上海市科技教师培训课程

上海市科技教师培训课程发达国家科技教育中化学教育理念及实践华东师大课题组王运生2007年9月提纲一、发达国家化学教育的理念的发展与化学科技活动二、发达国家化学科技活动的典型案例一、发达国家化学教育的理念的发展与化学科技活动（一）20世纪60年代以来第一、二次科学课程改革浪潮中的化学教育与化学科技活动（二）20世纪末和21世纪初第三次科学课程改革浪潮中的化学教育与化学科技活动（一）20世纪60年代以来第一、二次科学课程改革浪潮中的化学教育与化学科技活动发达国家化学教育是科学教育的重要部分，100多年来和科学教育一样经历了多次改革的浪潮，在学生中心、学科中心和社会中心的各个端点摇晃，直到20世纪末才开始形成了当代的统一性下的化学教育理念。1802年道尔顿提出原子假说，1811年阿伏加德罗提出分子学说以来，化学一直在原子和分子学说的基础上发展着。1869年门捷列夫所发现元素周期律及元素周期表，使化学从而成为一门有着严密体系的学科化学的传统定义中只强调合成和分析两个方面。这个传统在基础化学教育中至今仍然有着深刻的影响在20世纪30年代的以杜威为代表科学课程改革浪潮中，化学是普通科学的一个重要部分20世纪60年代美国出现了著名的CBA、CHEMStudy等以学科为中心的化学课程CBA《化学键方案》的主要内容第一部分化学变化的本质（1）化学是研究物质的科学；（2）混合物与化学变化；（3）气体、分子和质量第二部分化学体系的电本性（1）电和场；（2）化学变化与能量；（3）物质的电本性第三部分帮助解释体系的模型（1）物质的化学结构与离子结构；（2）分子运动论；（3）温度变化的量；（4）电子、原子和轨道第四部分化学体系的键（1）金属；（2）离子晶体；（3）溶液里的离子第五部分有序、无序和变化（1）自由能与电子转移；（2）浓度和化学反应；（3）酸和碱；（4）世界和化学反应；（5）水CHEMStudy《化学学习计划》的主要内容第一部分化学基本概念（1）化学：一门实验科学；（2）科学模型：原子论；（3）化学反应；（4）气相：分子运动论；（5）液体和固体：物质的凝固；（6）原子结构和周期表第二部分化学反应的宏观现象（1）化学反应中的能量效应：（2）化学反应速度；（3）化学反应中的平衡；（4）溶解平衡；（5）酸和碱；（6）氧化还原反应；（7）化学计算第三部分物质的微观本质（1）为什么我们相信原子的存在：（2）电子和周期表；（3）分子；（4）固体和液体中的化学键第四部分描述化学（1）碳的化合物；（2）卤素；（3）第三周期；（4）第二主族；（5）第四周期的过渡元素；（6）第六和第七周期元素；（7）生物化学；（8）地球、行星和恒星的化学英国纳菲尔德化学（NUFFIELDCHEMISTRY）第一章铁的化合物：无机化学的入门；第二章酒精：有机化学的入门；阅读1碳循环；第三章原子、离子和酸；第四章能和反应；第五章卤素和氧化还原反应；阅读2化学元素的由来；第六章共价键；第七章烃和卤代烃第八章多么快？化学反应速度；阅读3光化学；第九章分子间作用力和溶解性；第十章熵；第十一章多么远？可逆反应；第十二章碳的化合物及它的酸碱性；第十三章氧化还原作用和电化学电池；第十四章天然产物和合成物；阅读4糖尿病；第十五章过渡元素；第十六章有机合成；阅读5药物；第十七章氮化合物；阅读6农业中的硝酸盐第十八章仪器方法美国和英国的第一代的改革科学课程的合理的部分，如强调结构和实验探究这一次的化学课程改革并没有取得成功，存在许多致命的不足，最主要的这些科学课程要求太高，只面向能力较强的学生，而没有适应全体学生的需要，它仅强调了科学本质的一部分，而忽视了科学课程的教育本质。第二代改革科学课程于20世纪60年代末开始迅速发展综合科学课程根据一般的科学概念编写（化学概念：物质不灭、守恒、平衡、能量、化学键及其结构）以科学研究过程和科学研究方法为综合的原则以心理学研究的成果作为综合理科的综合原则强调科学和文化、社会、技术、环境、日常生活之间的关系受STS教育思想影响的化学课程美国的ChemCom英国的SALTERS化学课程。（后面会作详细介绍）以相关性为特征的综合科学课程和STS课程呈现了多样化，这些在80年代末和90年代初的改革化学课程强调的为全体学生的科学课程（SCIENCEFORALL）、加强各学科之间的联系（综合科学课程）、加强科学社会和技术之间的联系（STS）的理念被下一个科学课程的改革浪潮吸收，虽然突出了相关性，但缺乏内在的统一性（例如，综合课程与分科课程的统一；STS与学科结构的统一；全体学生和智优（特长）学生的统一；传授和探究的统一等）（二）20世纪末和21世纪初第三次科学课程改革浪潮中的化学教育和化学科技活动科学课程的改革是一个继承和发展的过程，第三次科学课程改革使各种形式的科学课程得以在科学统一性基础上汇合到一起，形成了一种新的科学课程理念，超越了传统学科之间的相关联系。将科学知识、科学过程和科学文化统一于科学探究，即上升到了全面体现科学的本质和教育的本质相统一的层次，。，以课程标准的形式全面体现了科学的本质和教育的本质的统一美国《国家科学教育标准》的科学素养目标要求（1）统一的科学概念和过程；（2）作为探究的科学；（3）物质科学；（4）生命科学；（5）地球与空间科学；（6）科学与技术；（7）科学的个人和社会视野；（8）科学的历史与本质。英国《国家科学教育标准》的科学素养目标要求科学探究：[科学的想法和证据；科学探究的技能（计划，获得和出示证据，证据的推断，估价）]；生命过程和生命体：[细胞的活动、把人类看作生物体（营养，循环，神经系统，激素，动态平衡，保健）、生物的多样性、分类和遗传（多样性，分类，遗传）、环境中的生命体（适应和竞争）]；物质及其性质：[物质的分类（原子结构）、物质的变化（从生物能源中提取有用的物质）、不同类型的物质（元素周期表，化学反应，化学反应速度，酶作用下的化学反应）]；物理过程：（电和磁、力和运动、波（波的性质，电磁光谱，声和超频音响，地震波）、地球和地球以外（太阳系和宇宙）、能源和能量的传递、放射性。美国科学课程标准中的化学要求主要集中在基本概念和原理，以及与生活、社会的联系；而没有具体的元素化合物的知识对5-8年级的学生：标准认为引入原子和分子的概念为时过早，要从化学特征出发，给出元素和化合物的操作性的定义。对9-12年级的学生标准提出的基本概念和原理为：原子结构，物质的结构和性质，化学反应。在能量守恒与无序的增长、生命系统中的物质、能量和组织等内容中都有涉及化学方面的概念和原理。英国科学课程标准中的化学要求在K3阶段（11岁-14岁）标准在物质及其属性目标中要求学生应当学习：物质的分类，包括固体、液体和气体，元素、化合物和混合物；物质的变化，包括物理变化、地质变化、化学反应；不同类型的物质：包括金属、酸和碱。在K4阶段（15-16岁）的标准要求分成两个层次，第二个层次是在第一层次的基础上再增加部分内容，学生可以根据自己今后发展的方向来选择二、化学教育与化学科技活动的案例（一）美国《社会中的化学》(ChemistryinCommunity,简称ChemCom)课程（二）美国《环境中的化学》(ChemistryinContext,简称CiC)等其它课程（三）英国SALTERS等化学课程（四）美国依靠网络的化学科技活动（五）化学与社会、技术有关的教学内容举例（六）发达国家的化学科技活动的项目和实验举例美国《社会中的化学》(ChemistryinCommunity,简称ChemCom)课程社会中的化学(ChemistryinCommunity,简称ChemCom)是ACS开发最早的一项课程,初版于1988年,到1998年已有第三版问世。ChemCom是一门典型的根据科学、技术和社会紧密联系的理念，注重科学素养培养和探究活动的化学课程被美国科学基金会(NSF)列为大学入学认可课程,并被国际经济合作与发展组织(OECD)列为科学、数学和技术课程改革的案例研究课程,全书共分如下八个单元：（1）人类用水；（2）保护化学资源；（3）石油：用于合成还是燃烧；（4）了解食物（5）世界中的核化学；（6）化学、空气和气候（7）健康：你的风险和选择；（8）化学工业：承诺与挑战单元细纲举例：第一单元：人类用水（水质，水的物理性质和水的组成，鱼死亡的原因，水的净化和治理，综述：鱼的死亡－谁的责任）第七单元：化学与健康（健康－－取决你自己的认识，身体内部的化学，酸、碱和人体化学，人体表面的化学，化学药品对人体的作用和危害）ChemCom的主要特点以社会问题而不是学科知识为线索组织课程内容化学知识的引入本着“需要才知”(Needtoknow)的原则决策(Decisionmaking)活动是ChemCom的另一个重要特点ChemCom的科学素养培养Chiapetta等对ChemCom与科学素养的主题相符程度做过检验。在这个研究中科学素养包括4个主题,即:①作为知识体系的科学;②作为探究方式的科学;③作为思维方式的科学;④科学、技术和社会的相互作用。通过定量分析,他们发现,ChemCom在平衡处理科学素养的4个主题方面,做得最好。ChemCom内容涉及上述4个主题的百分比分别是:26%、43%、1%、30%。ChemCom被认为是当代科学素养教育的典范,在国际科学教育界备受褒扬。但是,在实际使用过程中也遇到不少问题,如有人认为ChemCom只适合低水平或能力差的学生、有些大学拒绝把ChemCom成绩作为入学条件,还有人认为所谓的“决策”活动根本不是科学,等等。我们认为,这些问题有些是课程本身固有的,有些则根源于人们(包括科学教育工作者)的教育观念。研究性活动案例案例一：赞成还是反对？Riverwood地区的居民将通过公民投票决定是否赞成EKS公司在他们附近建立氨产品工厂。如果你是该地居民，你将如何选择?你是怎样决定的?案例二：修复自由女神小姐早在20世纪80年代，自由女神像内部严重的腐蚀就受到了人们的极大关注。修复专家面临着几个问题，这包括：是什么造成自由女神像的损坏，什么损坏能被修复，以及怎样避免进一步的损坏.研究型课题值得我们借鉴的特点案例来源真实，贴近学生生活案例的综合性强课题介绍的有关背景知识比较详细案例具有层次，普适性高借鉴美国化学教材ChemCom中的做法，可把与社会生活密切相关、公众普遍关心的问题作为学生活动的课题，如江、河、湖泊及地下水严重污染问题，“白色污染”问题，社区化工厂利弊问题，近海海域赤潮问题、以及我国许多文物如著名的秦始皇兵马俑、敦煌莫高窟壁画的保护问题等（二）《环境中的化学》(ChemistryinContext,简称CiC)等其它课程《环境中的化学》(ChemistryinContext）是ChemCom的姐妹篇按社会问题来组织课程内容,但它所涉及的化学概念和社会问题比ChemCom复杂十三个单元的内容包括:我们呼吸的空气、保护臭氧层、全球变暖与化学、能量化学与社会、水的困惑、降低酸雨的危险、奥嫩达加湖:案例研究、核裂变之火、交替的能源:未来的燃料、塑料和聚合物的世界、药物设计和分子操纵、营养:关于食物的思考、基因工程:遗传化学ACS在1997年决定为大学一年级的理科专业学生设计一项名为“生物环境中的化学”(ChemistryinaBiologicalContext,简称CBC)ACS为6-8年级的学生设计了一项综合的科学和技术课程,名为FACETS。FACETS的目的在于解释“事物是如何运作的”。科学概念的选择仍是基于“需要才知”的原则。和ChemCom一样,重要的概念以螺旋方式贯彻于各单元。例如,溶解度首先在“沉没的宝船”中介绍,而后在“锈蚀”、“杀虫剂”、“食品添加剂”中进一步发展ACS进行“科学技术和技能”(简称SciTeKS)课程设计。该课程的对象是那些不准备上大学而要直接参加工作的高中生。课程的主题为,汽水制造、秽物处理、植物蔓延、油漆制造、聚合物生产等。（三）