劉 平

（福州第七中學(xué)，福建 福州 350012）

研究性學(xué)習(xí)中STSE實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與組織
——以“除冰劑”實(shí)驗(yàn)為例

劉 平

（福州第七中學(xué)，福建 福州 350012）

以“除冰劑”實(shí)驗(yàn)為例，闡述了研究性學(xué)習(xí)中STSE實(shí)驗(yàn)的選材的要求，詳細(xì)介紹了研究性學(xué)習(xí)中STSE實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，探究了研究性學(xué)習(xí)中STSE實(shí)驗(yàn)的組織，為研究性學(xué)習(xí)中STSE實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與組織提供參考。

研究性學(xué)習(xí)；STSE教育；除冰劑；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)組織

隨著當(dāng)前教育改革的進(jìn)行，STSE教育思想在理科教學(xué)中引起關(guān)注。開(kāi)發(fā)以STSE教育思想為指導(dǎo)的中學(xué)實(shí)驗(yàn)并在研究性學(xué)習(xí)中實(shí)施，成為提高學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑。本文以北方冬天道路除冰的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為例，進(jìn)行了中學(xué)化學(xué)研究性學(xué)習(xí)的STSE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)并探討了其組織實(shí)施途徑。

一、研究性學(xué)習(xí)中STSE實(shí)驗(yàn)的選材

目前許多學(xué)者、教師都試圖結(jié)合本學(xué)科的特點(diǎn)選擇合適的課題將STSE教育思想融入到研究性學(xué)習(xí)中。如開(kāi)展綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、提倡學(xué)生在簡(jiǎn)單發(fā)明中去發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)，組織學(xué)生進(jìn)行社會(huì)調(diào)查活動(dòng)等，都可成為STSE教育實(shí)施的落腳點(diǎn)。如何確定STSE實(shí)驗(yàn)的選題在化學(xué)學(xué)科的研究性學(xué)習(xí)中尤為重要，因?yàn)檫@是STSE實(shí)驗(yàn)研究性學(xué)習(xí)成效的前提保障。

1.選題應(yīng)為社會(huì)生活常見(jiàn)問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)選題社會(huì)生活化能帶動(dòng)學(xué)生更好地參與到課堂活動(dòng)中，將教學(xué)目標(biāo)的要求轉(zhuǎn)化為學(xué)生內(nèi)在的需要，使學(xué)生在生活中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中學(xué)會(huì)更好地生活，促進(jìn)全面發(fā)展。我國(guó)幅員遼闊，每年冬天北方下雪過(guò)后，由于長(zhǎng)期低溫，積雪很難融化，地面結(jié)冰，造成交通擁堵、機(jī)場(chǎng)停運(yùn)等問(wèn)題。在研究性學(xué)習(xí)中進(jìn)行除冰劑的研究會(huì)讓學(xué)生感到化學(xué)與生活息息相關(guān)，體驗(yàn)到科學(xué)的魅力。

2.反映STSE的問(wèn)題要求

STSE教育思想綜合了科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境，重視科學(xué)技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)、生活環(huán)境以及社會(huì)發(fā)展中的作用。因此，STSE實(shí)驗(yàn)的選題是一個(gè)綜合性的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要將這些問(wèn)題都涉及到并綜合起來(lái)，才能更好地達(dá)到STSE實(shí)驗(yàn)的教育意義。

二、研究性學(xué)習(xí)中STSE實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

中學(xué)生研究性學(xué)習(xí)STSE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要包括引入問(wèn)題、猜想假設(shè)、提出實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、問(wèn)題探究以及教師評(píng)價(jià)幾個(gè)方面。

1.STSE實(shí)驗(yàn)研究方案

（1）引入問(wèn)題——實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

早在上世紀(jì)八十年代末九十年代初期，美國(guó)、日本等國(guó)家將除冰劑按用途分類(lèi)，分成了農(nóng)田融雪劑以及用于道路的化學(xué)除冰劑。而我國(guó)除冰劑的使用沒(méi)有分類(lèi)，造成了不必要的浪費(fèi)和破壞。因此需要對(duì)各種除冰劑的除冰效果、購(gòu)買(mǎi)價(jià)格、除冰后對(duì)環(huán)境帶來(lái)的危害進(jìn)行比較，從而買(mǎi)到質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的除冰劑。在探究實(shí)驗(yàn)中，將通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查、文獻(xiàn)資料檢索及實(shí)驗(yàn)測(cè)出哪一種除冰劑的除冰效果更好，并決定買(mǎi)哪一種除冰劑比較合算。

（2）實(shí)驗(yàn)藥品及器材

現(xiàn)在普遍使用的化學(xué)除冰劑主要分為非氯鹽型、氯鹽型和混合型三類(lèi)。其中混合型除冰劑是將氯鹽型和非氯鹽型的除冰劑以一定的比例混合，并添加適量的緩蝕劑，成本比其他種類(lèi)低許多，既能保證除冰效率，又能起到環(huán)保作用，被認(rèn)為是環(huán)保型融雪劑。實(shí)驗(yàn)選擇比較常見(jiàn)且價(jià)格便宜的氯化鈣以及氯化鈉除冰劑來(lái)比較除冰效果。

實(shí)驗(yàn)藥品：巖鹽或其他含NaCl的除冰劑、CaCl2除冰劑、水、碎冰。

實(shí)驗(yàn)器材：大的塑料方便盤(pán)或防水紙盤(pán)（易于扭曲以取出冰塊）、一個(gè)直徑比盤(pán)略小的碗、量杯（30mL)、湯匙（15mL）、茶匙（3mL）、攪拌棒、標(biāo)記筆、溫度計(jì)、6個(gè)方便塑料杯或防水紙杯、冰柜、秒表。

（3）實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序時(shí)要考慮實(shí)驗(yàn)步驟程序的科學(xué)性和簡(jiǎn)便性。如實(shí)驗(yàn)涉及到除冰效果的比較，則需要確定效果判定的指標(biāo)及指標(biāo)判定方法；而且，當(dāng)有多個(gè)因素影響除冰效果時(shí)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)要保持單一變量原則，這樣在探究時(shí)才能確定究竟是哪個(gè)變量的變化引起的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異。以下是根據(jù)這些原則設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟：

Ⅰ冰柜中融化冰

在標(biāo)記為A和B的兩個(gè)方便杯中放置2湯匙（30 mL）碎冰，并分別加入1茶匙（5mL）NaCl除冰劑和CaCl2除冰劑并攪拌混合，立即把這兩個(gè)杯子放入冰柜冷凍30分鐘。

Ⅱ?qū)⒊鶆┡c水混合

在標(biāo)記為A和B兩個(gè)方便杯中各加2湯匙（30mL）水，并分別加入1茶匙（5mL）NaCl除冰劑和CaCl2除冰劑并攪拌至溶解，測(cè)量溶液溫度并記錄。

Ⅲ將除冰劑暴露于空氣中

將2個(gè)方便杯標(biāo)記為A、B，并分別加入1茶匙（5mL）NaCl除冰劑和CaCl2除冰劑，室溫下暴露于空氣中一夜，觀察并記錄杯中現(xiàn)象。

Ⅳ比較除冰劑的除冰效果

①在方便塑料盤(pán)或防水紙盤(pán)中倒入半杯水，將盤(pán)放入冰柜中使水全部凝固，然后將凍成的冰盤(pán)完整地從方便盤(pán)中取出，放在一個(gè)直徑略小于紙盤(pán)的碗上。

②想一想，猜一猜：在Ⅰ—Ⅲ實(shí)驗(yàn)觀察基礎(chǔ)上，你認(rèn)為哪一種除冰劑能使冰融得更快？

③做一做：在距離冰盤(pán)邊緣5㎝處放1茶匙NaCl除冰劑，在另一端距離冰盤(pán)邊緣5㎝處放1茶匙CaCl2除冰劑。此時(shí)你看到什么現(xiàn)象？?jī)煞N除冰劑產(chǎn)生的現(xiàn)象一樣嗎？多加點(diǎn)除冰劑是否可以加快冰的融化速度呢？

（4）問(wèn)題設(shè)計(jì)

在STSE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)涉及到實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)置問(wèn)題,可以引導(dǎo)學(xué)生從不同視角去認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境等方面的問(wèn)題。例如，使用除冰劑可以加速冰雪融化，但不同的除冰劑價(jià)格以及對(duì)環(huán)境造成危害的影響程度也不同。學(xué)生通過(guò)探究做出選擇,哪種除冰劑會(huì)更好，也是在社會(huì)生活中以科學(xué)理智做出決策的表現(xiàn)。

基于以上考慮，可以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出以下問(wèn)題：

①在Ⅱ觀察基礎(chǔ)上，對(duì)一種除冰劑融冰更快的現(xiàn)象作出解釋。

②除冰劑發(fā)揮作用首先要溶于水，對(duì)Ⅲ的觀察怎樣幫助解釋Ⅳ的觀察結(jié)果？

③哪一種除冰劑在低溫下工作更好？

2.STSE實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告不僅是對(duì)實(shí)驗(yàn)的成敗做出陳述，也是對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的記錄。通過(guò)書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)的態(tài)度、仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的習(xí)慣；也可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和記憶；督促學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)基本技能和基本技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。寫(xiě)報(bào)告的過(guò)程，也鍛煉了學(xué)生運(yùn)用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)、準(zhǔn)確用詞描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力。實(shí)驗(yàn)后的總結(jié)與心得，讓學(xué)生可以自由地提出各自的觀點(diǎn)和見(jiàn)解，可以使學(xué)生的思維得到激發(fā)。

三、研究性學(xué)習(xí)中STSE實(shí)驗(yàn)的組織

1.實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)前要對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，做好前期的興趣引導(dǎo)，告訴學(xué)生研究該課題的目的。同時(shí)將學(xué)生分成小組，每個(gè)小組組內(nèi)推選出小組組長(zhǎng)。給每個(gè)小組布置明確的任務(wù)，讓他們通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查文獻(xiàn)，或去當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保局調(diào)查每年所選用的除冰劑以及除冰劑的價(jià)格。

2.實(shí)驗(yàn)中的指導(dǎo)

研究性學(xué)習(xí)STSE實(shí)驗(yàn)既可以在家庭廚房中完成，也可以在學(xué)校的探究實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，教師的指導(dǎo)需要隨實(shí)驗(yàn)環(huán)境的改變相應(yīng)調(diào)整。無(wú)論怎樣，引導(dǎo)學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)前的方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)中的觀測(cè)記錄及實(shí)驗(yàn)后的總結(jié)報(bào)告都是必不可少的。如在除冰劑實(shí)驗(yàn)中，教師要指引學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)要觀察的重點(diǎn)，在這個(gè)過(guò)程中要培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力、動(dòng)手操作能力以及描述現(xiàn)象的能力。

3.實(shí)驗(yàn)后的組織討論與匯報(bào)

實(shí)驗(yàn)后，教師需組織小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)匯報(bào)。做不同實(shí)驗(yàn)的小組需匯報(bào)各小組實(shí)驗(yàn)情況。如實(shí)驗(yàn)中教師讓學(xué)生就實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象計(jì)算出每一種除冰劑的除冰效率，同時(shí)讓學(xué)生們根據(jù)實(shí)驗(yàn)前搜集到關(guān)于除冰劑對(duì)環(huán)境的影響程度的資料，回答所設(shè)的問(wèn)題。

總之，中學(xué)生研究性學(xué)習(xí)STSE實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，將化學(xué)與生活、科學(xué)技術(shù)與環(huán)境保護(hù)結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究、自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中關(guān)注社會(huì)問(wèn)題，形成社會(huì)責(zé)任感；通過(guò)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的討論，認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)的本質(zhì)和界限，認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)既可以給人類(lèi)帶來(lái)便利，但若使用不當(dāng)又會(huì)帶來(lái)危害，形成對(duì)科學(xué)技術(shù)的正確認(rèn)識(shí)；且實(shí)驗(yàn)貼近生活，可以使學(xué)生感受到用自己已有的知識(shí)來(lái)解決生活問(wèn)題的樂(lè)趣。

［1］于晶明.試論化學(xué)教學(xué)中STSE教育的實(shí)施［J］.廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（1）.

［2］糜洛施,曹明富.我國(guó)STSE教育研究文獻(xiàn)綜述［J］.科學(xué)教育，2011（3）.

［3］吳天容,草伯興,徐莉.國(guó)外化學(xué)融雪除冰劑的開(kāi)發(fā)與進(jìn)展［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，1989（5）.

福建省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度常規(guī)課題“普通中學(xué)高質(zhì)量課堂的教學(xué)策略研究”（項(xiàng)目編號(hào)：FJJK15-511）。

（責(zé)任編輯：張賢金）