研究性学习中STSE实验的设计与组织——以“除冰剂”实验为例

刘 平

（福州第七中学，福建 福州 350012）

研究性学习中STSE实验的设计与组织
——以“除冰剂”实验为例

刘 平

（福州第七中学，福建 福州 350012）

以“除冰剂”实验为例，阐述了研究性学习中STSE实验的选材的要求，详细介绍了研究性学习中STSE实验的设计，探究了研究性学习中STSE实验的组织，为研究性学习中STSE实验的设计与组织提供参考。

研究性学习；STSE教育；除冰剂；实验设计；实验组织

随着当前教育改革的进行，STSE教育思想在理科教学中引起关注。开发以STSE教育思想为指导的中学实验并在研究性学习中实施，成为提高学生综合素质的有效途径。本文以北方冬天道路除冰的现实问题为例，进行了中学化学研究性学习的STSE实验设计开发并探讨了其组织实施途径。

一、研究性学习中STSE实验的选材

目前许多学者、教师都试图结合本学科的特点选择合适的课题将STSE教育思想融入到研究性学习中。如开展绿色化学实验活动、提倡学生在简单发明中去发现、设计，组织学生进行社会调查活动等，都可成为STSE教育实施的落脚点。如何确定STSE实验的选题在化学学科的研究性学习中尤为重要，因为这是STSE实验研究性学习成效的前提保障。

1.选题应为社会生活常见问题

实验选题社会生活化能带动学生更好地参与到课堂活动中，将教学目标的要求转化为学生内在的需要，使学生在生活中学习，在学习中学会更好地生活，促进全面发展。我国幅员辽阔，每年冬天北方下雪过后，由于长期低温，积雪很难融化，地面结冰，造成交通拥堵、机场停运等问题。在研究性学习中进行除冰剂的研究会让学生感到化学与生活息息相关，体验到科学的魅力。

2.反映STSE的问题要求

STSE教育思想综合了科学、技术、社会、环境，重视科学技术在社会生产、生活环境以及社会发展中的作用。因此，STSE实验的选题是一个综合性的问题。在设计实验时要将这些问题都涉及到并综合起来，才能更好地达到STSE实验的教育意义。

二、研究性学习中STSE实验的设计

中学生研究性学习STSE实验设计主要包括引入问题、猜想假设、提出实验方案、实验探究、实验现象、问题探究以及教师评价几个方面。

1.STSE实验研究方案

（1）引入问题——实验目的

早在上世纪八十年代末九十年代初期，美国、日本等国家将除冰剂按用途分类，分成了农田融雪剂以及用于道路的化学除冰剂。而我国除冰剂的使用没有分类，造成了不必要的浪费和破坏。因此需要对各种除冰剂的除冰效果、购买价格、除冰后对环境带来的危害进行比较，从而买到质优价廉的除冰剂。在探究实验中，将通过市场调查、文献资料检索及实验测出哪一种除冰剂的除冰效果更好，并决定买哪一种除冰剂比较合算。

（2）实验药品及器材

现在普遍使用的化学除冰剂主要分为非氯盐型、氯盐型和混合型三类。其中混合型除冰剂是将氯盐型和非氯盐型的除冰剂以一定的比例混合，并添加适量的缓蚀剂，成本比其他种类低许多，既能保证除冰效率，又能起到环保作用，被认为是环保型融雪剂。实验选择比较常见且价格便宜的氯化钙以及氯化钠除冰剂来比较除冰效果。

实验药品：岩盐或其他含NaCl的除冰剂、CaCl2除冰剂、水、碎冰。

实验器材：大的塑料方便盘或防水纸盘（易于扭曲以取出冰块）、一个直径比盘略小的碗、量杯（30mL)、汤匙（15mL）、茶匙（3mL）、搅拌棒、标记笔、温度计、6个方便塑料杯或防水纸杯、冰柜、秒表。

（3）实验程序设计

在设计实验程序时要考虑实验步骤程序的科学性和简便性。如实验涉及到除冰效果的比较，则需要确定效果判定的指标及指标判定方法；而且，当有多个因素影响除冰效果时，在设计实验步骤时要保持单一变量原则，这样在探究时才能确定究竟是哪个变量的变化引起的实验结果差异。以下是根据这些原则设计的实验步骤：

Ⅰ冰柜中融化冰

在标记为A和B的两个方便杯中放置2汤匙（30 mL）碎冰，并分别加入1茶匙（5mL）NaCl除冰剂和CaCl2除冰剂并搅拌混合，立即把这两个杯子放入冰柜冷冻30分钟。

Ⅱ将除冰剂与水混合

在标记为A和B两个方便杯中各加2汤匙（30mL）水，并分别加入1茶匙（5mL）NaCl除冰剂和CaCl2除冰剂并搅拌至溶解，测量溶液温度并记录。

Ⅲ将除冰剂暴露于空气中

将2个方便杯标记为A、B，并分别加入1茶匙（5mL）NaCl除冰剂和CaCl2除冰剂，室温下暴露于空气中一夜，观察并记录杯中现象。

Ⅳ比较除冰剂的除冰效果

①在方便塑料盘或防水纸盘中倒入半杯水，将盘放入冰柜中使水全部凝固，然后将冻成的冰盘完整地从方便盘中取出，放在一个直径略小于纸盘的碗上。

②想一想，猜一猜：在Ⅰ—Ⅲ实验观察基础上，你认为哪一种除冰剂能使冰融得更快？

③做一做：在距离冰盘边缘5㎝处放1茶匙NaCl除冰剂，在另一端距离冰盘边缘5㎝处放1茶匙CaCl2除冰剂。此时你看到什么现象？两种除冰剂产生的现象一样吗？多加点除冰剂是否可以加快冰的融化速度呢？

（4）问题设计

在STSE实验设计时涉及到实验问题的设计。通过设置问题,可以引导学生从不同视角去认识科学、技术、社会和环境等方面的问题。例如，使用除冰剂可以加速冰雪融化，但不同的除冰剂价格以及对环境造成危害的影响程度也不同。学生通过探究做出选择,哪种除冰剂会更好，也是在社会生活中以科学理智做出决策的表现。

基于以上考虑，可以实验设计出以下问题：

①在Ⅱ观察基础上，对一种除冰剂融冰更快的现象作出解释。

②除冰剂发挥作用首先要溶于水，对Ⅲ的观察怎样帮助解释Ⅳ的观察结果？

③哪一种除冰剂在低温下工作更好？

2.STSE实验报告设计

实验报告不仅是对实验的成败做出陈述，也是对实验过程的记录。通过书写实验报告，可以使学生养成认真做实验的态度、仔细观察实验现象的习惯；也可以加强学生对理论知识的理解和记忆；督促学生重视实验基本技能和基本技术的学习和应用。写报告的过程，也锻炼了学生运用专业术语、准确用词描述实验现象的能力。实验后的总结与心得，让学生可以自由地提出各自的观点和见解，可以使学生的思维得到激发。

三、研究性学习中STSE实验的组织

1.实验前的准备

实验前要对学生进行辅导，做好前期的兴趣引导，告诉学生研究该课题的目的。同时将学生分成小组，每个小组组内推选出小组组长。给每个小组布置明确的任务，让他们通过互联网查文献，或去当地的环保局调查每年所选用的除冰剂以及除冰剂的价格。

2.实验中的指导

研究性学习STSE实验既可以在家庭厨房中完成，也可以在学校的探究实验室里进行，教师的指导需要随实验环境的改变相应调整。无论怎样，引导学生做好实验前的方案设计、实验中的观测记录及实验后的总结报告都是必不可少的。如在除冰剂实验中，教师要指引学生注意实验要观察的重点，在这个过程中要培养学生仔细观察实验现象的能力、动手操作能力以及描述现象的能力。

3.实验后的组织讨论与汇报

实验后，教师需组织小组进行实验汇报。做不同实验的小组需汇报各小组实验情况。如实验中教师让学生就实验现象计算出每一种除冰剂的除冰效率，同时让学生们根据实验前搜集到关于除冰剂对环境的影响程度的资料，回答所设的问题。

总之，中学生研究性学习STSE实验的设计开发，将化学与生活、科学技术与环境保护结合起来，让学生在实验探究、自主学习的过程中关注社会问题，形成社会责任感；通过实验问题的讨论，认识到科学技术的本质和界限，认识到科学技术既可以给人类带来便利，但若使用不当又会带来危害，形成对科学技术的正确认识；且实验贴近生活，可以使学生感受到用自己已有的知识来解决生活问题的乐趣。

［1］于晶明.试论化学教学中STSE教育的实施［J］.广西师范大学学报，2000（1）.

［2］糜洛施,曹明富.我国STSE教育研究文献综述［J］.科学教育，2011（3）.

［3］吴天容,草伯兴,徐莉.国外化学融雪除冰剂的开发与进展［J］.无机盐工业，1989（5）.

福建省教育科学“十二五”规划2015年度常规课题“普通中学高质量课堂的教学策略研究”（项目编号：FJJK15-511）。

（责任编辑：张贤金）