核心素养导向下融合HPS和STSE教育的教学设计*--以“无机非金属材料”为例

杨红红，申迎辉，徐 青

(绍兴文理学院 化学化工学院，浙江 绍兴 312000)

为适应社会经济发展、满足人才培养质量需求，教育部进行了课程修订工作，并颁布了各学科新的课程标准，如《普通高中化学课程标准》 (以下简称新课标)[1]。化学新课标强调，以学科核心素养为导向来开展课程建设，培养全面性发展人才，提升学生的综合素质。

对于新课标培养学生学科核心素养的需求，教师必须另辟蹊径，适当改进自己的教学方式方法，不仅要向学生传授知识本身的内容，还要巧妙的建立化学知识与科学发展历史、与当前社会生活实际的联系，才能促进学生核心素养的发展。本文引入了融合HPS(History and Philosophy of Science)和STSE(Science-Technology-Society-Environment)的教育方式进行教学，满足核心素养需求，尤其是在宏观辨识与微观探析、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任的培养方面。

HPS教育是可以高效的促进学生从本质上认识科学的内涵[2]。在教学中恰当地使用科学史创设真实情境，通过学习知识的形成过程，学生可以充分体会到科学形成需经历漫长而曲折的道路，并对科学探究加以思辨，达到理解科学知识的本质目的。

在化学教学中的STSE教育理念，可以理解为将化学学科的知识同科学、技术、社会、环境等学科相联系[3]，使学生认识到化学学科同上述几门学科的紧密联系以及化学学科对于社会发展与进步的重要作用和影响。基于实际问题创设情境，使学生在这一过程中感受化学学科的实用性和社会价值，提高学生解决实际问题和应对未来生活挑战的能力。

融合HPS和STSE教育[4-5]的教学是将HPS教育中的科学史和科学社会学与STSE教育中的科学、技术、社会和环境的相关内容结合。HPS和STSE的教学模式中都包含科学史的讲授，并且都提倡以科学史为基础，在科学背景下联系社会因素开展教学活动，学生可以从本质上理解并且灵活运用知识。将融合HPS和STSE教育模式应用于高中化学课堂教学中，可以引导学生对化学知识有更深层次的理解，感受化学来源于生活并服务于社会发展，转变学生传统死记硬背的学习方式，促进学生学科核心素养的发展。本文以必修二第五章第三节“无机非金属材料”[6-7]为例，进行教学设计与实施。

1 素养目标

1.1 教材分析

本节教学内容是新人教版高中化学必修第二册第五章第三节“无机非金属材料”。这一节的教学内容主要包括传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两方面。传统无机非金属材料是最为基础的硅酸盐材料，主要包括玻璃、水泥、陶瓷等，至今已被应用于生活的方方面面。而新型无机非金属材料主要包括硅单质、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等，这些材料在高科技领域中发挥了重要的作用。由于材料的发展促进了人类社会的进步，因此将材料的发展历史与社会实际应用联系起来进行教学，可以使学生更深入学习本节内容，并且有利于促进学生对科学本质的理解，培养学生的社会责任感。

1.2 教学目标

1)通过思考，根据陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产过程，推测其性质及主要用途，感受人类文明进程和科学发展的进步。

2)通过讨论和探究，了解硅单质、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料发展及应用，体会新型无机非金属材料在社会发展中所起的重要作用，激发学生好奇心，提升学生对化学学科价值认同感。

3)结合建筑物、日用品、科技产品等使用到的无机非金属材料，感受化学材料应用的广泛性和重要性，培养学生学习化学知识的兴趣以及建设国家的社会责任感。

2 教学设计思路

2.1 线索一：无机非金属材料的发展史

通过学习无机非金属材料的发展史，学生会身临其境地感受科学家实验探究的过程，培养学生科学探究能力、发现和思考的能力，促进学生科学探究与创新意识核心素养的发展。

2.2 线索二：无机非金属材料在社会中的应用

STSE教育强调化学对生活、社会及环境方面的作用。无机非金属材料应用于社会的方方面面，在促进人类社会文明发展以及在高科技方面的发展起到了举足轻重的作用。

综上，本教学设计将在培养学生核心素养的导向下，以上述两条线索展开无机非金属材料的教学。把知识放在历史背景和社会背景下[8]，帮助学生深层次理解学科知识，培养学生的科学态度和社会责任感。教学设计思路如图1和图2所示。

3 教学内容与过程

环节一：创设情境，激发兴趣

【展示图片】玻璃、水泥、玛瑙、水晶、石英。

【提出问题】这些都是我们生活中常见的一些材料，同学们知道它们的主要成分吗？它们有怎样的发展历史以及实际用途呢？

【教师讲解】 以上图片给大家展示的都是我们在生活中经常会用到的材料。材料是人类生存发展不可或缺的一部分。前面我们已经学到了金属材料，除了金属材料外，还有无机非金属材料。无机非金属材料因其耐高温、耐腐蚀、高硬度的良好性能，已应用于生活的方方面面。本节内容我们将以硅及其化合物为代表来学习传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。

设计意图：通过生活中常见的物质，吸引学生的注意力，激发学生的探知欲望，然后通过材料的发展史和社会应用来展开本节课的学习。

环节二：传统无机非金属材料的教学 (表1)

表1 传统无机非金属材料的教学过程

设计意图：将人类发明进程融合与之相关的社会情境，通过一定的探究活动，掌握传统无机非金属材料的基础知识；通过物质的性质推测其微观结构，帮助学生建立宏微观联系，培养学生“宏观辨识与微观探析” “科学探究与创新意识核心素养”。

环节三：新型无机非金属材料的教学(表2)

表2 新型无机非金属材料的教学过程

设计意图：通过科技发展进程与应用，引导学生体会化学对人类社会生活发展产生的巨大促进作用；在历史情境中联系社会实际应用，激发学生对化学学科社会价值的认同感；培养学生“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”的核心素养。

环节四：归纳总结

1)通过无机非金属材料的发展史，体会科学家在科研探究中走过的漫漫长路，感受科学家的聪明智慧和科学精神，培养学生正确的科学态度和科学精神。

2)通过学生探究活动，掌握硅及其化合物的性质和工业生产高纯硅的过程。

3)感受材料在日常应用以及科技领域方面发挥的影响，展现化学学科对新材料促进人类社会进程发挥的重要作用，增强学生努力学习化学知识，建设祖国的决心。

4 教学设计反思

4.1 以HPS和STSE教育开展教学

选取硅及其化合物的发展历程，使学生通过历程中所采用的工艺流程，推测物质的性质；在了解物质性质的基础上有机地渗透无机非金属材料在社会科技方面的应用等方面的知识，实现将史料与社会发展相融合，促进学生从更深层次学习并了解硅及其化合物的知识；在教学活动中培养学生的科学精神，帮助学生形成科学思维，感受化学对社会发展做出的贡献，体现化学学科的价值。

4.2 以核心素养为导向

在化学教学过程中，不仅仅是化学内容的简单传授，而是基于HPS和STSE教育进行教学设计，充分挖掘化学学科知识中所蕴涵的核心素养。HPS强调科学史，STSE重视科学技术，教学中培养了学生“科学探究与创新意识” “科学态度与社会责任”的核心素养，发挥了化学学科独特的育人功能。