STS教育与物理化学教学

STS教育与物理化学教学 STS（Science， Technology and Society）教育是对20世纪80年代初“科学为大众”这一科学教育改革理念的回应。在中学化学教学中STS教育的理论和实践研究已经得到很大的发展，相对来说大学化学教育中提到的相对较少。物理化学是化学学科的重要分支之一，是综合性大学本科化学类专业的一门重要的基础主干课。其目的是要求学生较系统地掌握物理化学的基本原理和方法，了解化学变化过程中的一些最普遍的规律，并初步具备分析和解决在无机化学、分析化学、有机化学中所遇到的一些实际问题的能力。物理化学其实也有非常丰富的STS教育内涵。 1 STS教育的涵义 并非起源于学校科学教育领域，20世纪60年代末70年代初，美国兴起一个哲学社会学新领域—— 以多学科交叉为基础，研究科学、技术和社会相互之间关系，这就是STS研究。所以STS思想是第二次世界大战后人们对科学、技术、社会关系重新认识的产物。STS教育就是STS研究理论方面的研究成果，目的在于加深学生对科学、技术和社会相互关系的理解，提高其科学技术素养。 关于STS教育，世界范围内尚未形成权威性的公认定义。1989年，世界科学和技术教育研讨会上，将STS教育理解为“在技术和社会环境的可靠范围内教授科学内容”； 1991年，美国科学教师协会（NSTA）将STS教育教育定义为“在人类经验范围内的科学教学和学习”；基础教育新课程提倡的STS教育就是“在STS思想的指导下，为了培养了解科学技术后果、能够积极参与与科学技术有关的社会问题的决策、具有一定科学素养的公民而进行的一种教育。”STS教育以学生为中心，关注学生的学习需要；突出科学、技术与社会的相互联系，以及科学技术在社会生活、生产中的应用；为学生提供广泛的学习科学的背景，这是STS教育的基本特征。STS教育的要素是科学、技术、社会、学生，其中学生是STS教育的核心。美国科学教师协会在1982年举行的会议当中发表了一篇名为“科学—技术—社会（STS）：80年代的科学教育的情况报告书”的报告书。这篇报告书的发表标志着STS教育的兴起。 STS教育本质上是科学教育领域中实施的一种文化战略，目的就是改进整个社会的科学文化。STS教育的背景就是社会文化环境，它是一种新的科学教育模式。表现在课程上，STS教育是组织科学课程的一种新的理念。20世纪80年代，STS教育获得世界各国科学教育工作者的认可，成为世界科学教育改革的新趋势，对传统的理科课程改革产生了重要的影响。 2 教学中实施STS教育的意义 2.1 有利于学生引导联系实际、学以致用 化学教学中渗透STS教育，能够使得学生了解社会了解化学，能够将化学课上学到的内容应用到社会生活当中，能够对在社会和生活当中遇到的情况作出相应的合适的决策，做出自己的选择和判断。由此来拉近学生与化学知识的距离，把化学知识同社会实际情况联系在一起，体现知识和社会的紧密联系，以及化学知识源自社会生活，并服务于社会生活的时代主题，培养学生关注社会热点问题，参与国家决策的能力。 2.2 有利于学生科学素养的培养 科学素养是现代公民必须具备的基本素质，也是包括物理化学在内的科学课程改革的出发点和重要归宿。物理化学教学中应该充分利用STS教育理念渗透科学素养教育，让学生体验化学家进行科学探究的过程，学习科学家研究化学的科学思想和科学方法，培养学生的科学探究意识与创新精神。 化学教育的核心就是科学素养的培养，大学化学教学中常常以教师讲授为主，学生参与到教学中的机会不多。这样的教学模式很难引起学生的学习兴趣和热情。而STS教育以学生为中心，以全面提高学生的科学素养为目的，重视学生从已有的生活经验出发。关注学生所触及的与科学有关的社会话题以及与当代生活密切联系的相关科学知识，紧密联系社会生活实际，更能引起学生的共鸣和学习热情。学生感受到利用所学知识运用到实际生产生活中的巨大作用，从而极大增强学生们的学习兴趣和对未来步入社会适应社会发展的信心。对于培养学生的科学素养起到极大的推动作用。 2.3 有助于科学教育与人文教育的有效结合 人们通常从教育内容或教育目的两个角度把教育区分为科学教育与人文教育两种类型，从教育内容角度看科学教育以科学知识为主要教育内容，人文教育则以人文学科知识为主要教育内容。也可以理解为教育同时具有人文性和科学性，在學校教育中既提倡科学教育，又提倡人文教育，但在两种提法下经常会出现这种情况：无论是基础教育还是高等教育，提倡科学教育时便强调要增加自然科学课程的分量，提倡人文教育时便强调增加人文课程的分量，在教育教学改革中就表现为两种课程数量和课时量的争夺。 我国著名物理化学家傅鹰教授曾提出：“化学教育给学生以知识，化学史教育给学生以智慧。”前半句强调化学知识与技能的获得，后半句强调通过对知识与技能本身得以产生的情景再现，重现科学发现之路，让学生充分领略科学思想和方法。STS教育是将科学教育和人文教育相融合的有效途径，是综合课程的一种表现形式。 3 物理化学中体现STS教育理念的案例 物理化学中，许多内容与化学现象与衣食住行、环境能源、材料科学、医疗卫生等息息相关，突出体现了化学与社会、生活和技术的联系。物理化学教学中这样的案例有很多。 3.1 案例1：稀溶液的依数性 稀溶液的依数性指的是只依赖溶液中溶质分子的数量，而与溶质分子本性无关的性质，它是多组分系统热力学的重要内容之一。依数性包括溶液中溶剂的蒸汽压下降、凝固点降低、沸点升高和渗透压的数值。这些性质在实际生产中有着重要的实际作用。 利用凝固点下降原理，冬天在室外施工，建筑工人在砂浆中加入食盐或氯化钙；汽车驾驶员在散热水箱中加入乙二醇等等，防止砂浆和散热水箱结冰。溶液凝固点下降在冶金工业中也具有指导意义。一般金属的凝固点降低系数都较大，例如Pb的Kf≈130 K kg/mol，说明Pb中加入少量其它金属，Pb的凝固点会大大下降，利用这种原理可以制备许多低熔点合金。 钢铁工件进行氧化热处理就是应用沸点升高原理。用每升含550～650 g NaOH和100～150 g NaNO2的处理液，其沸点高达410～420 K。 溶液的渗透压在生物学中有很重要的作用，土壤种水分通过这种渗透作用，送到树梢。鲜花插在水中，可以数日不萎缩，海水中的鱼不能在淡水中生活，都与渗透压有关。工业上常常利用渗透的对立面-反渗透来为人类服务。所谓反渗透，就是在溶液上加一个额外的压力，如果这个压力超过了溶液的渗透压，那么溶液中的溶剂分子就会透过半透膜向纯溶剂一方渗透，使溶剂体积增加，这一过程叫做反渗透。反渗透原理在工业废水处理、海水淡化、浓缩溶液等方面都有广泛应用。用反渗透法来淡化海水所需要的能量仅为蒸馏法的30%，已成为一些海岛、远洋客轮、某些缺少饮用淡水的国家获得淡水的方法。 3.2 案例2：电化学 电化学是研究电与化学反应相互关系的科学，它主要涉及通过化学反应来产生电能以及通过电流导致化学变化方面的研究。电化学包含的内容十分广泛，如化学电源、电化学合成、生物电化学、电催化、电冶金等都属于电化学的范畴。比如可充电锂离子电池就是利用化学反应来产生电能，再利用电能来驱动化学反应充电，是电化学在工业生产领域的成功应用。 再比如燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，不像传统发电机需要机械传动。理论能量转换率为百分之百，无论多大的燃料电池实际发电效率都可以达到50%左右。可以实现热电联产联用，综合能源效率能达到百分之八十。燃料电池的结构为积木式，容量非常灵活，既可作为手机的电源，电容量也可以与火力发电厂相媲美。 人们常说的心电图，则是生物电化学领域在实际生活中的一个重要应用。由于在病理的情况下产生的电变化与正常情况下不同，因此医生们能从中看出由细胞构成的器官是否存在着某种疾病，它是用来检查人的心脏有否疾病的一种仪器。医生们只要对心电图进行分析便可以判断受检人的心跳是否规则、有否心脏肥大、有否心肌梗塞等疾病。 3.3 案例3：界面科学 界面科学是化学、物理、生物、材料和信息等学科之间相互交叉和渗透的一门重要的边缘科学，是当前三大科学技术（即生命科学、材料科学和信息科学）前沿领域的桥梁。由于在界面上的分子处境特殊，有许多特殊的物理和化学的性质，这些特殊的性质可广泛地应用于实际生活中。例如人工降雨的原理，就是当云层中的水蒸气达到饱和或过饱和的状态时，在云层中用飞机喷洒微小的AgI颗粒，此时AgI颗粒就成为水的凝结中心，使新相（水滴）生成时所需要的过饱和程度大大降低，云层中的水蒸气就容易凝结成水滴而落向大地。 再比如表面活性剂，指加入少量就能显著降低溶液表面张力的一类物质，通常是指降低水的表面张力。它在生活中有着非常广泛的应用，在纺织工业中，它可以用作润湿剂、净洗剂、匀染剂等；在造纸工业中可以用作除油剂、软化剂等；在日常生活中主要用作去污剂等等。 物理化学是本科教学中最基础的内容之一，课程的教学内容要着眼于为学生今后的学习和发展奠定基础，这与STS教育的基本思想相吻合。以新世纪基础教育改革为契机，大学化学教育中STS教育也理应得到足够的重视。目前，STS教育已得到我国教育界众多人士的认可，但真正将STS教育的思想落實到学校教育中还需要做更多的工作。STS教育是对当代科学教育目标的一种理性反映。物理化学中STS教育内容很多，教师应该坚持STS教育理念，以取得更好地教学效果。