t , c a l li m p r o v es t u d e n t s a w a r e n e s so f e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n t h e s i sr e s u l t sf o rh i g hs c h o o lc h e m i s t r ye x p e r i m e n te f f e c t i v e l yi ns t s e e d u c a t i o np r o v i d e sat h e o r e t i c a lb a s i sa n dp r a c t i c a lm e t h o d s k e yw o r d s ：e x p e r i m e n t a lt e a c h i n g s t s ee d u c a t i o n t e a c h i n gp r a c t i c e t e a c h i n gs t r a t e g i e s w r i t t e n b y ：x u ey m g s u p e r v i s e db y ：w a n gw e i q u n s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 前言 o 1 课题提出的背景 i 上j l 刖吾 o 1 1 高中化学实验教学中渗透s t s e 教育是新课程改革的需求 科学是把“双刃剑 ，在为人们创造物质文明的同时，也带来了能源、材料、环 境、健康等一系列的问题，并严重威胁着人类的生存与发展。化学作为一门中心学科， 它与人类生活、经济发展、科学技术、社会环境等紧密联系。中学化学新课程标准 也明确指出：“化学教学除了激发学生自主学习的热情，使学生体验科学探究的乐趣， 也要教育学生珍惜资源，爱护环境，关注与现代社会有关的化学问题，增强对自然和 社会的责任感。 因此，中学化学教学必须提高公民的科学素养，为社会的可持续发 展尽一份义务。 o 1 2 高中化学实验教学中渗透s t s e 教育是学生个体发展的需求 在实验教学中，实施s t s e 教育有利于三维目标的完成。比如，把化学知识与 s t s e 教育联系起来，让学生感受到化学源自生活也服务于生活，这样更能提高学生 的学习积极性，有利于学生基础知识和基本技能的掌握；在实验中渗透s t s e 教育， 引导学生去观察、分析现象，使学生的思维由感性认识上升到理性认识，又把理性知 识运用到现实问题的解决中，提高他们分析问题、解决问题的能力；在实验中渗透 s t s e 教育，可以引导学生关注社会热点问题，培养他们的社会责任感，对他们的人 生观、价值观、世界观的形成有着重大意义。 0 2 课题研究的意义 在科技飞速发展的今天，社会能源、资源、环境、健康等问题日趋严重，并严重 威胁着人类的生存和发展，为世界可持续发展，s t s e 教育是势在必行的。而化学是 一门以实验为基础的学科，紧密地联系着科学、技术、社会、环境等方面问题，而这 些问题的解决都与化学研究有关化学研究离不开实验，据统计，中学化学教材中约 6 0 的知识是通过实验引入的，因此，在中学化学实验教学中渗透s t s e 教育是非常有 意义的。 l 前言 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 在实验教学中，渗透s t s e 教育也有利于学生三维目标的完成。比如，把化学知 识与s t s e 教育联系起来，让学生感受到化学源自生活也服务于生活，这样更能提高 学生的学习积极性，有利于学生基础知识和基本技能的掌握；在实验中渗透s t s e 教 育，引导学生去观察、分析现象，使学生的思维由感性认识上升到理性认识，又把理 性知识运用到现实问题的解决中，提高他们分析问题、解决问题的能力；在实验中渗 透s t s e 教育，从化学的视角去认识科学、技术、社会和环境方面的有关问题，懂得 运用化学知识和方法去治理环境污染，合理地开发和利用化学资源，增强学生对自然 和社会的责任感，使学生在面临与化学有关的社会问题的挑战时，能做出更理智、科 学的决策。中学生阶段正是接受信息的黄金期，为社会的可持续发展，在中学化学实 验教学中渗透s t s e 教育意义是非常重大的。 o 3 课题研究的方法 本课题研究中，主要采用了文献法、调查问卷法、案例法、访谈法等。 文献法也称历史文献法，就是搜集和分析研究各种现存的有关文献资料，从中选 取信息，以达到某种研究目的的方法。它所要解决的是在大量的文献中选取适用于课 题的资料，并对这些资料做出恰当地分析和使用。通过文献法，建立了本课题的理论 基础，并对目前国际、国内对s t s e 教育的研究有了更深地了解，并确定了本课题的研 究方向。 调查问卷法是以问题的形式系统地记录调查内容的一种印件。问卷可以是表格式、 卡片式或簿记式。高质量的问卷必须具备两个条件，即能将问题传达给被问的人并且 使被问者愿意回答。通过调查问卷，可以真实地了解学生对s t s e 教育的理解，并真实 反馈出教学实践后的成果。 案例法是采取一种很独特的案例型式的教学，通过此种方式，有助于培养和 发展学生主动参与课堂讨论、分析的意识，以提高学生的学习积极性，并完成 本课题的实践工作。 访谈法是指通过访员和受访人面对面地交流来了解受访人的心理和行为的种 基本研究方法。因研究问题的目的或对象的不同，访谈法具有不同的形式。访谈法运 用面比较广，能收集多方面的工作资料，方法简单，易于实施。通过访谈法，可以真 实地了解教学实践后学生对s t s e 教育的把握情况。 2 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 i s t s e 教育的历史和现状 1 s t s e 教育的历史和现状 1 1s t s e 教育的界定 s t s e 是英文科学( s c i e n c e ) 、技术( t e c h n o l o g y ) 、社会( s o c i e t y ) 和环境( e n v i r o n m e n t ) 的缩写，s t s e 教育是对s t s 教育的延伸。由于在发展科技， 生产的同时，也带来了能源，资源，材料，环境，健康等问题，并严重威胁着人类的 生存和发展。在世界可持续发展的经济战略推动下，科学、技术、社会、环境的共同 作用在人类文明的发展过程中起着举足轻重的作用。 s t s e 教育是是当今教育的一种新型的指导思想，其基本精神在于把科学教育和 当前的社会发展、社会生产、社会生活、生存环境等紧密结合，使受教育者关心社会 的发展，激发学生的学习情感，在学习研究中具有强烈的未来意识和参与意识，了解 科学技术及其作用，树立起正确的科学价值观，致力于学好本领并能参与科学技术决 策，成为具有良好科学素养的人才。 1 2 国外研究综述 自2 0 世纪7 0 年代以来，为了适应科技与社会的飞跃式发展和改进科学教育的现 状，诞生了s t s 教育思想。s t s 教育的基本思想在于将科学教育与科技的发展、工 农业的生产、社会生活紧密结合，促进科学知识的掌握与应用，将学生培养成具有良 好素养的人才。但在科技发展的同时，保护人类赖以生存的环境已成为当今社会发展 的重大课题，环境教育也成为公民科学素养的一个重要组成，因此，美国在1 9 9 6 年 颁布的“国家科学教育标准 中提出s t s e 教育观念，随后多数国家在制定课程标准 或教学大纲时将s t s 进一步发展成s t s e 教育思想。 比如，2 0 0 1 年由加拿大大略省教育署审核的高中化学1 l 教材在编写上充分体现 了科学课程标准中s t s e 教育理念，将化学知识体系与科学、技术、社会和环境紧密 联系和融合，通过解决实际问题、活动、调查和分析，使学生在s t s e 情景中应用化 学知识，鼓励学生对影响社会与环境的重要议题做出评价和决策，形成正确价值观和 行为准则。 3 i s t s e 教育的历史和现状s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 再如：新加坡化学课程标准中也明确指出：“要将环境问题和环境保护作为一个 重要内容 ，在2 0 0 0 年出版的ol e v e l 化学教材中也充分体现了这样的教育理念，将 环境问题贯穿整个书本，如大气环境、能源利用、垃圾处理、土壤污染、水体污染、 臭氧空洞等主要问题。 除此之外，像美国、英国等等很多国家在课程标准中也明确提到了s t s e 教育的 理念，在教材的编制中充分体现了环保的思想，注重了科学的可持续发展。综上所述， 当前，s t s e 教育在教学中的实现已经是国际理科教育改革的热点之一。 1 3 国内研究现状 自从s t s 教育思想进入我国后，我国s t s ( e ) 教育研究如浪潮般之势发展，通过 查阅大量文献，发现s t s e 研究主要从三个方面入手，包括s t s e 教育理论研究、s t s e 教育在欧美国家的运用比较借鉴研究、针对s t s e 教育目标所进行的实用功能研究， 特别是实用功能研究中，主要以科学素养调高作为目标、以综合实践活动作为渠道、 以物化生理科教学作为落脚点进行一系列的研究。在相关s t s e 教育的文献中，关于 化学的有3 5 篇，相关高中化学的有1 1 篇，其中涉及实验方面的很少，只有两篇。其 中一篇主要是在实验教学中体现绿色化学的4 r 原则，并将这种理念逐渐渗透到习题 和课外辅导中，作者是吴铃，论文发表在甘肃省化学会第二十五届年会交流论文集上， 时间是2 0 0 7 年1 2 月1 日，论文的题目为“中学化学教学中的绿化尝试 ；另一篇主 要从开展研究型课程、拓展型课程、多媒体手段等方面进行的研究，作者是徐焱，论 文发表在2 0 0 4 年第0 6 期的化学教育上，论文题目为“e p d 项目在中学化学教 育中渗透的必要性及实施策略研究。 在 中学化学新课程标准中也明确指出：“化学教学要激发学生自主学习的热 情，使学生体验科学探究的乐趣，教育学生珍惜资源，爱护环境，关注与现代社会有 关的化学问题，增强对自然和社会的责任感。一在苏教版中学教材中s t s e 教育内容也 有很多体现，先是点缀后以配角的形式贯穿于诸多模块中，现在又以主线的形式存在 于选修模块中，比如集中体现在模块：化学与技术和 化学与生活以及 化学2 专题4 “化学科学与人类文明一中。另外选修6 实验化学课程模块中，将“形成绿 色化学的观念”作为一项重要目标：将“树立绿色化学思想，形成环境保护的意识”单 独作为一条“内容标准”；将“查阅资料：符合绿色化学思想的化工产品的生产”作为 4 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 i s t s e 教育的历史和现状 “活动与探究建议”中的一项学习活动，充分体现了s t s e 教育的思想。 s t s e 教育虽已是国内教育的新热点，但在真实的实践中，很多学校、老师因为 时间紧、任务重，在为数不多的实验教学中，也是传统式的原理、仪器、操作( 多为 粗犷型行为) 、现象、分析等教学方式，很少涉及环保等内容。下面就当前高中化学 实验教学中s t s e 的教育现状，我对江苏省外国语学校2 0 0 9 级高二( 7 ) 、高二( 8 ) 两个班共9 0 名学生做了份调查问卷，发放问卷9 0 份，收回9 0 份，有效问卷9 0 份， 问卷内容见附录1 ，调查结果及统计分析情况如下： 表1 - 1 高中化学实验教学中s t s e 教学现状分析表 题号 a b c d 19 7 8 2 2 2 1 1 1 8 3 3 2 2 1 1 3o 6 6 7 3 3 3 45 6 9 4 4 51 0 0 0 6o 9 4 4 5 6 72 2 2 7 7 8 8 ( 多选题) 4 4 4 8 8 9 2 7 8 4 0 通过数据分析，结论如下： 第1 题：学生几乎不了解何为s t s e 教育。 第2 题：大部分学生比较清楚何为绿色化学，绿色化学是少用或不用有害物质以 及少排或不排放有害物质，就是从源头上控制污染：较少学生概念不清。 第3 题：大部分学生对实验中使用药品的“5 r 原则不清楚，或略知一二，说 明在实验中老师强调甚少，学生的s t s e 教育的真实体验更少。 第4 题：大部分学生对1 - 2 m l 的量比较模糊，说明平时做实验时学生一般都是粗 放型行为，没有药品节约意识，也说明教师在实验教学中没有太强调药品的减量使用。 第5 题：在实验后，所有学生都常规性地把废液倒入水池，说明在实验中教师为 了方便省事，从没有指导学生对废液进行回收再生，没有对学生进行环保教育，所以 学生把废液倒入水池看成一个正常的行为，足见教师本身的s t s e 教育意识非常淡漠。 5 1 s t s e 教育的历史和现状s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 第6 题：从数据分析，说明教师平时在实验教学中，照搬书本实验比较多，较少 从环境的角度对实验进行微型处理或改进。 第7 题：说明多数学生对原子经济反应概念不清，在真实实验中也很少考虑。 第8 题：此题为多选题，大多数学生漏选，在四个选项中，选b 的学生较多， 说明学生在实验中注意了尾气的吸收，但其他三项选择较少，说明在实验教学中，教 师很少指导学生从环保的角度考虑药品的替代、采用微型实验、改进实验等。 总体而言，目前s t s e 教育已经成为国际、国内的热点，但在真实的教学中，教 师、学生对s t s e 教育还是比较模糊、漠视，并在平时的实验教学中环保意识淡薄， 环保行为更是少之又少，实验一般都是粗犷型的，包括药品的取用、废液的处理等等， 实验设计较少考虑环保因素。 6 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 2 理论依据 2 理论依据 s t s e 是科学( s c i e n c e ) 、技术( t e c h n o l o g y ) 、社会( s o c i e t y ) 和环 境( e n v i r o n m e n t ) 的英文缩写，s t s e 教育是是当今教育的一种新型的指导思想，其基 本精神就在于把科学教育和当前的社会发展、生产、生活、环境等紧密结合起来。学 生在已有的生活经验中领会化学知识并运用所学的知识去解决生活中的问题，比如环 保方面，就可以很好地达成知识的建构；另外，通过s t s e 教育，学生可以切身体会 到科学、技术、社会、环境之间的相互影响，可以激发学生的环保意识和社会责任感， 他们在学习研究中就会具有强烈的未来意识和参与意识，在这种积极的情感驱动下也 就决定了他们的行为意识，他们会自觉地养成环保的习惯，在以后的实践研究中，就 能树立起正确的科学价值观，致力于学好本领并能参与科学技术决策，成为具有良好 科学素养的人才。所以，s t s e 教育既是知识教育，也是情感教育，更是一种行为教 育，下面就从建构主义、情感教学心理学、行为主义教学三个理论简单阐释其与s t s e 教育的关系。 2 1 建构主义理论 建构主义理论强调在教学中以学生为中心，利用情境、协作、对话、意义建构等 要素充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神，使学生能有效地实现对所学知识的 意义建构。所谓“情景”即学习活动是在一定的社会文化背景下进行的，而且学习环境 中的情景必须有利于学生对所学内容的意义建构；“协作”即学习者与周围环境的相互 作用，协作发生在学习过程的始终，协作人可以是教师或同学；“对话”即互相交流， 通过对话使每个学生的智慧为整个学习小组所共享；“意义建构”是指把握事物的性 质、规律以及事物之间的联系。因此，“情景”、“协作”、“对话”和“意义建构”是学习 环境中的四大要素。 化学是- j , - j 以实验为基础，以思维为主导，以应用为目的的自然科学。它的知识 体系是通过观察、实验、假说等研究方法，并经实践的检验而建立起来的。化学教学 中不仅要求学生掌握知识的内容及应用，还要掌握其建立过程及研究方法，做到既重 7 2 理论依据 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 知识的传授，又重方法的指导和能力的培养。这就要求教师要充分发挥学生学习的自 主性，引导学生主动去发现问题，收集、分析有关信息和资料，主动构建化学概念规 律，这正是建构主义学习理论的核心。因此，建构主义学习理论为中学化学教学提供 了理论基础。 s t s e 教育是相关科学、技术、社会、环境的内容，很多知识点学生已经有了经 验，这样学习的知识就落在了学生可能的建构区范围之内，也就引起学生可以有意义 的学习。另外，s t s e 教育可以创设良好的学习情景，在实际情境下进行学习，可以 利用生动、直观的形象有效地激发联想，唤醒长期记忆中有关的知识、经验或表象， 从而使学生能利用原有认知结构中的知识和经验去同化当前学到的新知识；如果原有 知识与经验不能同化新知识，则要引起“顺应”过程，即对原有认知结构进行改造与重 组。在实验中渗透s t s e 教育，实验的过程为学生与他人提供了一个对话、沟通的平 台，大家提出不同看法以刺激个体反省思考，在相互质疑辩证的过程中，以种种不同 的方法解决问题，澄清所生的疑虑，逐渐形成正式的科学知识，由整个学习群体共同 完成对所学知识的意义建构。 2 2 情感教学心理学 情感心理学( p s y c h o l o g yo fe m o t i o n ) 是心理学中研究人的情感的一个分 支，主要研究如何消除人类在有外界或自然产生的情绪的紧张，恢复人们健康 健全的人格。传统的教学模式在教学中重理智、轻情感，一切教学活动都为了 分数，以致学生经常陷入题海战术，造成学生厌学等现象。情感教学心理学就 是把教学中很重要的非智能因素情感，放到足够重要的位置上加以考察， 是教育领域中非常具有开拓性的一种教育论。 教学过程中的情感因素对学生的影响非常大，它显著影响学生学习化学的动机。 孔子日：。知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”如果学生喜欢化学老师或喜欢学 化学，他就会不知不觉地在化学上多下功夫、乐此不疲，毅力惊人。 实验教学中渗透s t s e 教育，通过设计、改进、创新微型化、生活化的实验来引 发学生的学习兴趣，激发其潜能，让学生体会成功带来的喜悦感；实验中通过讨论， 同学之间互相取长补短，从而在学习上互相帮助，增进了同学之间的友谊；实验课上 通过动手、动脑、动口，教学组织形式不再是照本宣科，而是生动活泼，既适合学生 8 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 2 理论依据 的心理特点，又符合学生的认知水平，使学生在愉快中学到知识，则能使学生产生喜 欢化学、爱上化学课的思想感情。情感教学心理学是化学教学的一种非常好的催化剂， 将情感教学心理学运用于化学实验教学中，可以达到完善教学目标、增强教学效果、 提高化学教学质量。s t s e 教育不仅是知识的传递，更是一种情感教育，它本身 就是教学目标。 2 3 行为主义教学理论 行为主义教学理论是研究在特定社会文化背景下人的行为活动的理论。2 0 世纪 9 0 年代开始在美国和其他西方国家广泛流行，其主要代表人物是华生、斯金纳。行 为主义理论认为行为的主体、团体和客体以及将三者联系起来的工具、规则和劳动分 工共同构成了行为系统，这个行为系统中包含环境要素。因而以行为理论为基础，将 教学传递的设计、学习环境的设计与学习行为的设计整合在一起，为实验的学习提供 了一个完整的全新的理论框架。 过去，对学习过程最传统的认识是：动机、接受、理解、记忆；而今人们无论对 “教育”还是对“学习 都有了新的认识，更强调“交流 的作用。联合国教科文组 织国际教育标准分类法( 1 9 9 7 年版) 对“教育 进行了重新定义，将“教育是有 组织地和持续不断地传授知识的工作 改为“教育被认为是导致学习的、有组织的及 持续的交流。 在此，学习是指个人在行为、信息、知识、理解、态度、价值观或技 能方面的任何进步与提高。“交流 是涉及两个或更多人之间的信息( 包括消息、思 想、知识、策略等) 转移关系。 实验中渗透s t s e 教育，通过学生的讨论对实验进行改进、探究，使学生的学习 就由一种任务( 问题) 驱动，在教师、学生群体( 包括协作小组) 、教学资源环境之 间通过交流互动过程中完成。这样自然地就把教与学的过程视为一种社会的交往情 境，从而产生一种行为主义教学模式。这种在“做中学 的行为模式可以极大地调动 学生学习化学的热情，加深对知识的理解。s t s e 教育不仅仅是知识的教育，也是 情感的教育，更是行为的教育，因为它的最终目标就是把环保的理念转化为环 保的行动，这也是s t s e 教育的最终目的。 9 3 化学实验教学中渗透s t s e 教育的途径s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 3 化学实验教学中渗透s t s e 教育的途径 3 1 化学实验的绿色化研究 1 9 9 1 年美国化学会提出了“绿色化学 这一术语，绿色化学可以诠释为环境友 好化学，它的核心内涵是在反应过程和化工生产中，尽量减少或彻底清除使用和产生 有害物质。绿色化学实验中提倡五“r ”原则，即拒绝使用危害品( r e j e c t ) ，减量使 用原则( r e d u c e ) ，循环使用原则( r e c y c l e ) ，重新利用原则( r e u s e ) ，再生利用 ( r e g e n e r a t e ) 。具体地说，就是化学试剂、溶剂、催化剂、化学反应、途径、产物、 剂量等绿色化。 化学实验是化学实验教学的基础，化学实验绿色化是化学实验教学中开展s t s e 教育的最基本途径。事实上，中学化学实验中经常涉及有毒有害的化学试剂和药品， 比如氯气、二氧化硫等制备和性质实验等，影响了师生的健康，对环境造成了污染； 有的实验产生的废气、废液、废渣不经任何处理，直接排放，对环境造成了极大影响； 有的实验虽没有涉及有害物质，但所用药品用量过大，造成了很大的浪费。化学实验 绿色化是化学实验教学中的必然趋势。化学实验绿色化的目标，就是选择无污染的物 质，合理设计实验装置，严格控制实验过程，妥善做好实验后处理，使整个实验实现 零污染。 在实验教学中，我们从五个方面开展化学实验绿色化的研究。 3 1 1 回收再生 所谓的回收再生是一种以物资不断循环利用的经济发展模式，目前已经受到全球 的热宠。它是一个可持续发展的战略，可持续发展就是既符合当代人的需求，又不损 害后代人满足其需求能力的发展。回收再生的主要标志是资源能够永远利用，保持良 好的生态环境。 而在化学实验中，也经常会产生许多残渣和废液，若把它们都倒掉的话，既浪费 资源又污染了环境。特别是在中学里，实验产生的“三废 ，几乎不做任何处理，经 常性地倒入垃圾桶或水池。其实这些残渣和废液里有许多可以进行回收再利用的物 i 0 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透3 化学实验教学中渗透s t s e 教育的途径 质，因此，对一些未反应完的药品和反应后的生成物，可以指导学生进行回收再利用。 比如，制取乙烯后留下的废液中含有较浓的硫酸及部分未反应完的乙醇，可收集 起来作实验室洗液之用，可洗涤高锰酸钾残迹、浸除铁锈污迹等功效相当好，还可以 稀释后过滤适当地代替稀硫酸使用；分组实验所得的银镜试管收集起来，制取硝酸银 溶液，所得溶液足够供卤素分组实验使用；从废电线中收集铜，从废电池中收集锌片、 二氧化锰、石墨，从测定硫酸铜晶体结晶水含量实验中回收无水硫酸铜等等；再比如， 化学萃取实验中经常使用多卤代烃( 四氯化碳、三氯甲烷) 、芳香烃等作为反应溶剂， 但是多卤代烃是具有持久性的有机污染物，大多具有致癌、致畸、致突变效应，对人 类健康和环境具有严重的危害，可以采用蒸馏回收；实验中产生的酸液或碱液，若直 接倒入水池，对水质、土壤都造成了很大影响，可以指导学生进行酸碱中和或回收再 生处理等等。在化学实验中进行回收再生既可变废为宝又保护了环境，充分体现了 s t s e 的教育思想。 3 1 2 控制量 在实验中关于药品的量，很多教师依然是“粗放型 行为，对具体的量比较模糊， 甚至有的老师自作主张，盲目加大药品的用量；也有很多学生对液体卜2 m l 的用量只 停留在观念上，对具体的量也很模糊，“凭感觉加料 依然是大多数学生的实际做法， 造成了药品的浪费及环境的污染加重。强调实验中药品用量问题，力求利用最少的实 验药品，获得最佳的实验效果，最大限度的减少废弃物。目前，为控制药品的量，微 型实验是一个不错的方法。不仅节约药品、利于观察，更有利于环境，较好地渗透了 s t s e 的教育思想。 微型化学实验是指在一些专门设计的微型化的仪器、装置中所进行的化学实验， 在不影响实验效果的前提下，将实验用品的用量减少到最低限度。采用微型实验技术， 不仅可以大幅度减少实验费用，而且可以扩大化学实验的覆盖面，提高化学教学质量。 因微型实验仪器可以利用废气物，像青霉素药瓶可做试剂瓶，一次性输液器可做导气 管，装药片的塑料板可以做点滴板等。所以微型实验仪器成本低，试剂用量少，节省 水、电消耗，减少实验过程中给环境带来的污染。许多实验都可以微型化，相应药品 也微量化，排污量大大降低，真正体现实验化学绿色化。 比如：在配制一定物质的量浓度的溶液实验中，将配制的2 o m 0 1 l n a 2 c o 。 3 化学实验教学中渗透s t s e 教育的途径 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 溶液改为1 o m o l l ，这样可以节约很多药品且节省开支，同时也不会改变其实验目 的和要求；在f e 3 + 的检验中，很多学生给出了多种方法，可以加k s c n 溶液、n a o h 溶 液、苯酚溶液、淀粉碘化钾溶液等，若用试管分组实验，不仅浪费药品，而且像苯酚 溶液有毒，对师生健康不利，但采用装药片的塑料板做点滴实验，不仅节约药品，方 便学生近距离观察，而且污染又少，符合s t s e 教育理念；再比如，在一张滤纸的中 心处，滴一滴饱和的溴化钠溶液，待其湿润之后，再滴上一滴氯水，滤纸呈现黄色的 斑点。在呈黄色的斑点处，再滴上一滴碘化钾溶液，滤纸上的斑点颜色变为浅褐色。 在浅褐色的斑点处，再滴一滴淀粉溶液，滤纸上的斑点变为浅蓝色，该系列实验用滤 纸代替了常规的试管，变间歇实验为连续实验，节约了时间、药品，实验现象明显而 又有趣，不象常规实验那么呆板沉闷、浪费药品又污染环境。 3 1 3 寻找替代品 绿色化学的理念在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，从而也就不再 需要考虑废物的处理。遵照绿色化学的理念，从源头上阻止污染，可以根据实验目的， 在能够达到同样教学效果的前提条件下，寻找替代品，尽量用低毒或无毒化学试剂替 代有毒化学试剂。色化学旨在从源头上消除污染，而不是对污染物的处理，所以我们 尽量寻找替代品，来替代化学实验中的一些有污染、有毒的试剂。 比如：在做h ：o ：的分解实验时，我们往往采用m n 0 2 固体作为催化剂，可这种强氧 化剂处理不当会产生环境污染，结合生物上所学酶的知识，尝试用生物活性酶过 氧化氢酶( 猪肝糜即可) 来代替，也取得了明显的实验效果，使用这种催化剂不但可以 提高催化效率，更重要的是对环境不会产生任何的污染。再比如：在萃取操作的演示 实验中，考虑到溴单质的剧毒性，可以将c c l 萃取溴水的实验改为c c l 。萃取碘水， 这样既可以防止因溴蒸气的挥发而造成对学生的危害，也可以减少环境污染。 3 1 4 开发原子经济反应 原子经济性是绿色化学以及化学反应的一个专有名词。绿色化学的“原子经济性” 是指，在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有 原材料尽可能多的转化到最终产物中。 化学反应的“原子经济性”( a t o me c o n o m y ) 概念是绿色化学的核心内容之一，最 早由美国斯坦福大学的b m t r o s t 教授提出，他针对传统上一般仅用经济性来衡量化 1 2 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透3 化学实验教学中渗透s t s e 教育的途径 学工艺是否可行的做法，明确指出应该用一种新的标准来评估化学工艺过程，即选择 性和原子经济性，原子经济性考虑的是在化学反应中究竟有多少原料的原子进入到了 产品之中，这一标准既要求尽可能地节约不可再生资源，又要求最大限度地减少废弃 物排放。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副 产物或废物，实现废物的“零排放”( z e r oe m i s s i o n ) 。“原子经济性”的概念目前也被普 遍承认。b m t r o s t 获得1 9 9 8 年美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖。 原子利用率的定义是目标产物的占反应物总量的百分比。即原子利用率= ( 预期 产物的分子量全部生成物的分子量总和) x 1 0 0 。原子利用率达到1 0 0 的反应有 两个最大的特点：( 1 ) 最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源；( 2 ) 最 大限度地减少了废物排放( “零废物排放”) ，因而最大限度地减少了环境污染，或者 说从源头上消除了由化学反应副产物引起的污染。近年来，开发原子经济性反应已成 为绿色化学研究的热点之一。 比如：以铜、浓硝酸、水、空气为原料，设计实验制取硝酸铜，学生设计方案如 下： 甲同学，用铜与浓州o 。反应，原理为：( 互) c u + 4 h n o 。( 浓) = c u ( n o ，) ：+ 2 n o ：t + 2 h ：0 乙同学，用铜与稀h n 0 3 反应，原理为：( 窑) 3 c u + 8 h n o 。( 稀) = 3 c u ( n 0 3 ) ：+ 2 n of + 4 h ：0 丙同学，用铜与0 2 反应生成c u o ，然后用稀h n 0 3 溶解：2 c u + o ：= 笪妄2 c u o 、 c u o + 2 h n 0 3 = c u ( n 0 3 ) 2 + h 2 0 分析：制备相同物质的量的c u ( n 0 3 ) 。时，消耗各种反应物、生成的污染物的物质 的量和原子利用率见下表： 方案 c u ( n 0 3 ) 2c uh n 0 3n o 。 原子利用率 3 m o l3 m o l1 2 m o i6 m o l1 8 8 ( 1 8 8 + 9 2 + 3 6 ) = 5 9 5 3 m o l 3 m o l 8 m o l 2 m o l ( 1 8 8 x 3 ) ( 1 8 8 x 3 + 6 0 + 7 2 ) = 8 1 3 m o l3 m o l6 m o l0 ( 1 8 8 x 2 ) ( 1 8 8 x 2 + 3 6 ) = 9 1 分析上表可知方案消耗硝酸的量最多，生成的污染物最多，原子利用率最低， 是最差的方案。方案消耗硝酸的量最少，生成的污染物最少，原子利用率最高，是 最佳方案。所以，在实验设计时，教师可以向学生贯彻s t s e 的教育理念，引导学生 1 3 3 化学实验教学中渗透s t s e 教育的途径s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透 进行绿色设计，从始端预防化学污染，尽可能的把反应物的原子全部转化到期望的最 终目标产物中，达到原子利用率1 0 0 。 3 1 5 改进实验方法 我国著名化学家戴安邦先生曾经说过：“化学实验教学是实施全面化学教育的一 种最有效的形式。”化学实验特有的生动性，会使初学学生很感兴趣，但只是层次较 低的感知兴趣和操作兴趣，再加越来越多的验证实验，他们会逐渐感到枯燥乏味。因 此我们必须优化教学设计，改进实验方案，使实验教学与探究学习融合起来，充分发 挥实验的探究功能，不但让学生获得知识，学到技能，而且重视让学生受到科学方法、 科学思维的训练，养成科学精神，使学生对实验保持持久的探究兴趣和创造兴趣。 在平时实验教学过程中，确实也出现了诸多问题，比如：实验现象不明显、实验 安全性不高、实验产生的危害物对环境造成了极大影响等等。根据化学实验的发展方 向：探究型、生活化、微型化，对一些实验做出优化、改进是必须的。 比如：蔗糖与浓硫酸的“黑面包 实验，操作简单、现象明显、易成功，但实验 过程中产生了大量的刺激性有毒气体s 0 2 ，若直接排空，对师生健康、环境都造成了 一定影响，若将此实验进行改进，不仅增强了实验的趣味性，还渗透了s t s e 的教育 思想。改进原理是充分利用二氧化硫易被氢氧化钠溶液吸收的特点；改进步骤是准备 一个5 l 的色拉油桶，将其底部去掉做成塑料罩，一团蘸有浓n a 0 h 溶液的棉花( 置于 表面皿中) 放在2 0 0 m l 的烧杯旁，在2 0 0 m l 的烧杯中放入2 0 克蔗糖，加1 i l l l 水，用 玻璃棒搅拌均匀，然后再加入1 5 m l 浓硫酸，用玻璃棒迅速搅拌，待蔗糖变黑体积开 始膨胀时，插好玻棒，迅速罩上塑料罩。实验现象是蔗糖先由白色逐渐变为褐色继 而变为黑色，体积迅速膨胀，产生大量的自雾，放出大量的热，待有毒气体基本被吸 收尽，打开塑料罩，可观察到疏松多孔的。黑面包 。 3 2 实验教学中s t s e 教学的研究 实验教学中渗透s t s e 教育，通过科学和技术的结合，来建构环保的知识，陶冶 学生环保的情操，并加强学生环保的实践行为，为此，我们从三个方面进行研究。 3 2 1 设计微型化实验，实现化学实验的绿色理念 微型化学实验是1 0 年来国内外迅速发展的一种实验方法和技术。它具有现象明 1 4 s t s e 教育在中学化学实验教学中的渗透3 化学实验教学中渗透s t s e 教育的途径 显，效果良好，节省药品与时间，减少污染，安全，便携等优点，是对常规实验进行 改革而发展起来的化学实验的新方法和新技术。微型化学实验是一种用微小型的仪 器，用尽可能少的试剂来进行实验，试剂量一般为常规实验的1 1 0 0 0 - 1 1 0 。微型化 学实验可以就地取材、因地制宜。微型仪器可以采用原杭州师范学院生产的塑料系列 微型化学实验仪器一套，包括六孔和九孔井穴板、六孔井穴盖、多用滴管、滴管架和 实验箱等；也可以使用身边价廉易得的物品作为替代品，比如青霉素药瓶可以做试剂 瓶，一次性输液器可做导气管，一次性针筒可做反应容器，果冻盒塑料碗可以做水槽 等等。( 如下图所是几种常用微型仪器) 髯 针筒青霉素试剂瓶 一次性输液管 在实验教学中引入微型实验，可以培养学生学习化学的兴趣。鼓励学生利用身边