中學化學課堂中培養(yǎng)學生工程思維的思考

福建省龍巖第一中學(364000) 鄒國華

1 問題的提出

隨著世界文明的發(fā)展，人類改造世界、創(chuàng)造物質的能力也在不斷地增強。人類起初使用的工具和食物，均來自大自然原始材料的簡單加工，且一般為個體行為。伴隨著社會的發(fā)展，人類開始制造出新工具，創(chuàng)造出新材料，個體加工已經(jīng)滿足不了社會的需求，批量生產(chǎn)應運而生。與個體加工不同，批量生產(chǎn)考慮的問題更加多元、復雜，需要在特定的思維角度進行思考和探索，這種奇妙而復雜的思維方式后來被概括為工程思維。

目前而言，工程思維的培養(yǎng)主要在高等教育中開展，基礎教育階段工程思維教育長期缺失，在很大程度上影響了學生的專業(yè)追求和職業(yè)取向的形成?；瘜W是一門實用型學科，將化學知識運用于生產(chǎn)、生活，促進人類社會持續(xù)、健康地發(fā)展，是化學研究的價值追求。中學階段的化學學習，不是死記硬背化學知識，而是需要在真實、具體的問題情境中通過問題解決、任務探究等建構和發(fā)展的。課堂教學中，結合具體的教學內容，可以選擇對應的工程類真實情境作為教學載體，如合成氨工業(yè)、氯堿工業(yè)、硫酸工業(yè)、硝酸工業(yè)、海水提溴等，都是很好的工程類素材。選取工程類素材作為情境載體進行教學時往往涉及工程思維，這也為中學階段培養(yǎng)學生的工程思維提供了平臺和機會，因此中學階段化學課堂中培養(yǎng)學生的工程思維既可行也很有必要。

2 中學化學可培養(yǎng)的工程思維要素分析

工程思維包含的要素很多，是系統(tǒng)的、復雜的思維方式。鑒于已有的研究成果及筆者的化學教學經(jīng)驗，筆者梳理出中學化學教學可培養(yǎng)的工程思維要素有：創(chuàng)造性思維、系統(tǒng)性思維、權衡性思維、價值性思維、雙贏性思維，具體涵義見表1。

表1 中學化學教育可培養(yǎng)的工程思維要素含義

工程思維的培養(yǎng)不是一蹴而就的，需要在真實情境載體中自我構建、不斷提升。一個工程素材中可挖掘出與教學階段適切的工程問題，教師圍繞工程問題設計層層遞進的活動任務，引導學生運用工程思維探究問題解決方案，構建、提升工程思維能力。

3 新課標隱含的工程思維分析

《普通高中化學課程標準(2017年版)》是新課程的綱領性文件，為教師的教與學生的學指明了方向。核心素養(yǎng)和工程思維的培育都需要以真實的情境為載體，二者間有緊密聯(lián)系。筆者根據(jù)中學化學教學可培養(yǎng)的工程思維要素的內涵，提取出意義相同或相近的關鍵詞，并以此關鍵詞在新課標中進行檢索，得出表2結果。

若匹配詞語或語句針對的對象為學生，且在語境中的涵義與對應的工程思維要素的具體涵義一致或者相近，則認為該處匹配相關程度高；若匹配詞語或語句針對的對象非學生(如“培育民主、互助、進取、分享與創(chuàng)新的教研文化”對象為教師)，或在語境中的涵義與對應的工程思維要素的涵義不一致，則認為該處匹配相關程度低。從分析結果可看出，新課標雖然沒有明確提出工程思維培養(yǎng)等相關內容，但隱含了工程思維的培養(yǎng)要求，其中創(chuàng)造性、系統(tǒng)性、價值性、雙贏性思維要素高相關匹配均大于20處，說明新課標認為這幾種思維要素具有一定意義，在教學中要給予關注。權衡性思維雖然只有3處高相關匹配，但這種思維在生活、工作中也有重要作用，如生活、工作中要面對各種各樣的抉擇，可能沒有標準答案，需要自己綜合各方面的因素進行分析，最終做出適合自己的選擇。從以上分析來看，化學教學中培養(yǎng)學生的工程思維，亦為新課標隱含的教學要求，中學化學課堂培養(yǎng)學生的工程思維具有實際意義。

4 挖掘工程素材，培養(yǎng)工程思維

4.1 挖掘教材中的工程素材

高中化學教材的編寫關注化學與生產(chǎn)生活的聯(lián)系，突出化學學科的實用價值，在必修課程和選擇性必修“化學反應原理”模塊中包含或者從中可挖掘的化工生產(chǎn)有：工業(yè)制硫酸、工業(yè)制硝酸、工業(yè)合成氨、高爐煉鐵、石油的煉制、海水的綜合利用(曬鹽、提鎂、提溴)、海產(chǎn)品(海帶)提碘、煤的綜合利用、電冶金、氯堿工業(yè)、侯氏制堿等。此外，選擇性必修的另外兩個模塊、選修課程3個系列中還可挖掘其他化工生產(chǎn)素材。這類素材資源豐富，通過數(shù)據(jù)庫、書籍、網(wǎng)絡等方式即可獲取，經(jīng)過篩選、加工轉化可變成優(yōu)秀的情境載體，滲透對應的工程思維。以工業(yè)制硝酸為例，選擇角度，收集資料，篩選、加工、轉化之后設計成促進工程思維發(fā)展的教學問題見表3。

4.2 開發(fā)身邊的工程素材

化學就在我們身邊，只要我們帶著發(fā)現(xiàn)的眼睛、思考的頭腦觀察和分析發(fā)生在自己周圍的事件，并及時收集資料，也能開發(fā)出好的情境載體。平時多關注社會熱點問題，多了解材料、制藥、食品、環(huán)境等領域的發(fā)展，多走訪參觀周邊的企業(yè)就可能挖掘出很好的資源，如工業(yè)廢氣的脫硫、脫硝問題，礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，新能源電池的生產(chǎn)等或許就能成為課堂素材。筆者結合實際經(jīng)驗，介紹一素材開發(fā)案例：筆者所在城市有兩家火電廠，為了控制煙氣中氮氧化物排放，煙氣需經(jīng)過除塵、脫硫、脫硝后，再排放到大氣中。而本市就有一家生成、銷售環(huán)保器材的公司，其主導產(chǎn)品中有催化還原(SCR)脫硝設備，筆者走訪了企業(yè)，整合素材，開設了一節(jié)項目式學習省級公開課——“煙氣脫硝原理及工藝條件選擇的探究”。課堂主要圍繞煙氣中氮氧化物的來源、危害，消除氮氧化物污染的方法，SCR氨氣脫硝技術的原理，工藝煙氣脫硝的條件選擇等問題設計成探究任務，并侍機滲透工程思維的培養(yǎng)因素。

4.3 生產(chǎn)工藝類情境試題的開發(fā)和挖掘