浅析如何在高中化学教学中渗透STSE教育

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  [摘 要]
  新课程改革后,中学化学教学更加注重将化学与科学、技术、社会、环境联系起来,让学生明白科学知识来源于生活实践并服务于生活实践,STSE教育给中学化学教学带来了新的视角,为学生创设了丰富的教学情境。在STSE教育视角下,对《金属的化学性质》教学设计中进行了新的教学实践探索。
  [关键词]
  STSE教育;金属的化学性质;教学设计
  一、STSE教育内涵及对化学教学的价值
  (一)STSE教育内涵
  STSE是Science(科学)、Technology(技术)、Society(社会)、Environment(环境)四个英文单词首字母的缩写。STSE是在STS基础上发展而来,是对STS的扩展。当今世界,科学技术迅猛发展并且渗透到社会生活的各个方面,人们在发展生产的同时,也带来了环境污染、资源枯竭等不可忽视的问题。STSE教育是当前国际教育改革的潮流和热点,它的基本内涵为:第一,STSE教育是以学生为中心的教育,它以全面提高学生的科学素养为目的,重视从学生已有的生活经验出发,紧密联系社会生活实际,注重激发学生的学习兴趣。第二,STSE教育体现的是科学、技术、社会和环境四者的协调性,强调科学技术在社会生活、生产和发展中的应用,通过STSE教育,给学生呈现现实社会的真实图景,注重科学技术与社会环境的联系。第三,STSE教育强调为学生提供丰富的学习背景,提倡把学生放置在他们熟悉的社会生活背景中来学习科学,鼓励学生积极参与社会活动,并在活动中扮演一定的社会角色,从而了解社会对于科学学习的重要意义[1]。
  (二)STSE教育对化学教学的价值
  新的化学课程标准要求教学中应该“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发,帮助学生认识化学与人类生活的密切关系,关注人类面临的与化学相关的社会问题,培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力[2]。”在高中化学中实施STSE教育,符合新课程改革标准的要求。从学生的角度来说,学生往往对新学习的化学知识点是比较陌生的,不易被接受消化的,然而他们对实际生活中存在的某个现象或者发生的某个事例是熟悉的,STSE教育就是重视从学生已有的生活经验出发,以学生熟悉的现象或事物为背景展开学习活动,引发学生的学习兴趣,培养学生探究能力;从教师的角度来说,利用STSE教育来进行教学活动,可以将知识更加生活化、具体化,可以活跃课堂氛围,提高学生在课堂上的注意力,增强学生主动学习的积极性。总的来说,在高中化学中实施STSE教育,不仅有利于学生学,而且有利于教师教,达到教师与学生共赢的效果。
  二、《金属的化学性质》教材内容及学情分析
  本文以“金属的化学性质”为例,从STSE教育视角下进行教学。人教版化学必修1第三章第一节《金属的化学性质》主要介绍了金属与非金属的反应以及金属与酸和水的反应的相关内容[3]。本节内容在本章以及在整个中学化学课程都起着重要作用,既是对上一章已学氧化还原反应知识的巩固,也为学生以后学习元素化合物打下基础。学生在学习本课前,已在初三阶段对金属的活动顺序、金属与氧气的反应有了初步的了解,能够独立完成一些简单的实验、观察和记录实验现象,具备一定实验探究分析能力,为本课的开展奠定了基础[4]。但依据学生的现有知识,学习过程中会产生一定的认知障碍,故教师应该利用STSE教育对教材进行深度挖掘扩展,创设生活情境,在学生获取相关化学知识和实验探究能力的同时,增强学生学习化学的兴趣。
  三、STSE教育视角下的《金属的化学性质》教学过程设计
  《金屬的化学性质》这节内容我们的设计思路总体来说按照生活实际中的社会现象入手,引发学生对金属化学性质的思考,再通过探究实验来验证金属的化学性质来进行教学设计[5]。教师在进行教学时可将其划分为两个课时来完成,第一课时可完成金属与非金属的反应的学习,特别强调的是不同金属与氧气的反应,第二课时可完成金属与酸和水的反应,重点是活泼金属钠与水的反应。为了体现设计思路的连贯性,笔者将两课时的教学过程设计从教学过程大的环节进行拆分,主要从教师活动、学生活动及设计意图进行分析,具体情况如下:
  (一)金属与非金属的反应
  [引入]在科技飞速发展的今天,金属与我们的日常生活息息相关,请同学们环顾教室或在脑海中回忆,我们生活中有哪些金属物品?
  [生]水龙头、铁架台、锁、窗户……
  [投影展示]嘉庆年间的“铜钱”、一块“银元”、一枚金光闪闪的黄金戒指、一根生锈的铁钉(昔日银光闪闪,如今暗淡无比、锈迹斑斑)
  [提问]咱们现在来做个祖传宝物的游戏,看看我家的宝物能否长期保存、代代相传?
  [生]有些金属长时间在空气中会发生反应。
  【设计意图】STSE教育视角下“导入新课”的设计思路:从学生生活环境入手,让学生了解到金属物品在实际生活中随处可见,再利用祖传宝物活动创设情境引起学生关注,激发学生的学习兴趣,让学生自然巧妙地融入到学习的过程中来。
  [师]有一种金属元素在我们身体中起着重要的作用,我们每天炒菜时会加入它的一种化合物,大家猜猜看它是谁?
  [生]钠。
  [实验探究]展示一瓶保存在煤油中的钠,取一小块金属钠,用滤纸吸干表面的煤油后,用刀切去一端的外皮,这时可以看到钠的真面目。观察钠表面的光泽和颜色。新切开的钠的表面在空气中会不会发生变化?
  [生]观察、讨论、记录:1.保存在煤油中,在煤油下层。2.质软。3.切开外皮,呈现银白色光泽。4.切口慢慢变暗。
  [总结]1.钠不与煤油反应且密度比煤油大。2.钠硬度较小。3.容易被空气中的氧气氧化。
  [提问]刚才我们已经发现在常温下钠与氧气发生反应,如果在加热条件下,钠又会发生什么变化呢?   [实验探究]用小刀切下绿豆大小一般的金属钠,用镊子把它放在试管一端,用试管夹夹住另一端加热,观察金属钠受热后的变化,火焰的颜色以及产物的颜色。
  [结论]钠受热后,与氧气剧烈反应,发出黄色火焰,生成一种淡黄色固体。
  [补充]金属钠属于易燃物,应当符合要求储存。金属钠在工业上有重要作用。钠可做还原剂,将钛、铌、钽等在国防上有重要用途的金属从其熔融的卤化物中还原出来。钠可做化工原料,用来生产氰化钠、过氧化钠。碳酸钠等含钠化合物。钠可制造合金,钠汞合金用于有机合成的还原剂,钠铅合金用于汽油抗爆剂的生产,钠钾合金用作核反应堆的冷却剂和热交换剂。钠可做电光源,用钠制造的高压钠灯广泛用于公路照明。
  【设计意图】STSE教育视角下教学设计思路:由生活中的炒菜情境来揭开金属钠的神秘面纱,学生主动参与实验探究,产生好奇和疑惑,兴趣高涨,通过实验、观察、分析、讨论,使学生获得感性认识,同时培养学生的观察能力和归纳能力。补充金属钠的储存条件和主要用途,让学生认识到化学知识与科学技术是紧密联系的。
  [过渡]活泼金属在空气中易与氧气反应,表面生成一层氧化物。有的氧化膜疏松,不能保护内层金属,如铁表面的铁锈等;有的氧化膜致密,可以保护内层金属不被继续氧化,如镁铝等表面的氧化层。例如,在点燃镁条前,常用砂纸打磨,这样点燃起来更容易些,那么,铝的情况又是如何呢?
  [实验探究]分别加热未打磨和已打磨的铝箔,有何现象?如何解释?
  [生]动手实验,观察记录:两块铝箔都熔化且失去光泽,但熔化的铝并不滴落,好似有一层膜兜着。
  [解释]原来是铝表面的氧化膜保护了铝,即使是打磨过的铝箔,在空气中也会很快生成新的氧化膜。构成薄膜的Al2O3的熔点(2050℃)高于Al的熔点(660℃),包在铝的外面,所以熔化了的液态铝不会滴落下来。
  [讲述]用铝锅烧水时,水开了铝锅却完好无损。
  [课外探究]根据资料卡片中铝的氧化膜有关介绍,以“金属氧化膜在生产生活中的应用”为题,进行研究性学习的探究。
  【设计意图】STSE教育视角下教学设计思路:学生通过对比加热未打磨和已打磨的铝箔,对氧化膜Al2O3有了一定的科学认识,再讲述生活中铝锅烧水的事例,让学生更直观形象地了解了氧化膜在生活中的应用,最后再布置“金属氧化膜在生产生活中的应用”的课外探究活动,培养学生启发式思维和探究能力。
  [讲述]除了能被氧气氧化外,金属还能被氯气、硫等具有氧化性的物质所氧化,生成相应的氯化物或硫化物,试分析原因并写出相关化学方程式。
  [总结]因为金属元素原子的最外层电子数较少,最外层电子容易失去,单质往往表现出还原性,当遇到氧化剂时,就会发生氧化还原反应。
  【板书设计】第一节 金属的化学性质
  一、金属与非金属的反应
  1.钠与氧气的反應
  常温下:4Na O2[ ]2Na2O
  加热条件下:2Na O2[ △ ]Na2O2
  2.铝与氧气的反应:4Al 3O2[ ]2Al2O3
  (二)金属与酸和水的反应
  [导入]在日常生活中,我们经常会看见人们用金属器皿来盛水,或者用铁或铜制的水壶来烧水,说明这两种金属与水不反应,那是不是所有的金属都不与水反应呢?上节课我们学习了钠的几点性质,并且知道钠比较活泼,下面我们通过实验探究钠是否和水反应?
  [实验探究]在烧杯中加一些水,滴入几滴酚酞溶液,然后把一小块绿豆大的钠放入水中,将会看到什么现象?
  [生]观察并描述现象。1.钠浮在水面上。2.迅速熔化为小球。3.四处游动,逐渐变小,最后消失。4.反应后溶液的颜色逐渐变红。
  [归纳整理]钠的密度比水小;钠的性质非常活泼,能与水发生剧烈反应;反应时放出热量,放出的热使钠熔成小球;反应后得到的溶液显碱性。钠与水反应生成氢气。
  [讲述]当火灾现场有大量活泼金属存放时,不能用水灭火,必须用干燥沙土来灭火。
  【设计意图】STSE教育视角下教学设计思路:通过钠与水反应实验探究,培养学生实验操作能力和观察实验现象、分析实验、归纳总结实验的能力。培养学生用观察法进行实验探究的能力,让学生体会观察法在化学研究中的作用,最后再联系实际生活,对学生进行安全意识教育。
  [过渡]大家知道,生活中铁与冷热水都不反应,可是在英国发生过这样一件事:一家炼铁厂的熔炉底部裂了一个缝,顿时一千多度的铁水顺着裂缝进入炼铁熔炉旁边的一条小水沟中,刹那间,只听见“轰”的一声,整个车间都掀翻了,同学们,你们能说说这是怎么回事呢?能否用化学的观点解释原因?
  [学生]思考讨论,猜想铁与水蒸气反应生成了易燃易爆的氢气,被高温铁水点燃,把车间炸掉。
  [科学探究]提供试管、水槽、蒸发皿、胶塞、导管、酒精喷灯及其他必要的仪器和物品,进行实验探究,观察实验现象并解释其原因。
  [生]试管壁上出现黑色固体,同时放出大量的热,并产生一种无色无味、点燃可发出淡蓝色火焰、产生爆鸣声的气体。
  [总结]2Fe 4H2O(g)[ △ ]Fe3O4 4H2
  【设计意图】STSE教育视角下教学设计思路:从学生已有知识入手,接着介绍工业生产事故,对学生形成认知障碍,产生疑惑,启发学生思考讨论猜想,再进行科学实验探究验证猜想。采用“创设情境、提出问题—学会方法、进行猜想—实验验证、得出结论”的教学模式,有利于学生主动地进行观察、实验、猜想、验证、推理与交流的教学活动。
  【板书设计】第二节 金属与酸和水的反应
  1.Na H2O[ ]NaOH H2↑
  2.2Fe 4H2O(g)[ △ ]Fe3O4 4H2
  [参 考 文 献]
  [1]毕华林,亓英丽.化学教育新视角[M].济南:山东教育出版社,2004.
  [2]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准(实验)[M].北京:人民教育出版社,2003.
  [3]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书:化学1(必修)[M].北京:人民教育出版社,2007.
  [4]于静.“金属的化学性质”教学设计[J].化学教育,2010(2).
  [5]徐守兵.“金属的化学性质”教学设计[J].化学教学,2010(12).
  (责任编辑:张华伟)
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