论化学STSE教育价值及其在习题教学中的渗透

论化学STSE教育价值及其在习题教学中的渗透洋泾中学许焕武二期课改化学新课标特别引人注目的是在化学课程实施要求中，科学（Science）、技术（Technology）、社会与环境（SocietyandEnvironment）(简称STSE)的教育内容明显增加，STSE教育已成为新课程学科教学中的热点问题。正确理解化学新课标中STSE教育目标要求和重视化学新教材编写所发生的变化，充分认识STSE教育的价值和在实现化学课程三维目标中的作用，对有效培养学生科学素养有着十分重要的意义。一、化学STSE教育的价值(一)化学STSE教育是实施新课程教学的热点20世纪70年代起，STS教育（科学，技术和社会）开始成为世界各国教育改革的一个重要方向，其基本理念为：在学科教育中突出科学、技术和社会的相互关系，使学生理解科学技术在社会生产和生活中的应用，增强对科学本质的认识和社会责任感，在真实的技术和社会情境中形成科学知识和科学素质。然而，在社会飞速进步科技迅猛发展的同时，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教育的一个重要组成部分，因此，一些发达国家自上世纪90年代中期相继又提出了STSE教育理念。2001年我国在颁布的《基础教育课程改革纲要（试行）》中明确提出：使学生具有“初步的创新精神、实践能力、科学和人文素养以及环境意识”，“加强化学课程内容与学生生活以及现代社会与科技发展的联系”。2003年教育部颁布的《普通高中化学课程标准（实验）》中也提到：高中化学课程应“有助于学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度，更深刻地认识科学、技术、社会和环境之间的相互关系，逐步建立可持续发展的思想”。化学教学中如何有效地落实STSE教育，并将STSE教育理念转化为真实的实践活动，充分体现其教育价值，是实施新课程化学教学中值得人们重视的热点问题和任务之一。(二)化学STSE教育对实现三维目标的促进作用在化学知识技能教学过程中，应用STSE理念引导学生学习，能够更好地使学生理解化学概念、化学反应原理和规律，掌握有关实验的基础知识和基本技能，重视化学与其他学科之间的联系，能够综合运用相关的知识、技能来分析和解决一些社会生活中人类面临的问题，使化学科学方法教育更为贴近生活、社会和科技发展前沿，有利于促进学科间知识和方法的整合。在过程与方法教学中，开展STSE教育活动是培养学生探究能力的有效途径之一。STSE的教学内容是真实的社会问题或专题情境，STSE多种因素交织在一起，学生可以从自己的经验、价值观、利益观等多维角度来思考问题，能给学生更大的思考空间和更广泛的探究途径，能让学生把文字化、书面化的化学知识与技术、社会和环境等建立起动态的、相互联系的知识结构网络，有利于激发学生的学习兴趣、动机和创新思维。在情感态度价值观的形成中，开展STSE教育可使学生辩证地认识化学科学与技术、社会与环境间的关系，形成正确的科学态度和社会责任感；可使学生理解和掌握解决人与自然、社会可持续发展的方法，培养学生可持续发展的意识以及参与实践的能力，增强热爱家乡和祖国的情感。二、化学STSE教育在习题教学中的渗透现代教学观认为知识可以通过接受学习来获得，而技能方法、情感态度与价值观却难以靠单纯的讲授来形成，它们只能在有效、具体和特定的教学情境中，经过学习主体的亲身体验、内化的活动过程中形成。STSE是一个承载学生自主学习活动的良好平台，在学生熟悉的知识情境中，通过科学探究活动来建构自己的科学知识体系。因此，寻求化学知识与生活、社会和环境的联系，设计有效的STSE课程教学情境，就成为化学课堂教学改革的主要教学策略。现以我市刚刚主办过的“低碳世博”理念和1997年《京都议定书》、2001年《波恩协议》、2009年12月《哥本哈根协议》倡导的减少温室气体排放、使用低碳燃料、降低人均碳排放量等内容为背景，结合笔者曾为校本课程建设、开展迎世博活动编写的原创(选编)和选编习题呈现，以价值认同、问题解决的形式进行教学探讨。(一)以城市生活为背景减排CO2，培养学生社会问题判断力和责任感[例1](选编)汽车是推动人类文明向前跃进的现代社会的产物之一，在给人类运输、出行带来便捷舒适的同时，对自然生态环境的恶化也有难以推卸的责任，城市大气污染，CO2含量增加主要源于工业排放和汽车尾气。设优质汽油为2，2，4，4—四甲基戊烷（空气中氧气的物质的量分数为0.20），试回答下列问题：（1）随烷烃碳原子数的递增，其中氢含量极值趋向为。某人坐在出租车内跟在一辆大卡车后面行驶，判断卡车是以汽油或柴油为燃料的现象是（）。（A）闻尾气气味（B）听发动机的声音（C）观察起动、刹车时尾气烟色（D）观察行驶中尾气烟色（2）设汽油汽化后与空气的体积比值为n，计算汽油充分燃烧时的n(min)值；（3）该比值n增大排出的某有害气体增加，设同时排出温室气体为VL，则气缸中汽油燃烧的反应式为；（4）若比值n减小，则排出的尾气中污染大气的有害气体成分增多的是，有关反应方程式为；（5）从“低碳世博”、环境保护的要求并根据以上问题计算，探究交流，然后举出改进汽车结构的两个方案，写出反应方程式、。STSE教育价值：问题呈现与大都市学生生活密切联系，突出化学学科特点，体现化学学科视角，设计的活动适合学生认识基础和解决问题的能力。有文献报道大城市的空气污染物主要来自工业使用化石燃料的排放和各种机动车辆的排气，尤其是后者约占60%以上。因此通过各种措施改进汽车的燃烧质量和能量的充分利用，降低有害气体排放量控制城市空气污染，是有效使用碳燃料实现低碳世博、低碳经济的内容。在学生问题解决和行为实践过程中，引导他们认识化学和节能减排、环境保护有密切关系的同时，使学生增强能源和环境保护意识，树立人与环境和谐相处、可持续发展的观点，提高科学素养。[答案]（1）0.143，D；（2）n(min)=V(汽油)/V(空气)=V/70V=0.0143；（3）当n＞n(min)，说明O2不足，C9H20不能完全燃烧，并产生污染大气的CO，由生成CO2为VL有：C9H20+(19+V)/2O2→(9-V)CO+VCO2+10H2O。（4）当n＜n(min)，O2过量，汽缸引擎高温O2和N2反应生成NO，即有害气体NO增多，N2+O2高温2NO。（5）①使汽车中的尾气CO、未燃烧的燃料返回燃烧：2CO+O2=2CO2；②在汽车尾气排放系统装置催化转化器：2CO+2NO催化剂N2+2CO2。(二)以CO2资源化为目的介绍新技术，增强学生学科学的兴趣和使命感[例2](2008年高考江苏卷第18题)“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。（1）下列措施中，有利于降低大气中CO2浓度的有（填字母，下同）。a.减少化石燃料的使用b.植树造林，增大植被面积c.采用节能技术d.利用太阳能、风能（2）将CO2转化成有机物可有实现碳循环，例子很多，如：a.6CO2+6H2O光合作用C6H12O6+6O2；b.CO2+3H2催化剂CH3OH+H2Oc.CO2+CH4催化剂CH3COOH；d.2CO2+6H2催化剂CH2=CH2+4H2O以上反应中，最节能的是，原子利用率最高的是。（3）文献报道某课题组利用CO2催化氢化制甲烷的研究过程如图1所示。反应结束后，气体中检测到图1研究过程示意图CH4和H2，滤液中检测到HCOOH，固体中检测到镍粉和Fe3O4。CH4、HCOOH、H2的产量和镍粉用量的关系如图2所示（仅改变镍粉用量，其他条件不变）。研究人员根据实验结果得出结论：HCOOH是CO2转化为CH4的中间体，即CO2IHCOOHIICH4①写出产生H2的反应方程式。②由图可知，镍粉是。a.反应I的催化剂b.反应II的催化剂c.反应I、II的催化剂d.不是催化剂图2曲线图③当镍粉用量从1mmol增加到10mmol，反应速率的变化情况是。a.反应I的速率增加，反应II的速率不变；b.反应I的速率不变，反应II的速率增加；c.反应I、II的速率均不变；d.反应I、II的速率均增加，且反应I的速率增加得快；e.反应I、II的速率均增加，且反应II的速率增加得快；f.反应I的速率减小，反应II的速率增加STSE教育价值：CO2的治理是当前世界性难题。本题以温室气体CO2的控制治理为命题素材，介绍了一系列关于减少CO2排放的措施和新技术，有利于引导学生树立环保人人有责及物质综合利用的意识，能从物质的性质及其转化关系的视角深刻认识“世界上根本不存在垃圾污染物质，只要放置和使用得当”的化学物质价值新理念。本题把最新研究成果“利用CO2催化氢化制CH4”介绍给学生，能使学生了解化学科学研究的前沿，并能感受到这项技术——碳循环，既能解决能源问题，又能解决温室气体排放的社会问题，只要对物质进行合理分类并应用新技术进行处理，就能变废为宝，变危害人类为造福人民，启示学生理解化学科学在解决能源问题、环境问题服务社会所承担的任务和责任，能增强学生学习的兴趣和使命感。[答案]（1）a、b、c、d；（2）a，c；（3）①Fe+4H2O=Fe3O4+4H2；②c；③e。(三)以优化能源结构为目的介绍新技术，培养学生科学探究精神[例3](选编)有机化学工业对煤（见图4）的“气化”是使煤变成清洁能源和综合利用的有效途径之一，主要反应为：C+H2O→CO+H2。甲酸苯异丙酯（F）是生产香料和药物的重要原料。下图是以煤为原料合成甲酸苯异丙酯的路线图（部分反应条件和生成物已略去），其中D的分子式为C9H10O，能发生银镜反应。根据图4中转化关系答下列问题：图3煤的组成结构片（1）写出结构简式：A；D。（2）关于有机物F的说法正确的是（）。a.属芳香族化合物；b.能发生银镜反应；c.1molF最多可以加成4molH2；d.易溶于水（3）B的相邻同系物能与银氨溶液反应，写出反应方程式。（4）“合成气”(CO、H2)除作以上合成有机物的原料外，还可合成多种其它有机物(称为“1—C化学”)，请举一例并写出反应方程式。（5）F有多种同分异构体，其中：图4①属于酯类，且能发生银镜反应；②苯环上的一氯取代物只有两种结构；③分子结构中只有两个甲基。请写出满足上述条件的任意两种同分异构体的结构简式、。STSE教育价值：我国的能源主要是化石类燃料，储量有限且短期不能再生，大量使用会造成环境的严重污染。因此，研制开发新能源和调整优化化石燃料能源结构十分重要。氢能属于二级能源，燃烧热值高，产物是水具有零污染的特点，当以氢原子燃料代替碳原子燃料，可为人类提供丰富的、无限量的绿色生态能源，因此氢能倍受青睐，开发利用已成为21世纪世界性的重大科研课题。从现有能源看，我国是产煤量大国，以煤为主要能源的国家。将煤液化或气化，可提高燃烧效率、又可减排CO2、SO2等有害气体，还可降尘。所以，运用新技术对煤进行加工综合利用，调整优化现有能源结构非常重要。通过以上两例题的练习体验，有利于学生了解化学技术的实际应用，能增强学生对于化学科学技术能解决我国能源问题、环境问题有特殊意义的认识，能帮助学生进一步体会和认识化学所特有的应用价值和魅力，激发学生的科学探究精神和爱国的情感。答案：（1）CH3OH，；（2）a、b、c；（3）CH3CHO+2[Ag(NH3)2]OH水浴加热CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O；（4）在催化剂存在下合成乙酸：CO+CH3O催化剂CH3COOH；（5）；；；（6种组合，任选两种）。