育和活动课教学基本功

怎样在化学教学中进行 STS 教育

STS 是英文“科学（Science）”、“技术（Technology）”和“社会（Society）”的缩写。STS 教育以培养了解科学技术及其社会价值、能够在一定程度上参与科学技术决策的公民，培养了解建设现代化社会对科学技术进步的需求、能够应用科学技术致力于经济和社会发展的广大人才为目标。它要求科学教育面向现代化建设，注重渗透技术教育， 使学生体验技术在科学与社会之间的桥梁作用，认识科学、技术与社会的交互影响，理解科学技术发展的综合化、整体化特征，理解科学技术作为“第一生产力”的社会价值，培养学生参与科学技术决策的意识和能力；认为理解和掌握科学，不只在于静态的“科学知识”，更在于跟科学探究和技术实践联系在一起的“科学技术过程”。STS 教育主张在科学技术的全面教育中优化科学素养教育，在调整课程结构、改革教学内容和教学方法中实现其人才培养目标。

一、化学教学中的 STS 教育优势

学校教育改革的核心是课程改革。在化学教学中实施 STS 教育的基本条件，就在于根据 STS 教育的理论，优化化学课程设计，发扬化学教学中的 STS 教育优势。

1993 年第 34 届国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）学术大会提出

“化学是 21 世纪的中心科学”，大会报告、讲演和众多交流论文都反映： 向众多学科渗透的化学已发展为“人类继续生存的关键学科”。现代化学的这个本质特征是在化学教学中实施 STS 教育的突出优势。

化学学科的另一本质特征是以实验为基础。化学实验既是生动的科学实践过程，又广泛联系化学技术而便于渗透技术教育。这样，在化学

教学中实施 STS 教育，由于能有效地借助于实验活动而又具备了明显的实验教学优势。

有效地在中学化学教学中实施 STS 教育，关键就在于发扬上述化学学科结构所具有的优势。为此，必须贯彻“教育要面向现代化，面向世界，面向未来”的方针和《中国教育改革和发展纲要》的精神，深化课程改革，既优化实验教学和注重科学过程，又改革化学课程结构，更新教学内容和教学方法，形成化学学科 STS 教育的特色。

二、化学教学中 STS 教育的原则

（一）与常规教学相辅相成

采用渗透方式，在常规教学中联系适当课题，进行 STS 教育（例如在“水”的教学中结合地方水资源、水生产的调查，讨论水资源的保护、开发、利用与经济、社会发展的关系）；或者开设 STS 教育型的化学选修课（例如《环境分析化学》、《水与社会》、《食盐与社会》、《硫酸与社会》等化学专题选修课），拓展和优化相关的化学常规教学。现以《食盐与社会》中的“氯碱生产”选修教学为例说明。氯碱生产技术进步的基本标志在于产品液碱（NaOH 浓溶液）质量的提高，烧碱质量的检测必须运用酸碱滴定技术，这就体现了酸碱滴定技术在发展氯碱生产中的价值。据此，在“氯碱生产”的教学中，可联系“电解食盐水以制取氯气和烧碱”和“中和滴定”实验的教学，组织选修学生参观化工厂食盐溶液的电解生产，听取食盐溶液电解技术的革新和氯碱生产的发展的概况报告，稍稍拓展已有中和滴定的知识技能、学会按技术标准方法来测定烧碱中 NaOH 和 Na2CO3 的含量，继而参与工厂烧碱质量的检测，讨论、体验酸碱滴定技术发展和氯碱生产技术革新的价值和效益。

（二）优化实验教学，渗透技术教育

优化化学实验教学，注重通过科技实验活动，引导中学生联系生活、生产实际，思考与化学科技发展水平密切相关的环境、资源、能源、食物、材料、人口等社会问题，并且实践科学过程，学习、掌握相应的化学原理、技术以至综合技术，有效地培养他们对于化学的价值敏感性， 全面地发展他们的科学素养。如联系“土壤胶体的离子吸附和离子交换过程”的常规教学，围绕“施用化肥不当，将使土壤板结、肥力下降” 这一农业资源问题，可在选修课中组织学生开展“土壤代换性钙镁的代换反应——土壤代换性钙镁的测定——土壤代换性钙镁含量与土壤结构、肥力相关性的调查、测试”的农化系列科技实验活动。实践证明， 该科技实验活动既使中学生从一个侧面探究了土壤农化的科学技术，更使他们在技术实践的科学过程中，体验了化学与生物学、农学密切关联并为农业生产服务的中心科学价值，培养了面向经济和社会发展探究、掌握科学技术的科学态度和科学方法。

（三）参与化学技术为经济、社会发展服务活动

科学技术在为经济、社会发展服务的过程中才体现其“第一生产力” 的价值。只有适当指导学生在科学学习过程中参与技术为经济、社会发展服务活动，才能在科学教育中有效地培养他们对科学技术决策的参与意识。STS 教育所要求培养的价值观念、参与意识，以至科学技术的决策能力，都必需通过学生对技术服务的参与才能逐步形成。前例氯碱生产的教学，若能围绕发展食盐溶液电解技术对提高氯碱生产综合效益的分析、评价，系统地对离子膜法新技术和现存金属阳极隔膜法以及已被淘汰的碳板阳极隔膜法进行比较分析，对新技术决策的综合性高效益作出评价，就能生动地使学生接受一次生产技术决策论证的模拟训练。

三、化学教学中 STS 教育选题举例

在优化课程设计的同时，必须优选教学内容。下表以具有广普性的选修课程“化学与社会”为例，列出该课程教学内容的分类纲目和其中的教学选题（例），供设计课程、编选教材时参考。

表 12 中学化学 STS 教育的教学选题

课程 内 容 分 类 教学选题（例）

1. 化学与环境、资源——“环境分析化学”、“水与社会”等。

化

（ l ）“水体污染及其防治”（联系常规教学“水”）；

（ 2 ）“离子交换技术与水质改善”（联

学 系常规教学“硬水软化”）。

与 2.化学与经济建设— —“化学技术社 与化工生产”、“农化技术与农业会 生 产 ” 等

3.化学与社会发展——“缓解资源能源危机的化学新技术”、“ 发展清洁生产，建立良性生态环境”等

（ l ）“硫酸与社会”（参阅下文“ STS 教育的范例”）；

（ 2 ）“土壤化学”（联系常规教学“土壤”）。

（ l ）“氢能源的开发利用”（联系常规教学“氢气”）；

（ 2 ）“化学清洁生产”（讲座，配合学生科技实验）。

四、在中学化学教学中实施 STS 教育的范例

——《硫酸与社会》教学

1. 课程设计

1. 教学目的

与高中化学必修教材“硫酸的工业制法”和理科必学教材“中和滴定”的教学相辅相成，指导学生面向化工厂的硫酸生产和环境污染实际， 以生产流程模拟、酸雨成因分析、硫酸含量分析等实验为基础，实践科学过程，掌握化学技术，参与技术服务，以发展学生的智能结构，培养学生参与保护环境和发展经济的科学技术决策的意识和能力。

1. 教学计划

表 13“硫酸与社会”的教学计划

1. 教学案例（教学单元 A）

1. 教学要求

①用常州市一中钱承之老师设计的“接触法制硫酸生产流程模拟实验”演示仪演示硫酸生产原理及其研究，为“化工厂硫酸生产的现场教学”作准备。

②用自制“SO2 的固相催化氧化器”，由学生实验硫酸生产中酸雾的生成反应和酸雨的形成原理，并由此简析硫酸生产中的有关工艺条件和环保问题。

1. 教学设计

①接触法制硫酸生产流程模拟的演示实验

模拟生产中硫铁矿焙烧、炉气净化、二氧化硫转化（同时演示 SO3 遇水形成酸雾和 H2SO4 的检出）、三氧化硫吸收和尾气中二氧化硫的处理等工艺过程，通过鲜明的反应现象，反映硫酸生产的化学原理和工艺条件。实验技术的关键，是硫铁矿的分散性（碾细后用碎石棉纤维拌和）、催化剂的活性（将浸透饱和重铬酸铵溶液的石棉纤维填入催化管灼烧冷却后备用）、三氧化硫的吸收条件和空气鼓入速度的控制，这恰与主要的硫酸生产工艺条件一一对应。演示过程，不仅能为学生的硫酸生产流程现场见习提供准备，更是一次在科学实验中研究生产流程的技术探索示范。

②酸雨成因分析的学生实验

指导学生先将“SO2 的固相催化氧化器”接通直流电源使其中的电热丝红热而在表面形成铁等金属氧化物的催化层，然后伸入装有 SO2 和空气的集气瓶中。要求学生分析瓶中迅速出现的浓重白雾现象，并检出 H2SO4 的生成。然后组织课堂讨论：为什么含硫化石燃料（如煤）的燃烧和焙烧硫化物金属矿，通常是形成酸雨的主要污染源？为什么在我国用硫铁矿为主要原料的硫酸生产中，焚矿后除去炉气中酸雾的技术，是发展生产中的一大关键问题？为什么 SO3 吸收后尾气中的 SO2 若不回收利用，则硫酸生产的经济效益和社会效益都必蒙受巨大损失？

1. 教学效果

学生在科学实验中，结合随后相应的社会实践（教学单元 B），激发了“硫酸与社会”的探究志趣，初步理解、实践了为经济建设服务、又必须与环境保护协调发展的硫酸生产的科技知识和研究方法，培养了“清洁生产”和治理“三废”的环境意识，发展了对化学科学技术的价值敏感性。

1. 教学案例（教学单元 C 和 D）

1. 教学要求

①分别以甲基橙、甲基红和甲基红-次甲基蓝混合溶液，作为用标准NaOH 溶液滴定 H2SO4 溶液浓度时的指示剂，比较滴定结果的精密度和准确度，并对照三种指示剂的变色范围、变色点，进行比较分析，选出其中的最佳指示剂。

②使学生从理论与实践的结合上掌握我国 GB534－82 标准测定工业硫酸百分含量的化学技术为生产服务。

1. 教学设计（学生实验和技术实践）

①硫酸浓度滴定分析中指示剂的选择

分别以甲基橙、甲基红和甲基红-次甲基蓝混合溶液为指示剂，其它滴定条件都与国家标准类同，用 0.5 摩/升的 NaOH 标准溶液滴定 0.3 摩/ 升左右的稀 H2SO4 的浓度，通过比较分析，确定其中的最佳指示剂，完成国家标准中关键技术的探究。

实验报告项目：使用不同指示剂所得测定结果的精密度比较；使用不同指示剂所得测定结果的准确度比较；确定最佳指示剂和确定理由的分析。

②用国家标准测定工厂产品硫酸的百分含量

用洁净干燥、滴管中吸有样品硫酸（如 98％工业硫酸）的小滴瓶置于分析天平上称量。取两份各盛有不少于 50 毫升蒸馏水的锥形瓶，用递

减称量法各向其中滴入约 0.7 克样品硫酸，按以下操作，平行滴定两份。在稀释后的样品中加入甲基橙指示剂一滴，用 0.5 摩/升的 NaOH 标

准溶液滴到溶液显橙红色，再加入甲基红-次甲基蓝混合指示剂 4 滴，继续滴加 NaOH 标准溶液，直到溶液由紫红色变灰绿色即为终点。

实验报告项目：由两次有效的平行滴定数据计算样品硫酸的百分含量；以生产工厂对相同样品的测定值为真实值，分析测定误差。

③参与控制硫酸生产吸收工艺条件的技术实践

用参观时在生产现场已采集准备的有关酸样，照前面②中的测定操作，为工厂严格测定硫酸生产中进入吸收塔里吸收三氧化硫的常用循环

酸和从塔底排出的高浓度酸的 H2SO4 百分含量。进一步，结合对其它相关工艺条件的调查，评价工厂对吸收塔中酸浓度控制的合理性，分析工厂吸收塔中三氧化硫的吸收效率。

实践报告项目：所测吸收塔中硫酸的百分含量；工厂硫酸生产吸收工艺条件和吸收效率的评价、分析。

1. 教学效果

在系统化的科技实验中教学国家标准的滴定分析技术，由于符合化学科技教学的联系化工生产的实践性原则和学生探究掌握的有序化原则，收到了较好的 STS 教育效果：首先，学生理论联系实际，在比较研究中观察、分析了使用甲基橙为指示剂，则测定的精密度和准确度必然明显较差的现象和原理，这恰与使用甲基红-次甲基蓝混合指示剂形成鲜明的对照，从而使学生运用国家标准作硫酸生产工厂酸样中 H2SO4 含量的分析时，都能熟练地先使用甲基橙以获得接近滴定终点的信息，然后再加入甲基红-次甲基蓝混合指示剂，准确地完成滴定。于是，在学生实践科学过程和实现智能飞跃的探究中，使中学“中和滴定”的实验教学发展为国家标准的技术教育，全面提高了化学科技实验的教学和教育效益。进一步，学生更运用已掌握的国家标准技术，直接参与硫酸生产吸收塔中酸浓度的严格控制以提高生产效率的技术实践活动，在亲自体验科学技术为经济建设服务的成功的喜悦中更加提高了自己的科学素养。