彰显STSE理念的高中化学教学实践与思考？鄢

陈廷俊

摘要：STSE理念强调科学、技术、社会、环境之间的相互关系，重视科学的价值取向和社会效益。在充分研究课程标准与教材的基础上，以彰显STSE理念的“氯气”教学设计为例，提出“通过化学史让学生认识科学研究的方法与过程，通过社会或环境问题让学生认识其背后的科学技术，通过技术创新让学生认识其依据的科学原理”的教学策略。

关键词：氯气；科学；技术；社会；环境

文章编号：1008-0546（2016）08-0044-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.016

STSE 是英文单词 Science、Technology、Society、Environment 的首字母的缩写，即科学、技术、社会、环境之意。STSE 教育的基本理念是将化学知识融入到生产生活的实际应用情境中，让学生了解化学知识的形成与发展过程，了解科学技术在化学发展过程中的作用，认识科学技术对社会与环境产生的影响，加深对人与自然和谐与可持续发展的理解，培养学生正确的价值观和社会责任感，以及社会参与意识和科学决策能力。下面以苏教版《化学1》“氯气”为例，就教学中如何彰显STSE理念，谈谈自己的实践与思考。

一、课程标准与教材对STSE教育的要求

《普通高中化学课程标准（实验）》在课程性质中明确指出“高中化学课程应有利于学生形成科学的自然观和严谨求实的态度，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[1]”。在教科书编写建议中也强调“高中化学教科书内容的选择既要反映出化学科学的社会价值、化学科学对现代科学技术发展的贡献，也要适当反映由于人类不恰当地运用科学技术的成果而产生的负面影响，体现社会发展对化学科学提出的新要求，帮助学生理解科学、技术与社会的和谐发展对人类的重要作用[2]”。对于氯气的教学要求为：通过实验了解氯气及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响[3]，突出化学对生活、社会发展和科技进步的重要作用，渗透绿色化学思想。

苏教版《化学1》氯气[4]的教学内容主要为氯气的生产原理、性质和用途。包括2个“观察与思考”：电解饱和食盐水与氯气性质实验。2个“调查研究”：查阅有关资料，了解人们是如何从海水中获得氯化钠和使用氯化钠的；根据氯碱厂原料和产品的性质，你认为在生产过程中和贮运时应注意哪些问题？氯碱厂应如何选择厂址？有条件的话，参观生产或使用氯气的工厂。“活动与探究”：氯水的性质实验。“化学史话”：氯的发现。“交流讨论”：氯气的制备装置可分为几个部分？各部分所起的作用分别是什么？“拓展视野”：新型灭菌消毒剂——二氧化氯。显然，教材强调化学知识与工业生产实际相结合，要求学生在学习元素化合物知识的同时，关注化学与技术、社会、环境之间的现实问题，形成合理利用资源和可持续发展的观念。

二、彰显STSE理念的教学实践

1. 通过含氯物质的社会应用创设教学情境

氯是维持人体液和电解质平衡所必需的常量元素之一。氯在人体含量平均为1.17g/kg，总量约为82～100g，占体重的0.15%。氯主要以NaCl（细胞外液）、KCl（细胞内液）和HCl（胃酸）的形式存在。人体所需的氯除了主要来源于食物外，还要通过食盐（NaCl）来补充。NaCl广泛存在于海水和盐矿中。氯在化学工业上具有广泛应用。如，有机合成塑料、橡胶、染料、药物等化学物质；生产盐酸、漂白剂、消毒剂；用于饮水消毒、提炼稀有金属等。

通过氯在人体中作用和化工应用的相关图片介绍，让学生了解氯在人体内的不可或缺，认识氯在日常生活和化工生产中的重要作用，激发学生对氯及其化合物的学习兴趣和探究热情。

2. 通过氯气的发现史学习氯气的性质

1774年，瑞典化学家舍勒在从事软锰矿的研究时发现：将软锰矿（MnO2）与浓盐酸混合后加热就会生成一种令人窒息的黄绿色气体。该气体具有强烈刺激性气味，令人的肺部十分难受。而且它能和各种金属发生反应；还能溶于水，其水溶液（氯水）对纸张、蔬菜和花具有永久的漂白作用。1785年，法国化学家贝托雷将氯水露置在阳光下，发现生成了盐酸并放出氧气。他发现氯气溶于草木灰水形成的溶液漂白能力更强。1789年英国化学家台耐特将氯气溶解在石灰乳中制成了漂白作用更稳定的漂白粉[5]。

1809-1811年，盖·吕萨克和台耐特发现盐酸能分解生成氯气和氢气，而不是像贝托雷所说的氯气会分解成盐酸和氧气。此外，他们成功地用氯气和氢气合成盐酸。由于受到拉瓦锡“氧是成酸元素”观点的束缚，虽然没有实验现象表明氯气会分解生成氧气，但是他们仍然认可氯气是“含氧盐酸”。戴维重复了盖·吕萨克的实验，证明盐酸是由氢和氯两种元素组成。他又用氯气分别和锡、磷等物质反应来寻找氯气中含氧的证据，但都没有找到。经过多次实验的反复验证，1810年，戴维依据拉瓦锡对单质的定义“通过当前实验用任何手段都不能分解的物质”，大胆断定氯气其实是一种单质，而不是含有氧的化合物，并根据其颜色命名为Chlorine（中译名为氯气）[6]。修正了拉瓦锡的两个错误：并非有氧气才可燃烧，酸不一定含氧。

根据上述材料引导学生思考：（1）氯气有哪些物理性质？（2）设计实验探究氯气和铜、氢气的反应。（3）设计实验探究氯水的漂白性，氯气和碱的反应。（4）氯气有毒，实验时如何减少氯气对环境的污染？（5）贝托雷将氯水露置在阳光下生成了盐酸和氧气，就认为氯气是“含氧盐酸”，产生错误认识的原因是什么？

学生通过思考交流、小组讨论，考虑氯气的毒性，形成下列实验方案：

（1）探究氯气和水的反应。将氯水分别滴加到紫色石蕊试液、AgNO3溶液（加入少量稀硝酸），观察实验现象。

（2）探究氯气和铜、氢气的反应。用坩埚钳夹住一束细铜丝，灼热后立即放入盛有氯气的集气瓶中；在空气中点燃氢气，然后将导管缓缓伸入盛满氯气的集气瓶中，观察实验现象。

（3）探究氯水的漂白性。将干燥的有色布条和湿润的有色布条分别放入两瓶干燥的氯气中，观察实验现象。

（4）探究氯气和碱的反应。在实验（3）的两集气瓶中分别加入氢氧化钠溶液和澄清的石灰水，振荡，观察实验现象，写出反应的化学方程式。

经过实验探究，学生认识到实验中使用有毒物质的操作注意事项，掌握了氯气和水的反应，氯气和金属与非金属的反应，氯水的漂白性，氯气和碱的反应。明白氯气本身没有漂白性，氯气和水反应生成的次氯酸有漂白性。这也回答了“含氧盐酸”错误的原因，贝托雷没有发现氯气和水发生反应，且生成的次氯酸在光照条件下能分解为盐酸和氧气。

3.通过氯气的制备认识技术对科学发展的作用

教学中要结合舍勒发现氯气的“化学史话”引导学生分析其反应原理和实验药品，完成实验仪器的选择和组装实验装置，讨论实验步骤和注意事项。在此基础上，让学生思考：（1）舍勒制备氯气的方法至今还是实验室制取氯气的主要方法之一，说明什么？（2）工业生产如何制备氯气？然后，让学生按如图装置进行下列实验探究：

（1）通电一段时间后，将小试管套在a管上，收集U形管左端产生的气体。2min后，提起小试管，并迅速用拇指堵住试管口，移近点燃的酒精灯，松开拇指，检验收集到的气体。

（2）另取一支小试管，用向上排空气法收集从b管导出的气体，观察收集到的气体的颜色。

（3）关闭电源，打开U形管左端的橡皮塞，向溶液中滴加1-2滴酚酞溶液，观察溶液的颜色。

通过实验探究，学生知道电解饱和食盐水可以得到黄绿色的氯气，同时生成氢气和氢氧化钠，反应的化学方程式为：

2NaCl+2H2O■2NaOH+H2↑+Cl2↑。

从舍勒发现MnO2与浓盐酸加热制备氯气到工业电解饱和食盐水制备氯气，这一过程充分体现了科学的探索性与技术的发展性。1799年意大利物理学家伏打发明了将化学能转化为电能的电池，1800年英国的尼科尔逊和卡里斯尔采用伏打电池电解水获得成功，使人们认识到可以将电用于化学研究。在他们的影响下，许多科学家纷纷用电做各种实验。戴维也正是通过电解法，在1807-1808年发现了钾、钠、镁、钙、锶、钡等元素[7]。19世纪初，已经提出电解食盐水制取氯气和烧碱；但直到19世纪末，大功率直流发电机研制成功，才使该法得以工业化。第一个制氯的工厂于1890年在德国建成，1893年在美国纽约建成第一个电解食盐水制取氯气和氢氧化钠的工厂。我国最早的氯碱工厂是1930年投产的上海天原电化厂（现上海天原化工厂的前身）。目前，我国的氯碱工业主要采用隔膜法和离子膜交换法两种生产工艺，引导学生思考讨论隔膜法电解饱和食盐水的原理、装置和电极反应等。

4. 通过氯气泄漏的处理认识化工产品对环境的影响

工业生产通常在加压条件下，将氯气转化为液氯储存于草绿色钢瓶中，瓶身用白字标明氯气，便于运输和使用。氯气是一种有毒气体，氯气生产和贮存运输过程中发生泄漏事故的事情时有发生，不仅给人们的生命安全和财产造成巨大的威胁和损失，而且直接影响正常的生产、生活秩序和社会安全。如，1991年5月6日，美国内华达州氯碱厂氯气泄漏，造成55人中毒住院，并且约1.5万居民外出避难。2004年4月16日，重庆天原化工总厂发生氯气泄漏和爆炸事故，造成死亡失踪9人，15万人紧急疏散撤离。2005年3月29日，京沪高速公路淮安段液氯泄漏事故造成27人死亡，约1万人疏散转移。根据这些材料，播放相关照片和视频，引导学生结合氯气的性质，通过不同的社会角色来思考：一旦发生氯气泄漏，如何应对？

通过观看照片和视频，经过交流讨论，学生提出了许多处理方法。如，政府官员要成立指挥部，紧急抢救人命，全力阻止氯气扩散，设置警戒线，组织人员疏散转移，分析险情，科学正确部署力量等。消防干警要穿防化服进入现场抢救患者，排除危险源，及时转移疏散群众；用高压水枪向空中喷洒含碱性物质的水溶液；检疫人员要检查氯气浓度、水源和食物等是否被污染。市民发现氯气泄漏险情后，要立即向公安和消防部门报告；赶紧用湿毛巾捂住鼻子和眼睛，向上风方向或者高处跑。这样，将知识的学习寓于事件的应急处理中，学生不仅掌握了科学知识，也学习了公共事件的应急处理方法。

5. 通过氯气的应用性作业加深对STSE理念的理解

氯气是一种重要的化工原料，涉及氯气生产和生活中实际应用的知识很多。可以将这些知识设计成下列作业：

（1）氯气是一种有毒气体，但可用于自来水的杀菌消毒。你如何看待这个问题？参观自来水厂，了解现在自来水厂所用的消毒剂并比较其优劣。

（2）买一袋漂白粉，仔细阅读说明书上的主要成分、使用方法、注意事项、保质期。结合所学知识对其做出解释，写出漂白粉使用原理和变质时所发生反应的化学方程式。

（3）有人将家庭用“84消毒液”（主要成分为NaClO）和“洁厕灵”（主要成分为盐酸）一起放入马桶进行除垢和消毒，但加入后却产生一种具有强烈刺激性气味的气体。该气体可能是什么？写出反应的化学方程式。

（4）查阅资料，分析比较“84消毒液”和“漂白粉”价格差异的原因。

（5）通过查阅资料，了解日常生活中常用的含氯化合物，并分析其利弊和使用注意事项，写一篇科技小论文。

通过这样的作业设计，使学生了解含氯物质在工农业生产中的具体作用，认识化学工业在国民经济发展中的地位和科学发展对技术进步的促进作用。帮助学生认识更深刻理解科学、技术、社会和环境之间的相互关系，形成科学的自然观和对待化学物质的科学态度。

三、彰显STSE理念的教学策略

1. 通过化学史让学生认识科学研究的方法与过程

化学史反映的不仅是科学知识的发展过程，实际上也是技术、社会和环境的发展与变化历程。教师通过化学史上具有里程碑意义的科学事件，引导学生追寻化学发展逻辑行程和思维行程，充分了解其研究的背景、技术和实验思路，感受化学家进行科学研究的方法与过程。如，人类对原子结构的认识，从古希腊哲学家德谟克利特提出原子概念到1803年道尔顿提出原子学说，因科学认知和技术条件的限制，经历了漫长的过程。随着科学和技术的不断发展，1897年，汤姆生发现了电子，提出葡萄干蛋糕模型；1909年，卢瑟福用氦轰击金箔，提出原子的核式结构；1913年，玻尔提出原子分层排布模型；到现代物质结构学说建立的量子力学模型，人类对原子的认识经历了逐步深化演变和不断发展的过程。

2. 通过社会或环境问题让学生认识其背后的科学技术

化工产品已渗透到人类生活的各个领域，资源枯竭、环境污染和食品安全等问题直接影响人类的生存与发展。如何用科学的眼光去看待、分析和处理日常生活和环境中遇到的化学问题？这就要求教师能够根据教学内容选择紧密相关的热点材料，让学生通过角色扮演、决策模拟等形式，对技术发展在解决社会或环境问题中所起作用进行辩论，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。如，1948年美国的多诺拉烟雾事件，由于炼锌厂、钢铁厂、硫酸厂排放的SO2、氧化物和粉尘严重污染大气，导致17人死亡，5900多居民患病。教学时，学生查阅资料，对污染事件的发生提出了许多观点：多诺拉镇坐落在山谷中；雾天、无风，污染物无法扩散；居民们对空气中的烟雾和怪味习以为常；工厂没有处理SO2、氧化物和粉尘的有效措施等。学生通过分析讨论，自然条件只是事件发生的导火索，根本原因是人们只顾追求经济效益，没有环保意识，缺少处理污染物的有效技术手段，而这些问题的解决恰恰体现了化学对社会发展的重大贡献。

3. 通过技术创新让学生认识其依据的科学原理

迅猛发展的化学已成为生命科学、材料科学、环境科学、能源科学、信息科学等领域的重要基础。教师可以通过视频材料或带领学生深入农村、工厂参观学习，让学生真切感受科学技术给人类生活带来的益处和存在的弊端，认识技术的创新需要依赖科学的发展。鼓励学生认真学习科学知识，综合考虑技术的经济化和绿色化，应用科学原理造福人类。如，对燃煤产生SO2的处理[8]，开始人们采用“流化床”燃烧技术，即在煤中加入脱硫剂石灰石，使煤与空气在流化过程中充分混合、燃烧生成硫酸钙而除去硫。然后，人们又将煤燃烧产生的烟气用石灰水淋洗生成亚硫酸钙或硫酸钙而除去。现在，人们又使用微生物脱硫技术，煤炭中的FeS2在水和空气存在的条件下，在微生物作用下发生氧化还原反应，最终转化为硫酸而除去。相关反应可表示为：

STSE理念强调科学、技术、社会、环境之间的相互关系，重视科学的价值取向和社会效益。教师一定要充分挖掘教材的内在因素，找准教材与STSE教育的结合点，根据学生的知识基础、心理特点和认知规律，创设真实的教学情境。通过对相关问题的讨论与辩论，让学生认识化学在科技发展中的地位和作用，辩证地看待化学的积极作用和负面影响，赞赏化学对社会发展的重大贡献，帮助学生形成化学与社会和谐发展的情感态度与价值观。

参考文献

[1][2][3]中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003：1，39，11

[4] 王祖浩.普通高中实验教科书《化学1》[M]. 南京：江苏教育出版社，2006，（6）：38-43

[5] 人民教育出版社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书《化学1》教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2007：83-84

[6] 来玲玲，胡志刚. 戴维的化学研究之路[J].化学教育，2013，（2）：79

[7] 人民教育出版社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2007：103-104

[8] 王祖浩.普通高中实验教科书《化学与技术》[M].南京：江苏教育出版社，2006：6，107