研究性學(xué)習(xí)中STSE實驗的設(shè)計與組織
——以“除冰劑”實驗為例

劉 平

（福州第七中學(xué)，福建 福州 350012）

研究性學(xué)習(xí)中STSE實驗的設(shè)計與組織
——以“除冰劑”實驗為例

劉 平

（福州第七中學(xué)，福建 福州 350012）

以“除冰劑”實驗為例，闡述了研究性學(xué)習(xí)中STSE實驗的選材的要求，詳細(xì)介紹了研究性學(xué)習(xí)中STSE實驗的設(shè)計，探究了研究性學(xué)習(xí)中STSE實驗的組織，為研究性學(xué)習(xí)中STSE實驗的設(shè)計與組織提供參考。

研究性學(xué)習(xí)；STSE教育；除冰劑；實驗設(shè)計；實驗組織

隨著當(dāng)前教育改革的進(jìn)行，STSE教育思想在理科教學(xué)中引起關(guān)注。開發(fā)以STSE教育思想為指導(dǎo)的中學(xué)實驗并在研究性學(xué)習(xí)中實施，成為提高學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑。本文以北方冬天道路除冰的現(xiàn)實問題為例，進(jìn)行了中學(xué)化學(xué)研究性學(xué)習(xí)的STSE實驗設(shè)計開發(fā)并探討了其組織實施途徑。

一、研究性學(xué)習(xí)中STSE實驗的選材

目前許多學(xué)者、教師都試圖結(jié)合本學(xué)科的特點(diǎn)選擇合適的課題將STSE教育思想融入到研究性學(xué)習(xí)中。如開展綠色化學(xué)實驗活動、提倡學(xué)生在簡單發(fā)明中去發(fā)現(xiàn)、設(shè)計，組織學(xué)生進(jìn)行社會調(diào)查活動等，都可成為STSE教育實施的落腳點(diǎn)。如何確定STSE實驗的選題在化學(xué)學(xué)科的研究性學(xué)習(xí)中尤為重要，因為這是STSE實驗研究性學(xué)習(xí)成效的前提保障。

1.選題應(yīng)為社會生活常見問題

實驗選題社會生活化能帶動學(xué)生更好地參與到課堂活動中，將教學(xué)目標(biāo)的要求轉(zhuǎn)化為學(xué)生內(nèi)在的需要，使學(xué)生在生活中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中學(xué)會更好地生活，促進(jìn)全面發(fā)展。我國幅員遼闊，每年冬天北方下雪過后，由于長期低溫，積雪很難融化，地面結(jié)冰，造成交通擁堵、機(jī)場停運(yùn)等問題。在研究性學(xué)習(xí)中進(jìn)行除冰劑的研究會讓學(xué)生感到化學(xué)與生活息息相關(guān)，體驗到科學(xué)的魅力。

2.反映STSE的問題要求

STSE教育思想綜合了科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境，重視科學(xué)技術(shù)在社會生產(chǎn)、生活環(huán)境以及社會發(fā)展中的作用。因此，STSE實驗的選題是一個綜合性的問題。在設(shè)計實驗時要將這些問題都涉及到并綜合起來，才能更好地達(dá)到STSE實驗的教育意義。

二、研究性學(xué)習(xí)中STSE實驗的設(shè)計

中學(xué)生研究性學(xué)習(xí)STSE實驗設(shè)計主要包括引入問題、猜想假設(shè)、提出實驗方案、實驗探究、實驗現(xiàn)象、問題探究以及教師評價幾個方面。

1.STSE實驗研究方案

（1）引入問題——實驗?zāi)康?/p>

早在上世紀(jì)八十年代末九十年代初期，美國、日本等國家將除冰劑按用途分類，分成了農(nóng)田融雪劑以及用于道路的化學(xué)除冰劑。而我國除冰劑的使用沒有分類，造成了不必要的浪費(fèi)和破壞。因此需要對各種除冰劑的除冰效果、購買價格、除冰后對環(huán)境帶來的危害進(jìn)行比較，從而買到質(zhì)優(yōu)價廉的除冰劑。在探究實驗中，將通過市場調(diào)查、文獻(xiàn)資料檢索及實驗測出哪一種除冰劑的除冰效果更好，并決定買哪一種除冰劑比較合算。

（2）實驗藥品及器材

現(xiàn)在普遍使用的化學(xué)除冰劑主要分為非氯鹽型、氯鹽型和混合型三類。其中混合型除冰劑是將氯鹽型和非氯鹽型的除冰劑以一定的比例混合，并添加適量的緩蝕劑，成本比其他種類低許多，既能保證除冰效率，又能起到環(huán)保作用，被認(rèn)為是環(huán)保型融雪劑。實驗選擇比較常見且價格便宜的氯化鈣以及氯化鈉除冰劑來比較除冰效果。

實驗藥品：巖鹽或其他含NaCl的除冰劑、CaCl2除冰劑、水、碎冰。

實驗器材：大的塑料方便盤或防水紙盤（易于扭曲以取出冰塊）、一個直徑比盤略小的碗、量杯（30mL)、湯匙（15mL）、茶匙（3mL）、攪拌棒、標(biāo)記筆、溫度計、6個方便塑料杯或防水紙杯、冰柜、秒表。

（3）實驗程序設(shè)計

在設(shè)計實驗程序時要考慮實驗步驟程序的科學(xué)性和簡便性。如實驗涉及到除冰效果的比較，則需要確定效果判定的指標(biāo)及指標(biāo)判定方法；而且，當(dāng)有多個因素影響除冰效果時，在設(shè)計實驗步驟時要保持單一變量原則，這樣在探究時才能確定究竟是哪個變量的變化引起的實驗結(jié)果差異。以下是根據(jù)這些原則設(shè)計的實驗步驟：

Ⅰ冰柜中融化冰

在標(biāo)記為A和B的兩個方便杯中放置2湯匙（30 mL）碎冰，并分別加入1茶匙（5mL）NaCl除冰劑和CaCl2除冰劑并攪拌混合，立即把這兩個杯子放入冰柜冷凍30分鐘。

Ⅱ?qū)⒊鶆┡c水混合

在標(biāo)記為A和B兩個方便杯中各加2湯匙（30mL）水，并分別加入1茶匙（5mL）NaCl除冰劑和CaCl2除冰劑并攪拌至溶解，測量溶液溫度并記錄。

Ⅲ將除冰劑暴露于空氣中

將2個方便杯標(biāo)記為A、B，并分別加入1茶匙（5mL）NaCl除冰劑和CaCl2除冰劑，室溫下暴露于空氣中一夜，觀察并記錄杯中現(xiàn)象。

Ⅳ比較除冰劑的除冰效果

①在方便塑料盤或防水紙盤中倒入半杯水，將盤放入冰柜中使水全部凝固，然后將凍成的冰盤完整地從方便盤中取出，放在一個直徑略小于紙盤的碗上。

②想一想，猜一猜：在Ⅰ—Ⅲ實驗觀察基礎(chǔ)上，你認(rèn)為哪一種除冰劑能使冰融得更快？

③做一做：在距離冰盤邊緣5㎝處放1茶匙NaCl除冰劑，在另一端距離冰盤邊緣5㎝處放1茶匙CaCl2除冰劑。此時你看到什么現(xiàn)象？兩種除冰劑產(chǎn)生的現(xiàn)象一樣嗎？多加點(diǎn)除冰劑是否可以加快冰的融化速度呢？

（4）問題設(shè)計

在STSE實驗設(shè)計時涉及到實驗問題的設(shè)計。通過設(shè)置問題,可以引導(dǎo)學(xué)生從不同視角去認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境等方面的問題。例如，使用除冰劑可以加速冰雪融化，但不同的除冰劑價格以及對環(huán)境造成危害的影響程度也不同。學(xué)生通過探究做出選擇,哪種除冰劑會更好，也是在社會生活中以科學(xué)理智做出決策的表現(xiàn)。

基于以上考慮，可以實驗設(shè)計出以下問題：

①在Ⅱ觀察基礎(chǔ)上，對一種除冰劑融冰更快的現(xiàn)象作出解釋。

②除冰劑發(fā)揮作用首先要溶于水，對Ⅲ的觀察怎樣幫助解釋Ⅳ的觀察結(jié)果？

③哪一種除冰劑在低溫下工作更好？

2.STSE實驗報告設(shè)計

實驗報告不僅是對實驗的成敗做出陳述，也是對實驗過程的記錄。通過書寫實驗報告，可以使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真做實驗的態(tài)度、仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象的習(xí)慣；也可以加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解和記憶；督促學(xué)生重視實驗基本技能和基本技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。寫報告的過程，也鍛煉了學(xué)生運(yùn)用專業(yè)術(shù)語、準(zhǔn)確用詞描述實驗現(xiàn)象的能力。實驗后的總結(jié)與心得，讓學(xué)生可以自由地提出各自的觀點(diǎn)和見解，可以使學(xué)生的思維得到激發(fā)。

三、研究性學(xué)習(xí)中STSE實驗的組織

1.實驗前的準(zhǔn)備

實驗前要對學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，做好前期的興趣引導(dǎo)，告訴學(xué)生研究該課題的目的。同時將學(xué)生分成小組，每個小組組內(nèi)推選出小組組長。給每個小組布置明確的任務(wù)，讓他們通過互聯(lián)網(wǎng)查文獻(xiàn)，或去當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保局調(diào)查每年所選用的除冰劑以及除冰劑的價格。

2.實驗中的指導(dǎo)

研究性學(xué)習(xí)STSE實驗既可以在家庭廚房中完成，也可以在學(xué)校的探究實驗室里進(jìn)行，教師的指導(dǎo)需要隨實驗環(huán)境的改變相應(yīng)調(diào)整。無論怎樣，引導(dǎo)學(xué)生做好實驗前的方案設(shè)計、實驗中的觀測記錄及實驗后的總結(jié)報告都是必不可少的。如在除冰劑實驗中，教師要指引學(xué)生注意實驗要觀察的重點(diǎn)，在這個過程中要培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象的能力、動手操作能力以及描述現(xiàn)象的能力。

3.實驗后的組織討論與匯報

實驗后，教師需組織小組進(jìn)行實驗匯報。做不同實驗的小組需匯報各小組實驗情況。如實驗中教師讓學(xué)生就實驗現(xiàn)象計算出每一種除冰劑的除冰效率，同時讓學(xué)生們根據(jù)實驗前搜集到關(guān)于除冰劑對環(huán)境的影響程度的資料，回答所設(shè)的問題。

總之，中學(xué)生研究性學(xué)習(xí)STSE實驗的設(shè)計開發(fā)，將化學(xué)與生活、科學(xué)技術(shù)與環(huán)境保護(hù)結(jié)合起來，讓學(xué)生在實驗探究、自主學(xué)習(xí)的過程中關(guān)注社會問題，形成社會責(zé)任感；通過實驗問題的討論，認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)的本質(zhì)和界限，認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)既可以給人類帶來便利，但若使用不當(dāng)又會帶來危害，形成對科學(xué)技術(shù)的正確認(rèn)識；且實驗貼近生活，可以使學(xué)生感受到用自己已有的知識來解決生活問題的樂趣。

［1］于晶明.試論化學(xué)教學(xué)中STSE教育的實施［J］.廣西師范大學(xué)學(xué)報，2000（1）.

［2］糜洛施,曹明富.我國STSE教育研究文獻(xiàn)綜述［J］.科學(xué)教育，2011（3）.

［3］吳天容,草伯興,徐莉.國外化學(xué)融雪除冰劑的開發(fā)與進(jìn)展［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，1989（5）.

福建省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度常規(guī)課題“普通中學(xué)高質(zhì)量課堂的教學(xué)策略研究”（項目編號：FJJK15-511）。

（責(zé)任編輯：張賢金）