踐行STSE理念的德國(guó)化學(xué)教材特色研究

鄧育紅+倪娟

摘要：STSE（科學(xué)-技術(shù)-社會(huì)-環(huán)境）教育是現(xiàn)代理科教育的重要指導(dǎo)思想。德國(guó)中學(xué)化學(xué)教材《今日化學(xué)》在內(nèi)容選擇、案例剖析和方法應(yīng)用等方面都較好地體現(xiàn)了STSE教育的理念，可資我們的教材編寫及教學(xué)借鑒。

關(guān)鍵詞：德國(guó)教材；STSE理念；教材研究

文章編號(hào)：1005-6629（2015）11-0092-05 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

STSE是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、社會(huì)（Society）、環(huán)境（Environment）的英文縮寫。人類發(fā)展的歷史實(shí)際上是科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境相互作用的產(chǎn)物。可持續(xù)性發(fā)展本質(zhì)上就是科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，最重要的是人必須具有可持續(xù)性發(fā)展的意識(shí)、思想和能力。因此，STSE作為一種科學(xué)教育思維模式和價(jià)值觀在世界各地全面興起，它不僅關(guān)注科學(xué)、技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，更要重視和關(guān)心環(huán)境和環(huán)保問題，確?？沙掷m(xù)發(fā)展。美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中提出了STSE教育觀念。加拿大國(guó)家《科學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)公共綱要》中明確指出：“基于本綱要的豐富多樣的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)將給學(xué)生提供許多機(jī)會(huì)進(jìn)行探索、分析、評(píng)價(jià)、綜合和欣賞，并且理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)以及將影響他們個(gè)人的生活、職業(yè)和未來的環(huán)境之間的相互作用?！边@標(biāo)志著STSE科學(xué)教育范型的建立，即旨在通過科學(xué)一技術(shù)一社會(huì)一環(huán)境（STSE）教育學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，提高公民的科學(xué)素養(yǎng)。

理科課程是落實(shí)STSE教育理念的重要途徑，教材是重要的課程資源，是教師進(jìn)行教學(xué)的范例，更是落實(shí)STSE教育思想的關(guān)鍵。本文以德國(guó)萊茵蘭-普法爾茨州的中等化學(xué)教材《今日化學(xué)Ⅰ》（Chemie heute-Sekundarbereich Ⅰ）和《今日化學(xué)Ⅱ》（chemie heute-SekundarberichⅡ）為藍(lán)本，分析教材內(nèi)容及編排方式，發(fā)掘其中的STSE教育理念，為我們的教材編寫和使用提供借鑒和參考。

1 《今日化學(xué)》教材中STSE理念的體現(xiàn)

1.1整合社會(huì)性知識(shí)和學(xué)科性知識(shí)，綜合性強(qiáng)

近年來“整合”已成為基礎(chǔ)教育階段科學(xué)課程改革的趨勢(shì)。整合的目的在于“通過少數(shù)大概念來統(tǒng)整學(xué)科知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生參與科學(xué)工程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要原理的深入探索，發(fā)展學(xué)生的整合理解并在其中滲透科學(xué)本質(zhì)教育和STSE教育”。《今日化學(xué)》教材有機(jī)整合學(xué)科性知識(shí)和社會(huì)性知識(shí)，精心組織教材，將學(xué)科知識(shí)融入其產(chǎn)生的背景以及它在現(xiàn)實(shí)社會(huì)生活中的應(yīng)用中加以介紹，兼顧了學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性和STSE教育的獨(dú)立性，避免了知識(shí)學(xué)習(xí)和情感教育兩張皮的現(xiàn)象，達(dá)到了知識(shí)與技能、過程與方法以及情感態(tài)度與價(jià)值觀三維目標(biāo)的和諧共贏。

德國(guó)的化學(xué)工業(yè)領(lǐng)譽(yù)全球，染料、藥物更是他們的拳頭產(chǎn)品。因此，《今日化學(xué)Ⅱ》教材中各以一章的篇幅分別介紹染料和藥物?！叭玖稀边@一章首先從電子波譜和光的吸收及反射角度介紹物質(zhì)為什么有顏色；第二節(jié)從有機(jī)染料的結(jié)構(gòu)和光吸收的角度分析有共軛雙鍵的吸收原理，從而了解染料中發(fā)色基團(tuán)以及影響發(fā)色的官能團(tuán)，并且介紹了視覺過程的化學(xué)原理；第三節(jié)從靛藍(lán)、胭脂紅、胡蘿卜素等天然色素的結(jié)構(gòu)、提取方法、應(yīng)用發(fā)展等角度學(xué)習(xí)染料的知識(shí)，并以附錄“靛藍(lán)專利”為題，介紹了德國(guó)及歐洲的專利制度，包括專利的歷史、申請(qǐng)方法、費(fèi)用及保護(hù)期限等，非常詳實(shí)（如圖1）；第四節(jié)則是介紹了偶氮類及蒽醌類合成染料，讓學(xué)生了解重氮化和偶聯(lián)反應(yīng)；第五、六節(jié)則從染料與纖維之間的鍵合作用、紡織品的染色工藝等角度展開；最后一節(jié)介紹了指示劑色素：常用指示劑的結(jié)構(gòu)、變色原理。

整章內(nèi)容綜合性強(qiáng)，以化學(xué)學(xué)習(xí)及生活生產(chǎn)中實(shí)際使用的染料為主線，十分注重對(duì)染料結(jié)構(gòu)、發(fā)色基團(tuán)、反應(yīng)原理及織物與染料的鍵合情況等化學(xué)學(xué)科知識(shí)的深化，同時(shí)有很多科技發(fā)展細(xì)節(jié)，更有大量的物理、生物等其他學(xué)科的知識(shí)，在內(nèi)容的深度、廣度、綜合性方面均達(dá)到了一定高度，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活及未來的職業(yè)生涯具有重要的意義。

阿司匹林是一種廣泛應(yīng)用的極具代表性的藥物，也是德國(guó)科技和產(chǎn)業(yè)界的驕傲?！督袢栈瘜W(xué)Ⅱ》最后一章“藥物”（其內(nèi)容結(jié)構(gòu)見圖2）中，阿司匹林起了穿針引線的作用。教材首先從石器時(shí)代曾用荒誕的“在頭上鉆孔的手術(shù)來治療難以忍受的頭痛”歷史事實(shí)引入課題，介紹了阿司匹林的發(fā)現(xiàn)史、制備方法、常用藥物分析方法。在第三節(jié)附錄“藥物動(dòng)力學(xué)”中，也是以阿司匹林為例，詳細(xì)介紹了藥物在生物體內(nèi)的攝入、分配、降解和排除（見圖3），這樣讓學(xué)生了解藥物在體內(nèi)的作用時(shí)間，在哪些器官中作用、分解代謝，更直觀地理解應(yīng)按時(shí)按量服藥、不能濫用藥物。在第四節(jié)的實(shí)驗(yàn)“藥物的吸收”中，通過實(shí)驗(yàn)觀察不同條件下不同制劑阿司匹林的分解時(shí)間?！八幬铩边@一章以藥物的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展及其運(yùn)用和藥物引發(fā)的社會(huì)問題為主線，從常用藥、毒品、麻醉劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、作用機(jī)理、引發(fā)的社會(huì)問題等多角度深入討論，將社會(huì)性內(nèi)容與學(xué)科性內(nèi)容天衣無縫地整合起來，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)和運(yùn)用化學(xué)知識(shí)的同時(shí)產(chǎn)生社會(huì)責(zé)任感和風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。

1.2選取典型案例，進(jìn)行深入剖析

能源是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的重大問題，由于原子彈爆炸帶來的“原罪”、切爾諾貝利核電站爆炸以及日本地震造成的核泄漏等重大事件的影響，是否使用核能—直是歐洲各國(guó)艱難的抉擇。《今日化學(xué)Ⅱ》第一章介紹“原子結(jié)構(gòu)”，在第五節(jié)“核裂變”附錄“科學(xué)家的責(zé)任”開篇即指出：原子彈的開發(fā)令人難忘地展現(xiàn)了科學(xué)家在道德上進(jìn)退兩難的情況下能夠提出什么建議。二戰(zhàn)中愛因斯坦等科學(xué)家敦促羅斯福總統(tǒng)研發(fā)原子彈，教材中配有原子彈爆炸后的廣島圖片，并指出：原子彈于1945年8月6日摧毀了日本城市廣島。而在1945年8月9日長(zhǎng)崎又被摧毀，在這兩次轟炸中共有十一萬四千人喪命。教材嚴(yán)肅指出：“從那時(shí)起科學(xué)家在他們的職業(yè)所產(chǎn)生的后果中有什么責(zé)任的問題，一直引起爭(zhēng)論，現(xiàn)在的問題不只是一次世界核大戰(zhàn)，還有現(xiàn)代技術(shù)的錯(cuò)誤使用?！保弧皭垡蛩固乖趹?zhàn)后說，如果他早知道德國(guó)不能制造原子彈，他就不會(huì)過問原子彈的事?！苯滩恼浟?939年8月愛因斯坦致美國(guó)總統(tǒng)羅斯福的信、節(jié)選了美國(guó)國(guó)防部部長(zhǎng)1945年6月的Franek關(guān)于原子彈問題的報(bào)告以及1957年4月德國(guó)物理學(xué)家反對(duì)聯(lián)邦國(guó)防軍原子武裝的聲明（列出了參與的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者等很多科學(xué)家的姓名、身份），真實(shí)的情境、詳細(xì)的細(xì)節(jié)，會(huì)促使學(xué)生反思?xì)v史，嚴(yán)肅認(rèn)真地對(duì)待如何使用科學(xué)技術(shù)的問題。

科學(xué)技術(shù)極大地改善了人類的物質(zhì)和精神生活，但也將人類帶入了前所未有的困境：能源短缺、環(huán)境惡化、生態(tài)危機(jī)。《今日化學(xué)Ⅰ》第十四章“日常生活和工業(yè)上的化學(xué)”不諱言化學(xué)工業(yè)造成的負(fù)面影響，在第二節(jié)“從硫到硫酸”后接著第三節(jié)就是“酸雨一一化學(xué)化的難題”，詳細(xì)地介紹了形成酸雨的形成原因，客觀地分析了酸雨的危害。教材分析了引起酸雨的主要物質(zhì)含量及來源，用直觀的圖表、具體的數(shù)據(jù)讓學(xué)生了解產(chǎn)生污染的原因（見表1和圖4）。

教材對(duì)于酸雨給森林造成的危害進(jìn)行了比較客觀的介紹：“根據(jù)林業(yè)情況報(bào)道，我們的森林中20%的樹木受到損害，有^、認(rèn)為這是由于酸雨所產(chǎn)生的后果。酸雨使土壤中氫離子的濃度升高，氫離子使重金屬離子和鋁離子淋洗出來，樹木的須根在這些離子的影響下受到毒害，失去了吸收水分以及水中所含有的生命必需的鈣離子和鎂離子的能力?！边@樣的分析，比起空泛地說酸雨會(huì)使林木枯萎更能引起學(xué)生思考，而且也有助于后續(xù)的溶解平衡的學(xué)習(xí)。教材還用文字、數(shù)據(jù)、化學(xué)方程式和工業(yè)生產(chǎn)流程圖等方式詳細(xì)介紹脫硫、脫氮的方法以及產(chǎn)生的副產(chǎn)物的用途。最后，用黑體字強(qiáng)調(diào)：酸雨是由于二氧化硫和氦氧化物生成的硫酸和硝酸所引起的。化學(xué)經(jīng)由煙道氣凈化和汽車廢氣催化劑為有害物質(zhì)的減少作出了貢獻(xiàn)。《今日化學(xué)》教材在介紹化工產(chǎn)業(yè)的原理及貢獻(xiàn)時(shí)，正視其造成的環(huán)境問題，詳細(xì)介紹化學(xué)在防范和減少環(huán)境惡化方面所做的努力。幫助學(xué)生做到贊賞化學(xué)科學(xué)對(duì)個(gè)人生活和社會(huì)的貢獻(xiàn)，關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題，逐步形成可持續(xù)發(fā)展的思想。

《今日化學(xué)》通過精心挑選與社會(huì)生活密切相關(guān)的重大問題以及在世界范圍內(nèi)有影響的典型事件，提供較為充分的素材，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)肅的分析與深入的研討，讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)的雙刃劍作用，揚(yáng)善抑惡是每個(gè)人都面臨的責(zé)任。

1.3重視方法熏陶.注重實(shí)踐體驗(yàn)

在《今日化學(xué)I》教材開篇序文中即明確指出“化學(xué)并非只限于專業(yè)知識(shí)。同樣重要的是對(duì)獲取知識(shí)的途徑的理解，以及在與化學(xué)有關(guān)的信息方面進(jìn)行交流和評(píng)價(jià)的能力”，并用框圖形式明確呈現(xiàn)了化學(xué)學(xué)習(xí)的途徑和目的（見圖5）。通過直接表述化學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，體現(xiàn)了STSE教育價(jià)值取向：科學(xué)和技術(shù)是改善社會(huì)的工具，是人類文化的一種形式，是個(gè)人發(fā)展的文化資本。

教材在章節(jié)開始前首先安排了多個(gè)方法欄目：“安全做實(shí)驗(yàn)”、“正確清理廢物”、“如何查閱文獻(xiàn)”、“如何做筆記”；在教材的第一章第一節(jié)安排了如下方法：“正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”、“正確進(jìn)行測(cè)試”、“自然科學(xué)是如何進(jìn)行工作的；由觀察到學(xué)說”；在后續(xù)教材中又有“正確記錄”、“看圖與制圖”等方法欄目。這樣的編排，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的同時(shí)了解學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的具體方法，體現(xiàn)了知識(shí)技能與過程方法的高度統(tǒng)一。

在“原子結(jié)構(gòu)”的第六節(jié)“原子能發(fā)電站是這樣運(yùn)轉(zhuǎn)的”的化學(xué)一檢索欄目“核能的問題”中，詳細(xì)介紹了切爾諾貝利核電站事故及其影響（見圖6），并指出周圍地區(qū)的癌癥增多和其他的長(zhǎng)期傷害明顯可見，但對(duì)全歐洲的健康影響只能由長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)調(diào)查才能知道。對(duì)于2000年聯(lián)邦當(dāng)局決定有序脫離核能利用的政府結(jié)論，教材并不簡(jiǎn)單認(rèn)同，在作業(yè)中要求：

（1）①探詢核電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)釋放出來的放射性是多少。

②切爾諾貝利災(zāi)難中拋射到環(huán)境中的是哪些核素？

（2）調(diào)查支持和反對(duì)利用核能的理由，并對(duì)它們進(jìn)行評(píng)估。

以作業(yè)的形式讓學(xué)生去嘗試解決人們生活中最關(guān)心的社會(huì)現(xiàn)實(shí)問題：核能安全嗎？我們應(yīng)該不應(yīng)該使用核能？第1題是讓學(xué)生學(xué)會(huì)理性地從科學(xué)技術(shù)角度去分析和解決問題，用事實(shí)和數(shù)據(jù)來說話；第2題鼓勵(lì)學(xué)生深入調(diào)研，了解不同人群對(duì)涉及現(xiàn)實(shí)生活中重大科技問題的主要觀點(diǎn)及其理由，學(xué)會(huì)從正反兩方面分析同一個(gè)問題，并運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)對(duì)這些觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。

2 《今日化學(xué)》教材給我們的啟示

縱觀德國(guó)《今日化學(xué)》教材，在基于STSE內(nèi)容選擇、編排上有很多獨(dú)到之處。它不拘泥于化學(xué)學(xué)科知識(shí)，而是從學(xué)生的需要出發(fā)，在真實(shí)的社會(huì)情境中讓學(xué)生通過體驗(yàn)性學(xué)習(xí)、實(shí)踐性學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)性學(xué)習(xí)和反思性學(xué)習(xí)等多元化的學(xué)習(xí)途徑和方式，學(xué)習(xí)真實(shí)的化學(xué)。教材在化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用、化學(xué)對(duì)人類生活的影響等各個(gè)方面能統(tǒng)籌兼顧、相互聯(lián)系、相互促進(jìn)，這與我們新課程提倡的“從生活走進(jìn)化學(xué)，從化學(xué)走向社會(huì)”的理念是吻合的。

教材重視化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及其方法技能，讓學(xué)生通過科學(xué)實(shí)踐來學(xué)習(xí)化學(xué)基本原理，了解科學(xué)研究的基本方法，形成科學(xué)的世界觀。教材注意通過化學(xué)科學(xué)與技術(shù)在應(yīng)用過程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不良影響等實(shí)例，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)科學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)介紹化學(xué)科學(xué)與技術(shù)在凈化環(huán)境方面中的積極作用，讓學(xué)生學(xué)會(huì)全方位多角度分析和認(rèn)識(shí)問題，形成正確的科技倫理觀。我國(guó)現(xiàn)行主流版本的化學(xué)教材，均是將化學(xué)與生活、化學(xué)與技術(shù)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)原理、有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)化學(xué)分塊設(shè)計(jì)，雖然可以滿足不同類別或興趣的學(xué)生的需要，但割斷了不同模塊之間的有機(jī)聯(lián)系，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

由于不同地區(qū)對(duì)選修模塊的高考要求不同，在功利性的思想指導(dǎo)下，某些省份選擇非理工科方向的學(xué)生根本接觸不到“化學(xué)與技術(shù)”、“實(shí)驗(yàn)化學(xué)”的內(nèi)容，造成了學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的缺陷和對(duì)未來職業(yè)發(fā)展的制約。建議今后的教材編寫中，要強(qiáng)化不同模塊、不同學(xué)科知識(shí)的整合，并且將其融入社會(huì)發(fā)展的整體背景中。

另外，我國(guó)現(xiàn)行教材對(duì)于化學(xué)科學(xué)給人類帶來的現(xiàn)實(shí)和潛在的危害著墨較少，對(duì)科技倫理方面的內(nèi)容鮮有涉及。建議今后的教材要正視目前我國(guó)公眾廣泛存在的化學(xué)恐懼癥，對(duì)諸如PX項(xiàng)目、三聚氰胺事件等典型案例不回避，可圍繞這些問題的化學(xué)原理、形成緣由、防范措施等各方面展開學(xué)習(xí)，讓學(xué)生通過真實(shí)的案例更深刻地認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)之間的相互關(guān)系，逐步樹立可持續(xù)發(fā)展的思想。

目前我國(guó)教材中對(duì)于化學(xué)學(xué)習(xí)和學(xué)科研究的方法指導(dǎo)多處于隱性狀態(tài)，建議今后更明確地給予學(xué)生學(xué)科學(xué)習(xí)和研究方法的具體指導(dǎo)，更多地結(jié)合人類探索物質(zhì)及其變化的歷史與化學(xué)科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，以幫助學(xué)生加深對(duì)核心概念和科學(xué)方法的理解，形成科學(xué)的價(jià)值觀。