践行STSE理念的德国化学教材特色研究

邓育红+倪娟

摘要：STSE（科学-技术-社会-环境）教育是现代理科教育的重要指导思想。德国中学化学教材《今日化学》在内容选择、案例剖析和方法应用等方面都较好地体现了STSE教育的理念，可资我们的教材编写及教学借鉴。

关键词：德国教材；STSE理念；教材研究

文章编号：1005-6629（2015）11-0092-05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

STSE是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）、环境（Environment）的英文缩写。人类发展的历史实际上是科学、技术、社会和环境相互作用的产物。可持续性发展本质上就是科学、技术、社会和环境的协调发展，最重要的是人必须具有可持续性发展的意识、思想和能力。因此，STSE作为一种科学教育思维模式和价值观在世界各地全面兴起，它不仅关注科学、技术在社会生产、生活中的应用，更要重视和关心环境和环保问题，确保可持续发展。美国《国家科学教育标准》中提出了STSE教育观念。加拿大国家《科学学习目标公共纲要》中明确指出：“基于本纲要的丰富多样的学习经验将给学生提供许多机会进行探索、分析、评价、综合和欣赏，并且理解科学、技术、社会以及将影响他们个人的生活、职业和未来的环境之间的相互作用。”这标志着STSE科学教育范型的建立，即旨在通过科学一技术一社会一环境（STSE）教育学习科学知识，提高公民的科学素养。

理科课程是落实STSE教育理念的重要途径，教材是重要的课程资源，是教师进行教学的范例，更是落实STSE教育思想的关键。本文以德国莱茵兰-普法尔茨州的中等化学教材《今日化学Ⅰ》（Chemie heute-Sekundarbereich Ⅰ）和《今日化学Ⅱ》（chemie heute-SekundarberichⅡ）为蓝本，分析教材内容及编排方式，发掘其中的STSE教育理念，为我们的教材编写和使用提供借鉴和参考。

1 《今日化学》教材中STSE理念的体现

1.1整合社会性知识和学科性知识，综合性强

近年来“整合”已成为基础教育阶段科学课程改革的趋势。整合的目的在于“通过少数大概念来统整学科知识，促进学生参与科学工程实践，实现对重要原理的深入探索，发展学生的整合理解并在其中渗透科学本质教育和STSE教育”。《今日化学》教材有机整合学科性知识和社会性知识，精心组织教材，将学科知识融入其产生的背景以及它在现实社会生活中的应用中加以介绍，兼顾了学科知识的系统性和STSE教育的独立性，避免了知识学习和情感教育两张皮的现象，达到了知识与技能、过程与方法以及情感态度与价值观三维目标的和谐共赢。

德国的化学工业领誉全球，染料、药物更是他们的拳头产品。因此，《今日化学Ⅱ》教材中各以一章的篇幅分别介绍染料和药物。“染料”这一章首先从电子波谱和光的吸收及反射角度介绍物质为什么有颜色；第二节从有机染料的结构和光吸收的角度分析有共轭双键的吸收原理，从而了解染料中发色基团以及影响发色的官能团，并且介绍了视觉过程的化学原理；第三节从靛蓝、胭脂红、胡萝卜素等天然色素的结构、提取方法、应用发展等角度学习染料的知识，并以附录“靛蓝专利”为题，介绍了德国及欧洲的专利制度，包括专利的历史、申请方法、费用及保护期限等，非常详实（如图1）；第四节则是介绍了偶氮类及蒽醌类合成染料，让学生了解重氮化和偶联反应；第五、六节则从染料与纤维之间的键合作用、纺织品的染色工艺等角度展开；最后一节介绍了指示剂色素：常用指示剂的结构、变色原理。

整章内容综合性强，以化学学习及生活生产中实际使用的染料为主线，十分注重对染料结构、发色基团、反应原理及织物与染料的键合情况等化学学科知识的深化，同时有很多科技发展细节，更有大量的物理、生物等其他学科的知识，在内容的深度、广度、综合性方面均达到了一定高度，对学生的学习、生活及未来的职业生涯具有重要的意义。

阿司匹林是一种广泛应用的极具代表性的药物，也是德国科技和产业界的骄傲。《今日化学Ⅱ》最后一章“药物”（其内容结构见图2）中，阿司匹林起了穿针引线的作用。教材首先从石器时代曾用荒诞的“在头上钻孔的手术来治疗难以忍受的头痛”历史事实引入课题，介绍了阿司匹林的发现史、制备方法、常用药物分析方法。在第三节附录“药物动力学”中，也是以阿司匹林为例，详细介绍了药物在生物体内的摄入、分配、降解和排除（见图3），这样让学生了解药物在体内的作用时间，在哪些器官中作用、分解代谢，更直观地理解应按时按量服药、不能滥用药物。在第四节的实验“药物的吸收”中，通过实验观察不同条件下不同制剂阿司匹林的分解时间。“药物”这一章以药物的发现、发展及其运用和药物引发的社会问题为主线，从常用药、毒品、麻醉剂的结构、性质、作用机理、引发的社会问题等多角度深入讨论，将社会性内容与学科性内容天衣无缝地整合起来，让学生在学习和运用化学知识的同时产生社会责任感和风险意识。

1.2选取典型案例，进行深入剖析

能源是现代社会发展的重大问题，由于原子弹爆炸带来的“原罪”、切尔诺贝利核电站爆炸以及日本地震造成的核泄漏等重大事件的影响，是否使用核能—直是欧洲各国艰难的抉择。《今日化学Ⅱ》第一章介绍“原子结构”，在第五节“核裂变”附录“科学家的责任”开篇即指出：原子弹的开发令人难忘地展现了科学家在道德上进退两难的情况下能够提出什么建议。二战中爱因斯坦等科学家敦促罗斯福总统研发原子弹，教材中配有原子弹爆炸后的广岛图片，并指出：原子弹于1945年8月6日摧毁了日本城市广岛。而在1945年8月9日长崎又被摧毁，在这两次轰炸中共有十一万四千人丧命。教材严肃指出：“从那时起科学家在他们的职业所产生的后果中有什么责任的问题，一直引起争论，现在的问题不只是一次世界核大战，还有现代技术的错误使用。”；“爱因斯坦在战后说，如果他早知道德国不能制造原子弹，他就不会过问原子弹的事。”教材摘录了1939年8月爱因斯坦致美国总统罗斯福的信、节选了美国国防部部长1945年6月的Franek关于原子弹问题的报告以及1957年4月德国物理学家反对联邦国防军原子武装的声明（列出了参与的诺贝尔奖获得者等很多科学家的姓名、身份），真实的情境、详细的细节，会促使学生反思历史，严肃认真地对待如何使用科学技术的问题。

科学技术极大地改善了人类的物质和精神生活，但也将人类带入了前所未有的困境：能源短缺、环境恶化、生态危机。《今日化学Ⅰ》第十四章“日常生活和工业上的化学”不讳言化学工业造成的负面影响，在第二节“从硫到硫酸”后接着第三节就是“酸雨一一化学化的难题”，详细地介绍了形成酸雨的形成原因，客观地分析了酸雨的危害。教材分析了引起酸雨的主要物质含量及来源，用直观的图表、具体的数据让学生了解产生污染的原因（见表1和图4）。

教材对于酸雨给森林造成的危害进行了比较客观的介绍：“根据林业情况报道，我们的森林中20%的树木受到损害，有^、认为这是由于酸雨所产生的后果。酸雨使土壤中氢离子的浓度升高，氢离子使重金属离子和铝离子淋洗出来，树木的须根在这些离子的影响下受到毒害，失去了吸收水分以及水中所含有的生命必需的钙离子和镁离子的能力。”这样的分析，比起空泛地说酸雨会使林木枯萎更能引起学生思考，而且也有助于后续的溶解平衡的学习。教材还用文字、数据、化学方程式和工业生产流程图等方式详细介绍脱硫、脱氮的方法以及产生的副产物的用途。最后，用黑体字强调：酸雨是由于二氧化硫和氦氧化物生成的硫酸和硝酸所引起的。化学经由烟道气净化和汽车废气催化剂为有害物质的减少作出了贡献。《今日化学》教材在介绍化工产业的原理及贡献时，正视其造成的环境问题，详细介绍化学在防范和减少环境恶化方面所做的努力。帮助学生做到赞赏化学科学对个人生活和社会的贡献，关注与化学有关的社会热点问题，逐步形成可持续发展的思想。

《今日化学》通过精心挑选与社会生活密切相关的重大问题以及在世界范围内有影响的典型事件，提供较为充分的素材，引导学生进行严肃的分析与深入的研讨，让学生深刻认识到科学技术的双刃剑作用，扬善抑恶是每个人都面临的责任。

1.3重视方法熏陶.注重实践体验

在《今日化学I》教材开篇序文中即明确指出“化学并非只限于专业知识。同样重要的是对获取知识的途径的理解，以及在与化学有关的信息方面进行交流和评价的能力”，并用框图形式明确呈现了化学学习的途径和目的（见图5）。通过直接表述化学学习的目标，体现了STSE教育价值取向：科学和技术是改善社会的工具，是人类文化的一种形式，是个人发展的文化资本。

教材在章节开始前首先安排了多个方法栏目：“安全做实验”、“正确清理废物”、“如何查阅文献”、“如何做笔记”；在教材的第一章第一节安排了如下方法：“正确进行实验”、“正确进行测试”、“自然科学是如何进行工作的；由观察到学说”；在后续教材中又有“正确记录”、“看图与制图”等方法栏目。这样的编排，让学生在学习化学知识的同时了解学习和研究化学的具体方法，体现了知识技能与过程方法的高度统一。

在“原子结构”的第六节“原子能发电站是这样运转的”的化学一检索栏目“核能的问题”中，详细介绍了切尔诺贝利核电站事故及其影响（见图6），并指出周围地区的癌症增多和其他的长期伤害明显可见，但对全欧洲的健康影响只能由长期的统计调查才能知道。对于2000年联邦当局决定有序脱离核能利用的政府结论，教材并不简单认同，在作业中要求：

（1）①探询核电站正常运转时释放出来的放射性是多少。

②切尔诺贝利灾难中抛射到环境中的是哪些核素？

（2）调查支持和反对利用核能的理由，并对它们进行评估。

以作业的形式让学生去尝试解决人们生活中最关心的社会现实问题：核能安全吗？我们应该不应该使用核能？第1题是让学生学会理性地从科学技术角度去分析和解决问题，用事实和数据来说话；第2题鼓励学生深入调研，了解不同人群对涉及现实生活中重大科技问题的主要观点及其理由，学会从正反两方面分析同一个问题，并运用自己所学的知识对这些观点进行评估。

2 《今日化学》教材给我们的启示

纵观德国《今日化学》教材，在基于STSE内容选择、编排上有很多独到之处。它不拘泥于化学学科知识，而是从学生的需要出发，在真实的社会情境中让学生通过体验性学习、实践性学习、研究性学习、设计性学习和反思性学习等多元化的学习途径和方式，学习真实的化学。教材在化学基础知识和基本理论、化学实验、化学技术在生产中的应用、化学对人类生活的影响等各个方面能统筹兼顾、相互联系、相互促进，这与我们新课程提倡的“从生活走进化学，从化学走向社会”的理念是吻合的。

教材重视化学基础知识及其方法技能，让学生通过科学实践来学习化学基本原理，了解科学研究的基本方法，形成科学的世界观。教材注意通过化学科学与技术在应用过程中对环境产生的不良影响等实例，强化学生对科学风险的认识，同时介绍化学科学与技术在净化环境方面中的积极作用，让学生学会全方位多角度分析和认识问题，形成正确的科技伦理观。我国现行主流版本的化学教材，均是将化学与生活、化学与技术、物质结构与性质、化学反应原理、有机化学基础、实验化学分块设计，虽然可以满足不同类别或兴趣的学生的需要，但割断了不同模块之间的有机联系，不利于学生综合素质的培养。

由于不同地区对选修模块的高考要求不同，在功利性的思想指导下，某些省份选择非理工科方向的学生根本接触不到“化学与技术”、“实验化学”的内容，造成了学生知识结构的缺陷和对未来职业发展的制约。建议今后的教材编写中，要强化不同模块、不同学科知识的整合，并且将其融入社会发展的整体背景中。

另外，我国现行教材对于化学科学给人类带来的现实和潜在的危害着墨较少，对科技伦理方面的内容鲜有涉及。建议今后的教材要正视目前我国公众广泛存在的化学恐惧症，对诸如PX项目、三聚氰胺事件等典型案例不回避，可围绕这些问题的化学原理、形成缘由、防范措施等各方面展开学习，让学生通过真实的案例更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系，逐步树立可持续发展的思想。

目前我国教材中对于化学学习和学科研究的方法指导多处于隐性状态，建议今后更明确地给予学生学科学习和研究方法的具体指导，更多地结合人类探索物质及其变化的历史与化学科学发展的趋势，以帮助学生加深对核心概念和科学方法的理解，形成科学的价值观。