STS教育與物理化學教學

丁津津

摘 要：STS教育是世界科學教育改革的新趨勢，對傳統(tǒng)的理科課程改革具有重要的影響。通過列舉物理化學中體現STS教育理念的案例，闡明在物理化學教學中貫徹STS教育理念，有利于學生引導聯系實際、學以致用；有利于學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)；有助于科學教育與人文教育的有效結合。

關鍵詞：STS教育 物理化學教學 科學素養(yǎng)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）04（a）-0105-02

STS（Science， Technology and Society）教育是對20世紀80年代初“科學為大眾”這一科學教育改革理念的回應。在中學化學教學中STS教育的理論和實踐研究已經得到很大的發(fā)展，相對來說大學化學教育中提到的相對較少。物理化學是化學學科的重要分支之一，是綜合性大學本科化學類專業(yè)的一門重要的基礎主干課。其目的是要求學生較系統(tǒng)地掌握物理化學的基本原理和方法，了解化學變化過程中的一些最普遍的規(guī)律，并初步具備分析和解決在無機化學、分析化學、有機化學中所遇到的一些實際問題的能力。物理化學其實也有非常豐富的STS教育內涵。

1 STS教育的涵義

并非起源于學?？茖W教育領域，20世紀60年代末70年代初，美國興起一個哲學社會學新領域—— 以多學科交叉為基礎，研究科學、技術和社會相互之間關系，這就是STS研究。所以STS思想是第二次世界大戰(zhàn)后人們對科學、技術、社會關系重新認識的產物。STS教育就是STS研究理論方面的研究成果，目的在于加深學生對科學、技術和社會相互關系的理解，提高其科學技術素養(yǎng)。

關于STS教育，世界范圍內尚未形成權威性的公認定義。1989年，世界科學和技術教育研討會上，將STS教育理解為“在技術和社會環(huán)境的可靠范圍內教授科學內容”； 1991年，美國科學教師協(xié)會（NSTA）將STS教育教育定義為“在人類經驗范圍內的科學教學和學習”；基礎教育新課程提倡的STS教育就是“在STS思想的指導下，為了培養(yǎng)了解科學技術后果、能夠積極參與與科學技術有關的社會問題的決策、具有一定科學素養(yǎng)的公民而進行的一種教育?！盨TS教育以學生為中心，關注學生的學習需要；突出科學、技術與社會的相互聯系，以及科學技術在社會生活、生產中的應用；為學生提供廣泛的學習科學的背景，這是STS教育的基本特征。STS教育的要素是科學、技術、社會、學生，其中學生是STS教育的核心。美國科學教師協(xié)會在1982年舉行的會議當中發(fā)表了一篇名為“科學—技術—社會（STS）：80年代的科學教育的情況報告書”的報告書。這篇報告書的發(fā)表標志著STS教育的興起。

STS教育本質上是科學教育領域中實施的一種文化戰(zhàn)略，目的就是改進整個社會的科學文化。STS教育的背景就是社會文化環(huán)境，它是一種新的科學教育模式。表現在課程上，STS教育是組織科學課程的一種新的理念。20世紀80年代，STS教育獲得世界各國科學教育工作者的認可，成為世界科學教育改革的新趨勢，對傳統(tǒng)的理科課程改革產生了重要的影響。

2 教學中實施STS教育的意義

2.1 有利于學生引導聯系實際、學以致用

化學教學中滲透STS教育，能夠使得學生了解社會了解化學，能夠將化學課上學到的內容應用到社會生活當中，能夠對在社會和生活當中遇到的情況作出相應的合適的決策，做出自己的選擇和判斷。由此來拉近學生與化學知識的距離，把化學知識同社會實際情況聯系在一起，體現知識和社會的緊密聯系，以及化學知識源自社會生活，并服務于社會生活的時代主題，培養(yǎng)學生關注社會熱點問題，參與國家決策的能力。

2.2 有利于學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)

科學素養(yǎng)是現代公民必須具備的基本素質，也是包括物理化學在內的科學課程改革的出發(fā)點和重要歸宿。物理化學教學中應該充分利用STS教育理念滲透科學素養(yǎng)教育，讓學生體驗化學家進行科學探究的過程，學習科學家研究化學的科學思想和科學方法，培養(yǎng)學生的科學探究意識與創(chuàng)新精神。

化學教育的核心就是科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，大學化學教學中常常以教師講授為主，學生參與到教學中的機會不多。這樣的教學模式很難引起學生的學習興趣和熱情。而STS教育以學生為中心，以全面提高學生的科學素養(yǎng)為目的，重視學生從已有的生活經驗出發(fā)。關注學生所觸及的與科學有關的社會話題以及與當代生活密切聯系的相關科學知識，緊密聯系社會生活實際，更能引起學生的共鳴和學習熱情。學生感受到利用所學知識運用到實際生產生活中的巨大作用，從而極大增強學生們的學習興趣和對未來步入社會適應社會發(fā)展的信心。對于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)起到極大的推動作用。

2.3 有助于科學教育與人文教育的有效結合

人們通常從教育內容或教育目的兩個角度把教育區(qū)分為科學教育與人文教育兩種類型，從教育內容角度看科學教育以科學知識為主要教育內容，人文教育則以人文學科知識為主要教育內容。也可以理解為教育同時具有人文性和科學性，在學校教育中既提倡科學教育，又提倡人文教育，但在兩種提法下經常會出現這種情況：無論是基礎教育還是高等教育，提倡科學教育時便強調要增加自然科學課程的分量，提倡人文教育時便強調增加人文課程的分量，在教育教學改革中就表現為兩種課程數量和課時量的爭奪。

我國著名物理化學家傅鷹教授曾提出：“化學教育給學生以知識，化學史教育給學生以智慧。”前半句強調化學知識與技能的獲得，后半句強調通過對知識與技能本身得以產生的情景再現，重現科學發(fā)現之路，讓學生充分領略科學思想和方法。STS教育是將科學教育和人文教育相融合的有效途徑，是綜合課程的一種表現形式。

3 物理化學中體現STS教育理念的案例

物理化學中，許多內容與化學現象與衣食住行、環(huán)境能源、材料科學、醫(yī)療衛(wèi)生等息息相關，突出體現了化學與社會、生活和技術的聯系。物理化學教學中這樣的案例有很多。

3.1 案例1：稀溶液的依數性

稀溶液的依數性指的是只依賴溶液中溶質分子的數量，而與溶質分子本性無關的性質，它是多組分系統(tǒng)熱力學的重要內容之一。依數性包括溶液中溶劑的蒸汽壓下降、凝固點降低、沸點升高和滲透壓的數值。這些性質在實際生產中有著重要的實際作用。

利用凝固點下降原理，冬天在室外施工，建筑工人在砂漿中加入食鹽或氯化鈣；汽車駕駛員在散熱水箱中加入乙二醇等等，防止砂漿和散熱水箱結冰。溶液凝固點下降在冶金工業(yè)中也具有指導意義。一般金屬的凝固點降低系數都較大，例如Pb的Kf≈130 K kg/mol，說明Pb中加入少量其它金屬，Pb的凝固點會大大下降，利用這種原理可以制備許多低熔點合金。

鋼鐵工件進行氧化熱處理就是應用沸點升高原理。用每升含550～650 g NaOH和100～150 g NaNO2的處理液，其沸點高達410～420 K。

溶液的滲透壓在生物學中有很重要的作用，土壤種水分通過這種滲透作用，送到樹梢。鮮花插在水中，可以數日不萎縮，海水中的魚不能在淡水中生活，都與滲透壓有關。工業(yè)上常常利用滲透的對立面-反滲透來為人類服務。所謂反滲透，就是在溶液上加一個額外的壓力，如果這個壓力超過了溶液的滲透壓，那么溶液中的溶劑分子就會透過半透膜向純溶劑一方滲透，使溶劑體積增加，這一過程叫做反滲透。反滲透原理在工業(yè)廢水處理、海水淡化、濃縮溶液等方面都有廣泛應用。用反滲透法來淡化海水所需要的能量僅為蒸餾法的30%，已成為一些海島、遠洋客輪、某些缺少飲用淡水的國家獲得淡水的方法。

3.2 案例2：電化學

電化學是研究電與化學反應相互關系的科學，它主要涉及通過化學反應來產生電能以及通過電流導致化學變化方面的研究。電化學包含的內容十分廣泛，如化學電源、電化學合成、生物電化學、電催化、電冶金等都屬于電化學的范疇。比如可充電鋰離子電池就是利用化學反應來產生電能，再利用電能來驅動化學反應充電，是電化學在工業(yè)生產領域的成功應用。

再比如燃料電池發(fā)電，是將燃料的化學能直接轉換為電能，不需要進行燃燒，不像傳統(tǒng)發(fā)電機需要機械傳動。理論能量轉換率為百分之百，無論多大的燃料電池實際發(fā)電效率都可以達到50%左右?？梢詫崿F熱電聯產聯用，綜合能源效率能達到百分之八十。燃料電池的結構為積木式，容量非常靈活，既可作為手機的電源，電容量也可以與火力發(fā)電廠相媲美。

人們常說的心電圖，則是生物電化學領域在實際生活中的一個重要應用。由于在病理的情況下產生的電變化與正常情況下不同，因此醫(yī)生們能從中看出由細胞構成的器官是否存在著某種疾病，它是用來檢查人的心臟有否疾病的一種儀器。醫(yī)生們只要對心電圖進行分析便可以判斷受檢人的心跳是否規(guī)則、有否心臟肥大、有否心肌梗塞等疾病。

3.3 案例3：界面科學

界面科學是化學、物理、生物、材料和信息等學科之間相互交叉和滲透的一門重要的邊緣科學，是當前三大科學技術（即生命科學、材料科學和信息科學）前沿領域的橋梁。由于在界面上的分子處境特殊，有許多特殊的物理和化學的性質，這些特殊的性質可廣泛地應用于實際生活中。例如人工降雨的原理，就是當云層中的水蒸氣達到飽和或過飽和的狀態(tài)時，在云層中用飛機噴灑微小的AgI顆粒，此時AgI顆粒就成為水的凝結中心，使新相（水滴）生成時所需要的過飽和程度大大降低，云層中的水蒸氣就容易凝結成水滴而落向大地。

再比如表面活性劑，指加入少量就能顯著降低溶液表面張力的一類物質，通常是指降低水的表面張力。它在生活中有著非常廣泛的應用，在紡織工業(yè)中，它可以用作潤濕劑、凈洗劑、勻染劑等；在造紙工業(yè)中可以用作除油劑、軟化劑等；在日常生活中主要用作去污劑等等。

物理化學是本科教學中最基礎的內容之一，課程的教學內容要著眼于為學生今后的學習和發(fā)展奠定基礎，這與STS教育的基本思想相吻合。以新世紀基礎教育改革為契機，大學化學教育中STS教育也理應得到足夠的重視。目前，STS教育已得到我國教育界眾多人士的認可，但真正將STS教育的思想落實到學校教育中還需要做更多的工作。STS教育是對當代科學教育目標的一種理性反映。物理化學中STS教育內容很多，教師應該堅持STS教育理念，以取得更好地教學效果。

參考文獻

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