陳廷俊

摘要：STSE理念強調(diào)科學、技術(shù)、社會、環(huán)境之間的相互關(guān)系，重視科學的價值取向和社會效益。在充分研究課程標準與教材的基礎(chǔ)上，以彰顯STSE理念的“氯氣”教學設(shè)計為例，提出“通過化學史讓學生認識科學研究的方法與過程，通過社會或環(huán)境問題讓學生認識其背后的科學技術(shù)，通過技術(shù)創(chuàng)新讓學生認識其依據(jù)的科學原理”的教學策略。

關(guān)鍵詞：氯氣；科學；技術(shù)；社會；環(huán)境

文章編號：1008-0546（2016）08-0044-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.016

STSE 是英文單詞 Science、Technology、Society、Environment 的首字母的縮寫，即科學、技術(shù)、社會、環(huán)境之意。STSE 教育的基本理念是將化學知識融入到生產(chǎn)生活的實際應(yīng)用情境中，讓學生了解化學知識的形成與發(fā)展過程，了解科學技術(shù)在化學發(fā)展過程中的作用，認識科學技術(shù)對社會與環(huán)境產(chǎn)生的影響，加深對人與自然和諧與可持續(xù)發(fā)展的理解，培養(yǎng)學生正確的價值觀和社會責任感，以及社會參與意識和科學決策能力。下面以蘇教版《化學1》“氯氣”為例，就教學中如何彰顯STSE理念，談?wù)勛约旱膶嵺`與思考。

一、課程標準與教材對STSE教育的要求

《普通高中化學課程標準（實驗）》在課程性質(zhì)中明確指出“高中化學課程應(yīng)有利于學生形成科學的自然觀和嚴謹求實的態(tài)度，更深刻地認識科學、技術(shù)和社會之間的相互關(guān)系，逐步樹立可持續(xù)發(fā)展的思想[1]”。在教科書編寫建議中也強調(diào)“高中化學教科書內(nèi)容的選擇既要反映出化學科學的社會價值、化學科學對現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的貢獻，也要適當反映由于人類不恰當?shù)剡\用科學技術(shù)的成果而產(chǎn)生的負面影響，體現(xiàn)社會發(fā)展對化學科學提出的新要求，幫助學生理解科學、技術(shù)與社會的和諧發(fā)展對人類的重要作用[2]”。對于氯氣的教學要求為：通過實驗了解氯氣及其重要化合物的主要性質(zhì)，認識其在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對生態(tài)環(huán)境的影響[3]，突出化學對生活、社會發(fā)展和科技進步的重要作用，滲透綠色化學思想。

蘇教版《化學1》氯氣[4]的教學內(nèi)容主要為氯氣的生產(chǎn)原理、性質(zhì)和用途。包括2個“觀察與思考”：電解飽和食鹽水與氯氣性質(zhì)實驗。2個“調(diào)查研究”：查閱有關(guān)資料，了解人們是如何從海水中獲得氯化鈉和使用氯化鈉的；根據(jù)氯堿廠原料和產(chǎn)品的性質(zhì)，你認為在生產(chǎn)過程中和貯運時應(yīng)注意哪些問題？氯堿廠應(yīng)如何選擇廠址？有條件的話，參觀生產(chǎn)或使用氯氣的工廠?！盎顒优c探究”：氯水的性質(zhì)實驗?！盎瘜W史話”：氯的發(fā)現(xiàn)?！敖涣饔懻摗保郝葰獾闹苽溲b置可分為幾個部分？各部分所起的作用分別是什么？“拓展視野”：新型滅菌消毒劑——二氧化氯。顯然，教材強調(diào)化學知識與工業(yè)生產(chǎn)實際相結(jié)合，要求學生在學習元素化合物知識的同時，關(guān)注化學與技術(shù)、社會、環(huán)境之間的現(xiàn)實問題，形成合理利用資源和可持續(xù)發(fā)展的觀念。

二、彰顯STSE理念的教學實踐

1. 通過含氯物質(zhì)的社會應(yīng)用創(chuàng)設(shè)教學情境

氯是維持人體液和電解質(zhì)平衡所必需的常量元素之一。氯在人體含量平均為1.17g/kg，總量約為82～100g，占體重的0.15%。氯主要以NaCl（細胞外液）、KCl（細胞內(nèi)液）和HCl（胃酸）的形式存在。人體所需的氯除了主要來源于食物外，還要通過食鹽（NaCl）來補充。NaCl廣泛存在于海水和鹽礦中。氯在化學工業(yè)上具有廣泛應(yīng)用。如，有機合成塑料、橡膠、染料、藥物等化學物質(zhì)；生產(chǎn)鹽酸、漂白劑、消毒劑；用于飲水消毒、提煉稀有金屬等。

通過氯在人體中作用和化工應(yīng)用的相關(guān)圖片介紹，讓學生了解氯在人體內(nèi)的不可或缺，認識氯在日常生活和化工生產(chǎn)中的重要作用，激發(fā)學生對氯及其化合物的學習興趣和探究熱情。

2. 通過氯氣的發(fā)現(xiàn)史學習氯氣的性質(zhì)

1774年，瑞典化學家舍勒在從事軟錳礦的研究時發(fā)現(xiàn)：將軟錳礦（MnO2）與濃鹽酸混合后加熱就會生成一種令人窒息的黃綠色氣體。該氣體具有強烈刺激性氣味，令人的肺部十分難受。而且它能和各種金屬發(fā)生反應(yīng)；還能溶于水，其水溶液（氯水）對紙張、蔬菜和花具有永久的漂白作用。1785年，法國化學家貝托雷將氯水露置在陽光下，發(fā)現(xiàn)生成了鹽酸并放出氧氣。他發(fā)現(xiàn)氯氣溶于草木灰水形成的溶液漂白能力更強。1789年英國化學家臺耐特將氯氣溶解在石灰乳中制成了漂白作用更穩(wěn)定的漂白粉[5]。

1809-1811年，蓋·呂薩克和臺耐特發(fā)現(xiàn)鹽酸能分解生成氯氣和氫氣，而不是像貝托雷所說的氯氣會分解成鹽酸和氧氣。此外，他們成功地用氯氣和氫氣合成鹽酸。由于受到拉瓦錫“氧是成酸元素”觀點的束縛，雖然沒有實驗現(xiàn)象表明氯氣會分解生成氧氣，但是他們?nèi)匀徽J可氯氣是“含氧鹽酸”。戴維重復(fù)了蓋·呂薩克的實驗，證明鹽酸是由氫和氯兩種元素組成。他又用氯氣分別和錫、磷等物質(zhì)反應(yīng)來尋找氯氣中含氧的證據(jù)，但都沒有找到。經(jīng)過多次實驗的反復(fù)驗證，1810年，戴維依據(jù)拉瓦錫對單質(zhì)的定義“通過當前實驗用任何手段都不能分解的物質(zhì)”，大膽斷定氯氣其實是一種單質(zhì)，而不是含有氧的化合物，并根據(jù)其顏色命名為Chlorine（中譯名為氯氣）[6]。修正了拉瓦錫的兩個錯誤：并非有氧氣才可燃燒，酸不一定含氧。

根據(jù)上述材料引導學生思考：（1）氯氣有哪些物理性質(zhì)？（2）設(shè)計實驗探究氯氣和銅、氫氣的反應(yīng)。（3）設(shè)計實驗探究氯水的漂白性，氯氣和堿的反應(yīng)。（4）氯氣有毒，實驗時如何減少氯氣對環(huán)境的污染？（5）貝托雷將氯水露置在陽光下生成了鹽酸和氧氣，就認為氯氣是“含氧鹽酸”，產(chǎn)生錯誤認識的原因是什么？

學生通過思考交流、小組討論，考慮氯氣的毒性，形成下列實驗方案：

（1）探究氯氣和水的反應(yīng)。將氯水分別滴加到紫色石蕊試液、AgNO3溶液（加入少量稀硝酸），觀察實驗現(xiàn)象。

（2）探究氯氣和銅、氫氣的反應(yīng)。用坩堝鉗夾住一束細銅絲，灼熱后立即放入盛有氯氣的集氣瓶中；在空氣中點燃氫氣，然后將導管緩緩伸入盛滿氯氣的集氣瓶中，觀察實驗現(xiàn)象。

（3）探究氯水的漂白性。將干燥的有色布條和濕潤的有色布條分別放入兩瓶干燥的氯氣中，觀察實驗現(xiàn)象。

（4）探究氯氣和堿的反應(yīng)。在實驗（3）的兩集氣瓶中分別加入氫氧化鈉溶液和澄清的石灰水，振蕩，觀察實驗現(xiàn)象，寫出反應(yīng)的化學方程式。

經(jīng)過實驗探究，學生認識到實驗中使用有毒物質(zhì)的操作注意事項，掌握了氯氣和水的反應(yīng)，氯氣和金屬與非金屬的反應(yīng)，氯水的漂白性，氯氣和堿的反應(yīng)。明白氯氣本身沒有漂白性，氯氣和水反應(yīng)生成的次氯酸有漂白性。這也回答了“含氧鹽酸”錯誤的原因，貝托雷沒有發(fā)現(xiàn)氯氣和水發(fā)生反應(yīng)，且生成的次氯酸在光照條件下能分解為鹽酸和氧氣。

3.通過氯氣的制備認識技術(shù)對科學發(fā)展的作用

教學中要結(jié)合舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣的“化學史話”引導學生分析其反應(yīng)原理和實驗藥品，完成實驗儀器的選擇和組裝實驗裝置，討論實驗步驟和注意事項。在此基礎(chǔ)上，讓學生思考：（1）舍勒制備氯氣的方法至今還是實驗室制取氯氣的主要方法之一，說明什么？（2）工業(yè)生產(chǎn)如何制備氯氣？然后，讓學生按如圖裝置進行下列實驗探究：

（1）通電一段時間后，將小試管套在a管上，收集U形管左端產(chǎn)生的氣體。2min后，提起小試管，并迅速用拇指堵住試管口，移近點燃的酒精燈，松開拇指，檢驗收集到的氣體。

（2）另取一支小試管，用向上排空氣法收集從b管導出的氣體，觀察收集到的氣體的顏色。

（3）關(guān)閉電源，打開U形管左端的橡皮塞，向溶液中滴加1-2滴酚酞溶液，觀察溶液的顏色。

通過實驗探究，學生知道電解飽和食鹽水可以得到黃綠色的氯氣，同時生成氫氣和氫氧化鈉，反應(yīng)的化學方程式為：

2NaCl+2H2O■2NaOH+H2↑+Cl2↑。

從舍勒發(fā)現(xiàn)MnO2與濃鹽酸加熱制備氯氣到工業(yè)電解飽和食鹽水制備氯氣，這一過程充分體現(xiàn)了科學的探索性與技術(shù)的發(fā)展性。1799年意大利物理學家伏打發(fā)明了將化學能轉(zhuǎn)化為電能的電池，1800年英國的尼科爾遜和卡里斯爾采用伏打電池電解水獲得成功，使人們認識到可以將電用于化學研究。在他們的影響下，許多科學家紛紛用電做各種實驗。戴維也正是通過電解法，在1807-1808年發(fā)現(xiàn)了鉀、鈉、鎂、鈣、鍶、鋇等元素[7]。19世紀初，已經(jīng)提出電解食鹽水制取氯氣和燒堿；但直到19世紀末，大功率直流發(fā)電機研制成功，才使該法得以工業(yè)化。第一個制氯的工廠于1890年在德國建成，1893年在美國紐約建成第一個電解食鹽水制取氯氣和氫氧化鈉的工廠。我國最早的氯堿工廠是1930年投產(chǎn)的上海天原電化廠（現(xiàn)上海天原化工廠的前身）。目前，我國的氯堿工業(yè)主要采用隔膜法和離子膜交換法兩種生產(chǎn)工藝，引導學生思考討論隔膜法電解飽和食鹽水的原理、裝置和電極反應(yīng)等。

4. 通過氯氣泄漏的處理認識化工產(chǎn)品對環(huán)境的影響

工業(yè)生產(chǎn)通常在加壓條件下，將氯氣轉(zhuǎn)化為液氯儲存于草綠色鋼瓶中，瓶身用白字標明氯氣，便于運輸和使用。氯氣是一種有毒氣體，氯氣生產(chǎn)和貯存運輸過程中發(fā)生泄漏事故的事情時有發(fā)生，不僅給人們的生命安全和財產(chǎn)造成巨大的威脅和損失，而且直接影響正常的生產(chǎn)、生活秩序和社會安全。如，1991年5月6日，美國內(nèi)華達州氯堿廠氯氣泄漏，造成55人中毒住院，并且約1.5萬居民外出避難。2004年4月16日，重慶天原化工總廠發(fā)生氯氣泄漏和爆炸事故，造成死亡失蹤9人，15萬人緊急疏散撤離。2005年3月29日，京滬高速公路淮安段液氯泄漏事故造成27人死亡，約1萬人疏散轉(zhuǎn)移。根據(jù)這些材料，播放相關(guān)照片和視頻，引導學生結(jié)合氯氣的性質(zhì)，通過不同的社會角色來思考：一旦發(fā)生氯氣泄漏，如何應(yīng)對？

通過觀看照片和視頻，經(jīng)過交流討論，學生提出了許多處理方法。如，政府官員要成立指揮部，緊急搶救人命，全力阻止氯氣擴散，設(shè)置警戒線，組織人員疏散轉(zhuǎn)移，分析險情，科學正確部署力量等。消防干警要穿防化服進入現(xiàn)場搶救患者，排除危險源，及時轉(zhuǎn)移疏散群眾；用高壓水槍向空中噴灑含堿性物質(zhì)的水溶液；檢疫人員要檢查氯氣濃度、水源和食物等是否被污染。市民發(fā)現(xiàn)氯氣泄漏險情后，要立即向公安和消防部門報告；趕緊用濕毛巾捂住鼻子和眼睛，向上風方向或者高處跑。這樣，將知識的學習寓于事件的應(yīng)急處理中，學生不僅掌握了科學知識，也學習了公共事件的應(yīng)急處理方法。

5. 通過氯氣的應(yīng)用性作業(yè)加深對STSE理念的理解

氯氣是一種重要的化工原料，涉及氯氣生產(chǎn)和生活中實際應(yīng)用的知識很多?？梢詫⑦@些知識設(shè)計成下列作業(yè)：

（1）氯氣是一種有毒氣體，但可用于自來水的殺菌消毒。你如何看待這個問題？參觀自來水廠，了解現(xiàn)在自來水廠所用的消毒劑并比較其優(yōu)劣。

（2）買一袋漂白粉，仔細閱讀說明書上的主要成分、使用方法、注意事項、保質(zhì)期。結(jié)合所學知識對其做出解釋，寫出漂白粉使用原理和變質(zhì)時所發(fā)生反應(yīng)的化學方程式。

（3）有人將家庭用“84消毒液”（主要成分為NaClO）和“潔廁靈”（主要成分為鹽酸）一起放入馬桶進行除垢和消毒，但加入后卻產(chǎn)生一種具有強烈刺激性氣味的氣體。該氣體可能是什么？寫出反應(yīng)的化學方程式。

（4）查閱資料，分析比較“84消毒液”和“漂白粉”價格差異的原因。

（5）通過查閱資料，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項，寫一篇科技小論文。

通過這樣的作業(yè)設(shè)計，使學生了解含氯物質(zhì)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的具體作用，認識化學工業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中的地位和科學發(fā)展對技術(shù)進步的促進作用。幫助學生認識更深刻理解科學、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的相互關(guān)系，形成科學的自然觀和對待化學物質(zhì)的科學態(tài)度。

三、彰顯STSE理念的教學策略

1. 通過化學史讓學生認識科學研究的方法與過程

化學史反映的不僅是科學知識的發(fā)展過程，實際上也是技術(shù)、社會和環(huán)境的發(fā)展與變化歷程。教師通過化學史上具有里程碑意義的科學事件，引導學生追尋化學發(fā)展邏輯行程和思維行程，充分了解其研究的背景、技術(shù)和實驗思路，感受化學家進行科學研究的方法與過程。如，人類對原子結(jié)構(gòu)的認識，從古希臘哲學家德謨克利特提出原子概念到1803年道爾頓提出原子學說，因科學認知和技術(shù)條件的限制，經(jīng)歷了漫長的過程。隨著科學和技術(shù)的不斷發(fā)展，1897年，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，提出葡萄干蛋糕模型；1909年，盧瑟福用氦轟擊金箔，提出原子的核式結(jié)構(gòu)；1913年，玻爾提出原子分層排布模型；到現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學說建立的量子力學模型，人類對原子的認識經(jīng)歷了逐步深化演變和不斷發(fā)展的過程。

2. 通過社會或環(huán)境問題讓學生認識其背后的科學技術(shù)

化工產(chǎn)品已滲透到人類生活的各個領(lǐng)域，資源枯竭、環(huán)境污染和食品安全等問題直接影響人類的生存與發(fā)展。如何用科學的眼光去看待、分析和處理日常生活和環(huán)境中遇到的化學問題？這就要求教師能夠根據(jù)教學內(nèi)容選擇緊密相關(guān)的熱點材料，讓學生通過角色扮演、決策模擬等形式，對技術(shù)發(fā)展在解決社會或環(huán)境問題中所起作用進行辯論，培養(yǎng)學生的社會責任感、參與意識和決策能力。如，1948年美國的多諾拉煙霧事件，由于煉鋅廠、鋼鐵廠、硫酸廠排放的SO2、氧化物和粉塵嚴重污染大氣，導致17人死亡，5900多居民患病。教學時，學生查閱資料，對污染事件的發(fā)生提出了許多觀點：多諾拉鎮(zhèn)坐落在山谷中；霧天、無風，污染物無法擴散；居民們對空氣中的煙霧和怪味習以為常；工廠沒有處理SO2、氧化物和粉塵的有效措施等。學生通過分析討論，自然條件只是事件發(fā)生的導火索，根本原因是人們只顧追求經(jīng)濟效益，沒有環(huán)保意識，缺少處理污染物的有效技術(shù)手段，而這些問題的解決恰恰體現(xiàn)了化學對社會發(fā)展的重大貢獻。

3. 通過技術(shù)創(chuàng)新讓學生認識其依據(jù)的科學原理

迅猛發(fā)展的化學已成為生命科學、材料科學、環(huán)境科學、能源科學、信息科學等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)。教師可以通過視頻材料或帶領(lǐng)學生深入農(nóng)村、工廠參觀學習，讓學生真切感受科學技術(shù)給人類生活帶來的益處和存在的弊端，認識技術(shù)的創(chuàng)新需要依賴科學的發(fā)展。鼓勵學生認真學習科學知識，綜合考慮技術(shù)的經(jīng)濟化和綠色化，應(yīng)用科學原理造福人類。如，對燃煤產(chǎn)生SO2的處理[8]，開始人們采用“流化床”燃燒技術(shù)，即在煤中加入脫硫劑石灰石，使煤與空氣在流化過程中充分混合、燃燒生成硫酸鈣而除去硫。然后，人們又將煤燃燒產(chǎn)生的煙氣用石灰水淋洗生成亞硫酸鈣或硫酸鈣而除去。現(xiàn)在，人們又使用微生物脫硫技術(shù)，煤炭中的FeS2在水和空氣存在的條件下，在微生物作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為硫酸而除去。相關(guān)反應(yīng)可表示為：

STSE理念強調(diào)科學、技術(shù)、社會、環(huán)境之間的相互關(guān)系，重視科學的價值取向和社會效益。教師一定要充分挖掘教材的內(nèi)在因素，找準教材與STSE教育的結(jié)合點，根據(jù)學生的知識基礎(chǔ)、心理特點和認知規(guī)律，創(chuàng)設(shè)真實的教學情境。通過對相關(guān)問題的討論與辯論，讓學生認識化學在科技發(fā)展中的地位和作用，辯證地看待化學的積極作用和負面影響，贊賞化學對社會發(fā)展的重大貢獻，幫助學生形成化學與社會和諧發(fā)展的情感態(tài)度與價值觀。

參考文獻

[1][2][3]中華人民共和國教育部制訂.普通高中化學課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003：1，39，11

[4] 王祖浩.普通高中實驗教科書《化學1》[M]. 南京：江蘇教育出版社，2006，（6）：38-43

[5] 人民教育出版社課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書《化學1》教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2007：83-84

[6] 來玲玲，胡志剛. 戴維的化學研究之路[J].化學教育，2013，（2）：79

[7] 人民教育出版社課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書《化學反應(yīng)原理》教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2007：103-104

[8] 王祖浩.普通高中實驗教科書《化學與技術(shù)》[M].南京：江蘇教育出版社，2006：6，107