挖掘“簡單知識”背后的STSE教育價(jià)值

徐宇峰　陳婷婷

摘要：鐵合金和新型合金的內(nèi)容涉及的化學(xué)學(xué)科知識要求不高但背景知識復(fù)雜，常見的“劃、記”教學(xué)方式不能充分體現(xiàn)其重要的STSE教育價(jià)值。教學(xué)中可通過全面整合教學(xué)素材，促進(jìn)多學(xué)科融合，改進(jìn)學(xué)習(xí)方式，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生“性能決定用途”的學(xué)科觀念。

關(guān)鍵詞：金屬材料：鐵合僉;新型合金;STSE教育

文章編號：1008-0546（ 2022）08x-0039-04 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.08x.010

一、對“鐵金屬材料”的內(nèi)容分析

人教版必修第一冊第三章“鐵金屬材料”的前言指出，金屬材料對于促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展、改善人類生活發(fā)揮了巨大作用。對不同類型合金的性能和用途的認(rèn)識，可以進(jìn)一步提升學(xué)生性能決定用途的觀念。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出：了解鐵及其重要化合物的主要性質(zhì)，了解他們在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用;認(rèn)識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在促進(jìn)社會文明進(jìn)步、自然資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)中的重要價(jià)值。[1]

相關(guān)的“學(xué)業(yè)要求”分析：能根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)、生活及環(huán)境中的某些常見問題，說明妥善保存、合理使用化學(xué)品的常見方法。能說明常見金屬材料對社會發(fā)展的價(jià)值及對環(huán)境的影響。能有意識地運(yùn)用所學(xué)的知識或?qū)で笙嚓P(guān)證據(jù)參與有關(guān)金屬材料的社會性議題的討論。

鑒于金屬材料在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位和在日常生活中的廣泛應(yīng)用，學(xué)生有必要了解金屬材料的重要作用和面臨的挑戰(zhàn)?！敖饘俨牧稀庇胸S富的STSE（科學(xué)一技術(shù)一社會一環(huán)境）教育價(jià)值，其內(nèi)容有：對科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)觀、科學(xué)思維習(xí)慣的培養(yǎng);對科學(xué)與技術(shù)的差別的認(rèn)識;對科學(xué)、技術(shù)在社會生活方面的影響的認(rèn)識;對人與自然的關(guān)系、可持續(xù)發(fā)展及科學(xué)技術(shù)對環(huán)境影響的認(rèn)識;對以科學(xué)、技術(shù)為基礎(chǔ)的合理決策力的培養(yǎng)。[2]

二、教學(xué)中的困境及解決策略

人教版必修第一冊第三章第二節(jié)“金屬材料”的主要內(nèi)容有鐵合金、鋁合金和新型合金。“鋁和鋁合金”中有鋁、氧化鋁與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的實(shí)驗(yàn)及化學(xué)反應(yīng)，較為細(xì)致地介紹了鋁表面保護(hù)膜，呈現(xiàn)了鋁合金材料特點(diǎn)。除此之外，鐵合金及新型合金的內(nèi)容對化學(xué)知識要求低，但背景知識很廣博。大部分教師缺乏相關(guān)知識背景，一般也不了解前沿的科技發(fā)展，學(xué)生知識基礎(chǔ)和感性認(rèn)識較為單薄。因此，教師常常采用“劃重點(diǎn)”的方式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生以“填空、記憶”的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，但是這樣的教學(xué)無法體現(xiàn)“金屬材料”所蘊(yùn)含的STSE價(jià)值。筆者認(rèn)為關(guān)于鐵合金和新型合金的教學(xué)應(yīng)聚焦以下四個(gè)問題：

問題1.生產(chǎn)力的進(jìn)步推動(dòng)社會發(fā)展，生產(chǎn)力的發(fā)展又依賴于生產(chǎn)工具（材料）的發(fā)展。鐵合金材料在人類歷史發(fā)展進(jìn)程中扮演了什么樣角色？

問題2.組成和結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性能決定用途。古人是如何改良鐵合金材料的？

問題3.古代鐵合金發(fā)展歷經(jīng)兩千多年，進(jìn)展緩慢，而近現(xiàn)代煉鋼技術(shù)迅速發(fā)展，其原因是什么？

問題4.新型合金的發(fā)展與鋼鐵技術(shù)的發(fā)展有什么關(guān)聯(lián)？

通過上述四個(gè)問題的探討，能有效體現(xiàn)STSE教育價(jià)值，發(fā)展學(xué)生綜合素養(yǎng)。

三、“鐵合金和新型合金”的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.學(xué)情分析

經(jīng)過初中和高一歷史的學(xué)習(xí)，高一學(xué)生都知道人類歷史發(fā)展劃分為石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等。知曉在春秋戰(zhàn)國時(shí)期，鐵器使用和牛耕的推廣帶來生產(chǎn)力的重大進(jìn)步，使社會經(jīng)濟(jì)有顯著發(fā)展，促使了各諸侯國紛紛變法改革。

學(xué)生初步具備了“生產(chǎn)工具的進(jìn)步促進(jìn)生產(chǎn)力提高，生產(chǎn)力提高促進(jìn)社會發(fā)展”這個(gè)觀念，也了解古代煉鐵的基本原理（一氧化碳還原鐵礦石），但不了解古人是如何改良鐵合金的。學(xué)生不了解現(xiàn)代煉鋼技術(shù)與古代煉鐵技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別，也不了解現(xiàn)代煉鋼技術(shù)發(fā)展趨勢。這些內(nèi)容需要較多跨學(xué)科的知識背景，一方面需要將學(xué)生已有的零散知識、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整合，另一方面需要提供部分背景知識豐富學(xué)生的認(rèn)識，這樣才能充分挖掘本節(jié)課的內(nèi)涵價(jià)值。

2.教學(xué)目標(biāo)

目標(biāo)1：通過梳理歷史教材，交流觀點(diǎn)，了解鐵合金材料對中國古代歷史發(fā)展的重要影響。

目標(biāo)2：從古代冶鐵工藝的發(fā)展和不同種類鋼鐵的元素組成對比，認(rèn)識到鐵合金組成的變化帶來了其性能的改進(jìn)，發(fā)展學(xué)生“組成結(jié)構(gòu)決定性能，性能決定用途”的觀念。

目標(biāo)3：通過閱讀專業(yè)文獻(xiàn)和交流，對比古代、現(xiàn)代煉鐵和新型合金的差異，認(rèn)識到科學(xué)原理與現(xiàn)代工程技術(shù)對材料變革的重要意義。

3.教學(xué)素材準(zhǔn)備

（1）梳理并討論相關(guān)文獻(xiàn)資料（見表1、表2）

（2）拍攝打鐵鋪，采訪工匠，了解工藝

在溫州的某縣城里依舊可以找到一兩處傳統(tǒng)的打鐵鋪，筆者拍攝了修補(bǔ)、打造農(nóng)具的過程，讓工匠師傅現(xiàn)身說法，并分析傳統(tǒng)工藝（捶打、淬火、發(fā)藍(lán)）背后的化學(xué)原理。

（3）收集各類合金材料

收集鐵絲、鐵釘、回形針、德系和日系菜刀等典型的鐵合金制品;準(zhǔn)備記憶合金產(chǎn)品（玩具、眼鏡架），整理相關(guān)的產(chǎn)品說明。

（4）教學(xué)環(huán)節(jié)

課前，學(xué)生分組，一部分學(xué)生以“鐵器發(fā)展對中國古代封建社會有什么影響？”為主題查閱人教版高一歷史必修教材，整理相關(guān)內(nèi)容;另一部分學(xué)生以“工業(yè)革命前后鋼鐵發(fā)展有哪些關(guān)鍵階段？”為主題，閱讀文獻(xiàn)《鋼鐵冶金工程的演化過程與規(guī)律》，整理相關(guān)內(nèi)容。 教學(xué)流程見表3。

四、教學(xué)感悟

1.不同學(xué)科的融合是體現(xiàn)STSE價(jià)值的必由之路

學(xué)生帶著任務(wù)在整理《歷史（必修）》教材相關(guān)內(nèi)容過程中，不斷感到驚喜，打破了不同學(xué)科之間的界限，“鐵合金”將歷史、政治、經(jīng)濟(jì)、軍事及科學(xué)的相關(guān)內(nèi)容交織在一起，不同學(xué)科的融合讓學(xué)生有更加廣泛、更加深刻的視野。學(xué)生不由感嘆道，對世界的認(rèn)識都不一樣了。STSE教育不是簡單、直白的呈現(xiàn)，而是需要在一項(xiàng)具體任務(wù)的完成過程中，自覺地調(diào)用不同學(xué)科的知識經(jīng)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)，在問題解決中自然而然地體驗(yàn)和感悟。

2.專業(yè)文獻(xiàn)的閱讀是深化學(xué)科認(rèn)識的重要方式

筆者在大量文獻(xiàn)中選擇了中國工程院院士張壽榮先生2010年發(fā)表在《工程研究——跨學(xué)科視野中的工程》雜志上的一篇文章——“鋼鐵冶金工程的演化過程與規(guī)律”，引導(dǎo)學(xué)生從“工業(yè)革命前后鋼鐵發(fā)展有哪些關(guān)鍵階段？”這個(gè)視角進(jìn)行梳理，整理了工業(yè)革命后鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展的若干個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，很自然地發(fā)現(xiàn)近現(xiàn)代鋼鐵發(fā)展迅速的原因，也發(fā)現(xiàn)古代鋼鐵冶煉雖然歷經(jīng)2千年卻發(fā)展緩慢的本質(zhì)原因。STSE教育必定會涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識背景，對學(xué)生（包括教師）而言需要更加深入地理解學(xué)科本質(zhì)、了解交叉學(xué)科發(fā)展情況。值得注意的是，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息良莠不齊，選擇適合學(xué)生的權(quán)威文獻(xiàn)顯得特別重要。

3.學(xué)習(xí)方式的整合是提高學(xué)習(xí)效率的有效途徑

STSE教育涉及多學(xué)科內(nèi)容，整合好各類信息，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)方式能有效提高學(xué)習(xí)效率。本節(jié)課將歷史教材、專業(yè)文獻(xiàn)、拍攝編輯打鐵鋪的視頻、各類圖片及鐵合金、記憶合金實(shí)物等各種素材進(jìn)行統(tǒng)籌安排，并且進(jìn)行精心整合。例如：在課前布置文獻(xiàn)閱讀任務(wù)，課中交流閱讀思考成果;在播放打鐵鋪的視頻中適時(shí)對“鍛打、淬火、發(fā)藍(lán)”背后的化學(xué)原理提出問題;將記憶合金玩具進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn);從合金的組成一性能角度分析德國和日本菜刀的說明書。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 周開軍.STSE理念及其與中學(xué)化學(xué)教學(xué)的整合[J].化學(xué)教育，2012，33（01）：31-32，38.

[3]張海鵬，徐藍(lán)，普通高中教科書·歷史（必修）.中外歷史綱要（上）[M].北京：人民教育出版社，2019.

[4]張壽榮，鋼鐵冶金工程的演化過程與規(guī)律[J].工程研究——跨學(xué)科視野中的工程，2010，2（3）：251-263.