三、高中化学教学面向生活的教学建议

 
 

高中化学课程标准提出了一个新的理念:“人人学习有价值的化学”,从生活走进化学,从化学走向社会。明确要求教师在教学观念和教学方法的选择中,应“揭示化学发生发展的过程,加强化学与其他学科和日常生活的关系”,“要依据教材,又不囿于教材,把学生的知识、经验、生活世界作为重要的课程资源。

1.融合技术素养的培养目标,着眼于学生未来生活和职业的发展

当代科学的内涵发生了深刻的变化,其特点之一就是与技术的高度整合。国际理科教育界关于科学素养的定义不仅包括科学知识、科学方法和科学本质,也包括技术素养在内。技术素养的提出使得我们在处理STS教育有关问题时,不仅从科学的角度出发,而且还从技术的角度来思考、研究和处理问题,比较全面,实践性更强,这样更有利于体现贴近生活、贴近社会的教育理念。

传统的化学课程过分强调从化学工业角度讲述与化学有关的“实用性”技术知识,很少关注深层次的技术思想、技术观念以及技术中的人文内涵,缺乏将化学、技术与社会联系起来的内容。对于我国理科教育现状而言,技术素养是一个新的生长点。21世纪高中化学课程在融合技术素养方面取得了一定突破。《普通高中化学课程标准(实验稿)》中在课程性质上要求学生逐步树立可持续发展的思想、更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系。课程目标则从四个方面对技术素养进行了说明。

表6-1《普通高中化学课程标准(实验稿)》课程目标中与技术素养有关的内容

知识

意识

能力

态度与价值观

重视化学与其他科学之间的联系,能综合运用有关的知识、技能与方法分析和解决一些化学问题。

有将化学知识应用于生产、生活实践的意识。

学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息,并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工。

有参与科技活动的热情,能够对化学有关的社会和生活问题做出合理的判断。

我们必须对高中化学课程在培养学生技术素养的角色进行定位。我国高中化学课程对技术素养的培养应该把着眼点放在引导学生思考化学与技术及社会三者之间关系,形成对社会的责任心和决策力上,理解一些通用概念如系统概念,以及对技术的情感态度与价值观和技术意识上。

内容选择上尽可能地挖掘蕴涵技术素养的化学工业史内容;以一种生活中常见的化工产品为基础从产品用途、产品特性、产品生产的化学原理、产品使用周期(产品的生产、产品的使用、产品的回收)等多方面组织教学内容;选择一些学生日常生活中的技术作为研究对象,来发展他们的观察能力和分析问题的能力。例如比较互相竞争的消费品的各种特征,包括成本、使用便利程度、耐用性和对不同使用方式的适合程度。所研究的产品可取自服装、食品、药物等与化学有关的学生熟悉的事物。选择一些适宜的专题性研究课题,引导学生从化学原理、工业技术、社会效益、经济价值等多方面进行综合研究。尽可能安排一些强调系统设计、成本、风险、效益和利弊权衡的活动。这些活动应尽可能渗透这些问题:新技术是怎么出现的,有什么风险?不用这种新技术存在什么风险?这种新技术会给其他生物物种和环境带来什么危险?在最坏的环境下,会带来哪些问题?谁将对此负责?如何解决和控制这些问题?开发新技术的成本和操作成本是多少?与替代技术的成本进行比较,结果如何?

(1)详细描述工业过程

教师可以通过详细介绍化学工业生产过程中的某个关键设备、产品生产方式等细节内容,并围绕这些细节进行问题设计。

例如对合成氨生产工艺的介绍,学生对合成氨的设备环境和生产条件有了一个比较全面的认识。学生对技术形成一种理解:任何一种产品的生产方式都有其有优缺点,选择哪一种方案还要视具体情况综合权衡而定。学生通过比较分析不同的反应条件,能进一步获得一种选择判断力,并提供给学生应用技术概念的机会,学生除了深刻理解核心概念还要具备先备的化学知识(影响化学平衡移动的因素等),否则是不可能成功完成任务。另外案例中还提到了技术的核心概念“控制”,例如反应条件控制、产品质量控制等等来强调技术的核心概念。它是化学研究人员从事化学研究的重要手段,也是学生进行化学学习活动(实验或进行探究)中经常考虑的事件,同时又是化学工业生产中的关键环节。

(2)以学生熟悉的化学事件编制技术问题

以学生所熟悉的、发生在身边的涉及技术问题的事件为线索,从技术素养的不同角度对事件展开讨论,学生能够对技术与社会之间的关系有一个系统的认识,同时参与讨论与技术有关社会热点问题,增强学生对社会的责任感,并最终形成对技术问题的判断决策能力。

例如:“北京故宫是享誉中外的建筑群。高大的房屋,宽而翘角的屋顶,看上去十分壮观。然而,鸟儿也十分喜欢这些建筑,它们喜欢在宽大的屋檐下面筑巢。当这些鸟儿把泥土杂草等衔上去之后,泥土中的杂草种子就会在屋檐下生长蔓延。结果,屋檐下犹如长了胡子一般,有碍观瞻。由于故宫的建筑结构复杂,用普通的梯子难以攀登。要清除这些杂草,还得搭建脚手架,费时费力。你有什么简便的方法解决这一问题?”案例将真实生活中的热点问题介绍到化学课程中来,引导学生参与讨论。在分析和处理有关信息中获得一种个人见解,最终形成对问题的决策力。案例中故宫的复杂建筑结构为鸟儿栖息提供了去处,增加了建筑本身大自然的情趣。但同时也带来了破坏建筑的潜在威胁。所有这些都向学生展示了问题的多面性。通过班级讨论这样的活动,让学生从给出的提示信息去发现收集更多的数据资料,学生会发现集体讨论是收集数据比较好的方式。培养学生评估技术应用环境和价值的能力,同时学生获得对STSE之间关系的理解力,培养学生对事件、技术之间的进行利弊权衡并对事件处理作出明智决策的能力。

(3)组织有特色的技术设计活动

倡导多样化的活动方式来培养学生的技术素养是高中化学课程的基本目标之一。高中阶段,学生学科知识积累逐渐丰富,认知结构在建构过程中逐渐成型,化学思维模式也逐渐形成,在这一基础上,高中化学提倡“做中学”的理念和“合作式”的学习方式,教学中应设置多种设计活动的课题,例如海报设计、工程草图绘制、实验方案设计等,让学生在动手做的过程中领会知识并获得技术素养。

例如:“我国南海小岛上的驻军要从海水中获得淡水资源。请为驻军设计一种可行的海水淡化方法”这一设计任务对中学生而言是充满诱惑力和挑战性的,学生会因为有机会参与这样有意义的方案设计活动而感到振奋,能够充分发挥每一位学生的创造性和想象力。但考虑到任务的综合性很强,任务需要运用到化学、物理、地理、专业技术等许多学科的内容和知识,这也进一步说明具有技术素养的人应该了解化学工业与社会、环境、经济等其他领域之间的关系的一些观念——解决一个化学工业问题除了需要化学知识外常常要综合物理学、地理学、经济学等其他学科领域的知识。通过这样的设计活动,学生不但可以获得一些关于如何做事的程序性知识:化工设计常常通过工程草图和模型来表达工程设计的思想,同时也培养了学生能通过一些特殊方法如草图、图表、流程图等手段清楚地传达出化学工业中某些有关信息的能力。

(4)通过典型的工业史实融入技术知识和对技术的情感

通过叙述化学技术史上一些具有里程碑意义的事件,让学生理解技术的创意到产品的生产是一个曲折的过程,认识到从专利知识到产品生产其过程并非简单地将知识、理论应用于实践的过程,感受到人类在技术发展道路上付出的艰辛,理解化学家、工业技术专家是如何解决工业中遇到的实际问题的,领会他们在解决技术问题的过程中所表现出的精神气质,增强学生对化工过程的理解,形成对化工专家和化学工业良好的情感态度。

2.关注不同课程模块特点,合理把握“技术”、“生活”模块知识深广度差异

不同的选修课程因其内容组织的线索不同、知识的特征不同,教材在内容的结构上也有差异。有的选修教材(如化学反应原理、物质结构与性质)在必修基础上逐级展开,知识的衔接相对较好;有的选修教材(如化学与生活、化学与技术、实验化学)采用与生活、技术、实验相关的某些主题展开,主题之间相对独立,知识穿插其中,对其来龙去脉难以一一点到,主要以应用知识解释现象为主。因此,在教学过程中,教师应根据“技术”、“生活”两大选修课程的特点、学生的实际水平确定衔接教学的内容,既不能对必要的知识“置之不理”,也不能“顺藤摸瓜”,随意地延伸和扩展知识。

(1)转变知识学习的旧有观念,多维度帮助学生认识知识的应用价值。

从不同视角关注化学知识和化学问题,使化学学以致用。教师应拓宽学生思路,不仅将化学学科内的知识融会贯通,又把化学知识运用于实际,从生活走近化学,又从化学走向社会。

例如:在“硫和氮的氧化物”学习中学会从不同的视角发现问题、分析问题与解决问题:生活视角——空气质量报告中为什么要选择SO2与NO的指数来报告?学科视角——硫和氮的氧化物的性质;社会视角——什么是酸雨?它是怎么形成的?怎样防治空气污染?如何从原料的充分利用、减少污染物的排放等方面考虑工业上制取HNO3、H2SO4的方法?

(2)涉及的化学知识、技能可以在必修化学的学习基础上进一步扩大加深的。

教材中例如明矾的净水作用、硬水的软化、人体中的酸碱平衡等均属于这一类型。它们在必修教材中出现过,但并没有进一步展开,学生对这些概念或原理的认识仅仅处在“知其然,但不知其所以然”的阶段。而学生要真正理解现实情景中的现象或应用,必需是建立在对这些概念和原理的进一步认识的基础之上,这是他们分析现象和处理问题的知识基础。因此,我们在教学中必需把握好这部分内容的教学尺度,在学生已有的知识基础上,对知识作深层拓展。

要引导学生关注化学与社会、生活、环境、材料、科技的密切联系,将原来化学学习中单纯对知识的理解和掌握的旧有观念转移到能力培养和态度形成的新理念上来。例如在学习了氯气对自来水消毒的知识后,可向学生介绍其它新型的杀菌净水剂,如ClO2等,然后提出问题让学生思考①这些物质的杀菌消毒原理是什么?②这些物质用来消毒与氯气相比有哪些优点?③若你是一个科学研究人员,在消毒剂的应用研究上应注意什么(实用性、经济性、环保性)问题?通过许许多多这样的实例,让学生了解化学制剂对人类的贡献,学会从经济的、环境的、社会的等多种因素综合分析、评价选择,而不仅仅是从化学原理这一角度考虑问题。教材中增加了许多阅读材料,其目的也是为了丰富化学知识的应用面,使学生学会从化学的视角去认识科学、技术、社会和生活中的实际问题。

(3)涉及的化学知识、技能在必修化学的学习中未作要求,需要结合模块特点突出它们的应用价值的。

如相似相溶原理、沉淀溶解平衡原理、电离平衡原理。学生在初三和必修课程中积累了学习这些原理的知识基础。例如学生已经学习了化学键,并学会了判断分子的极性,为理解和应用相似相溶原理奠定了基础。而化学平衡移动原理也是学生在必修课程中已经学习掌握的,这为他们学习沉淀溶解平衡原理和电离平衡原理,并用于解释生活中的现象也做好了知识准备。因此,教学中必需充分考虑学生的知识准备,深刻理解这部分内容设计的意图,在教学过程中注意突出知识的应用性,通过问题解决的形式进行教学设计,让学生在学习原理的基础上,体会到化学指导生活,服务生活的重要意义。

(4)涉及的化学知识在初三和高中必修化学中已经学习,难以继续扩大,或是内容本身蕴涵化学知识、技能不多,难以联系的。

如大气、水体、居室空气的污染和防治,金属的腐蚀与防护,玻璃、陶瓷与水泥等生活常见材料,糖、油脂、蛋白质等营养物质的成分与营养作用,合成高分子化合物的类别、合成与应用;生活垃圾的分类处理,材料的物理性能与合理使用等。这类知识在初中或是高中必修教材中已经出现过,并且标准中提出的学习要求并不高,因此可以设计类似于环境考察、环境知识的科学实验、环境知识的研究性学习、环保社团活动等非课堂方式,并结合教师必要的讲授和指导,从而实现教学目标,避免教材内容过多与义务教育化学教材、高中必修化学模块、卫生常识、体育与健康教育、生物学科的交叉重复。

案例

环境考察

实验室环保调查

指导学生对实验室中危险品放置和废液、废渣和废气的处理方式,及其安全操作方法进行调查,掌握初步的有关危险品的环保知识,鼓励学生从调查中发现问题,提出改善措施的建议,参与学校的环境保护。

表6-2 实验室环保调查

序号

处理废物名称

三废类型(废气、废水、固体废弃物)

对环境的主要危害

实验室处理方法简述

处理后的效果

使用时的正确方法

1.
2.
3.
4.
……
你对实验室改进环保措施的建议:

(5)涉及的知识不在中学化学学习要求之中,学生基础不够,难以从化学视角作深度分析的。

例如食物中微量元素与人体健康的关系,维生素的成分性质与营养作用,食品添加剂的成分、作用与合理使用,药物的成分、疗效与合成等。这类知识涉及营养学、有机合成、高分子化学等,基于学生的已有基础,这部分内容无法作进一步的阐释,但从指导学生生活的角度出发可以作为生活性常识向学生作介绍。

3.挖掘实验的教学功能,促进高中生形象思维向抽象思维的转变。

化学实验是进行科学研究的重要手段,是培养学生动手操作能力的有效途径。高中阶段,在化学实验的基础上,学生从具体的形象思维转入抽象的逻辑思维,从而提高理性认识。以贴近生活和发生在身边的化学现象为素材,组织科技实验活动。既培养学生学习化学的兴趣,又使学生感受到化学在国民经济及生活中的实际运用。

例如选取日常生活的素材可进行“鲜果中维生素C的还原性”、“自制肥皂与肥皂的洗涤作用”、“用生活中的材料制作简易电池”、“温度对加酶洗衣粉的洗涤效果的影响”等实验。选取与化学有关的社会问题为实验内容可进行“用氧化还原滴定法或电化学分析法测定污水中的化学耗氧量”、“用淀粉自制吸水材料,并进行模拟保水试验”等实验。

设计实验探究:市售食盐中是否含有碘元素?查阅资料并讨论:减少向大气中排放氢氧化物、二氧化硫的措施;硅及其化合物在信息技术、材料科学等领域的应用;放射性元素、放射性同位素在能源、农业、医疗、考古等方面的应用;铅、碘元素对人体健康的影响。调查:食品中的膨化剂、当地生活垃圾的处理和回收利用情况,并提出改进意见、市场常见的化学电池的种类,讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值。

也可创设一些新的化学实验形式,如“生活化学实验”:香烟烟雾中的毒物测定、温室效应模拟实验、白酒中甲醇的鉴定、酒精燃料块制作实验。