STSE教育理念在大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革中的應(yīng)用探究

摘要：STSE教育理念指向下的高校有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革方向與目標(biāo)更加明確，注重化學(xué)學(xué)科與科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境的融合，強(qiáng)調(diào)人類社會的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生的自主探索精神等核心素養(yǎng)的形成，契合素質(zhì)教育與新課改的要求。闡述了STSE教育理念下高校有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革策略，希望對課程教學(xué)的提質(zhì)增效起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：STSE教育理念；有機(jī)化學(xué)；教學(xué)改革

由科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境構(gòu)成的STSE教育理念，強(qiáng)調(diào)“四者”之間的相互關(guān)系，重視科技在生產(chǎn)生活、環(huán)境保護(hù)、社會發(fā)展中的作用。有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)理論課系統(tǒng)地講述了有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等理論知識，幫助學(xué)生掌握有機(jī)化學(xué)的基本概念、理論與技能，了解該學(xué)科的最新成果與發(fā)展趨勢。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以及為適應(yīng)后續(xù)其他課程的學(xué)習(xí)或深造奠定基礎(chǔ)，需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念與模式。建議利用STSE教育理念指導(dǎo)有機(jī)化學(xué)教學(xué)活動的創(chuàng)新展開，讓學(xué)生在開放的氛圍中學(xué)習(xí)和發(fā)展。

1STSE教育理念指向下的有機(jī)化學(xué)教學(xué)與科學(xué)整合

在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，需要學(xué)生掌握科學(xué)的知識、技能和方法，具有科學(xué)的本領(lǐng)、正確的科學(xué)觀以及科學(xué)品質(zhì)。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識理解有機(jī)化學(xué)的基本概念、科學(xué)方法和反應(yīng)機(jī)理等，幫助塑造穩(wěn)定的心理素質(zhì)。

如在學(xué)習(xí)芳香烴的相關(guān)內(nèi)容時，教師引入化學(xué)史資料，讓學(xué)生了解課本外的化學(xué)故事，使其受到化學(xué)家的探索精神與科學(xué)態(tài)度的影響。如德國有機(jī)化學(xué)家凱庫勒，1847年考入吉森大學(xué)建筑系，1858年任比利時根特大學(xué)教授，1875年被推選為法國科學(xué)院院士和國際化學(xué)會會員，同時獲得英國皇家學(xué)會會員以及開普勒獎。凱庫勒在有機(jī)化學(xué)中提出近代有機(jī)化學(xué)的結(jié)構(gòu)理論和共振概念，使有機(jī)化學(xué)理論變得更加清晰。其理論要點(diǎn)包括：碳在形成化合物時總是四價的；碳原子與碳原子之間通過單鍵、雙鍵或三鍵連接；了解有機(jī)化合物不僅需要了解分子式，也需要了解其結(jié)構(gòu)式，以客觀判定其性質(zhì)。此外，凱庫勒提出苯環(huán)中六個碳原子通過共價鍵首尾連接形成平面六角形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，每個碳原子上有一個氫并形成穩(wěn)定的共軛體系；共振概念的提出為有機(jī)化學(xué)的發(fā)展提供了重要基礎(chǔ)，成功地解釋了苯的特殊性質(zhì)即芳香性。教師展示相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)、應(yīng)用及相關(guān)歷史資料，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解知識，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。課上教師傳授學(xué)習(xí)方法，引發(fā)學(xué)習(xí)疑問，激發(fā)學(xué)生求知欲。教師鼓勵學(xué)生質(zhì)疑，提出源于教材或現(xiàn)實(shí)的問題，使其對教學(xué)內(nèi)容有獨(dú)到的見解；引導(dǎo)學(xué)生在小組合作探究學(xué)習(xí)中拓展思路，在集思廣益與思維碰撞中產(chǎn)生新的想法，得到完整的結(jié)論。鍛煉創(chuàng)新意識等高階思維，提升發(fā)現(xiàn)分析和解決問題的能力，潛移默化地培養(yǎng)其科學(xué)探究精神。

教師在STSE教育理念的指引下，采取喜聞樂見的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的問題意識和科學(xué)修養(yǎng)，使其盡快成為復(fù)合型、創(chuàng)新型、應(yīng)用型的高素質(zhì)人才。此外，科學(xué)的實(shí)質(zhì)就是探究，教師不僅需要將專業(yè)人員的科研成果傳授給學(xué)生，也需要讓學(xué)生有從事科學(xué)探究與技術(shù)設(shè)計等工作的綜合能力，使其在探究活動中形成自己的思想，切實(shí)提高學(xué)生的就業(yè)競爭力與職業(yè)發(fā)展能力。

2STSE教育理念指向下的有機(jī)化學(xué)教學(xué)與環(huán)境整合

社會發(fā)展需要有環(huán)保意識的化學(xué)專業(yè)人才，因此教師應(yīng)重視有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的環(huán)保教育。融合現(xiàn)代綠色環(huán)保要求的內(nèi)容，不斷提高育人水平和學(xué)生的思想意識及社會適應(yīng)能力，深化專業(yè)課程教學(xué)，使其更符合現(xiàn)代教育理念，切實(shí)拓展學(xué)生的就業(yè)空間。

如在有機(jī)化學(xué)的設(shè)計合成功能有機(jī)物的教學(xué)環(huán)節(jié)，教師應(yīng)滲透綠色化學(xué)概念，即從源頭減少，甚至消除污染的產(chǎn)生。通過鉆研與改良化學(xué)化工工藝，從根本上減少或消除副產(chǎn)物的產(chǎn)生，達(dá)到保護(hù)與改善環(huán)境的目的。教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)動創(chuàng)新思維，通過設(shè)計改進(jìn)合成路線等，達(dá)到環(huán)保的要求。如選用低毒性的藥品及原料，在達(dá)到合成目標(biāo)的同時，減少有害物質(zhì)的使用與環(huán)境污染。在合成中，可用組合合成路線取代單一的合成方法，將上一個合成產(chǎn)物作為下一路線的原料，這樣既能減少以往實(shí)踐教學(xué)中廢棄物的產(chǎn)生，也可以提高材料的利用效率。在綠色化學(xué)思想的指導(dǎo)下，展開微型實(shí)踐教學(xué)，減少實(shí)驗(yàn)排廢量，便于學(xué)生更加認(rèn)真細(xì)致地操作，更利于發(fā)展學(xué)生的觀察分析等能力。此外在實(shí)踐后，引導(dǎo)學(xué)生合理處理“三廢”。直接排放或?qū)U渣與廢液倒入下水道，不僅會造成藥品的浪費(fèi)，也會污染環(huán)境。教師需要引導(dǎo)學(xué)生通過回收利用與填埋、隔離處理等措施，規(guī)范處理實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的“三廢”。如用水代替堿液作為吸收液，或是利用本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的吸收液與其他實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢堿液發(fā)生反應(yīng)，以減少有毒物質(zhì)的排放，節(jié)約試劑，遵循綠色化學(xué)理念。教師在教學(xué)評價中，將學(xué)生的環(huán)保意識和做法等納入評價標(biāo)準(zhǔn)中，讓學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)等學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的環(huán)保，規(guī)范思想與行為，提高人文修養(yǎng)，端正學(xué)習(xí)態(tài)度與觀念。

綠色化學(xué)是時代發(fā)展的必然趨勢，將其概念引入到有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中，有助于學(xué)生樹立正確的環(huán)境價值觀和可持續(xù)發(fā)展觀，增強(qiáng)保護(hù)環(huán)境的道德責(zé)任感，逐步向社會所需的人才標(biāo)準(zhǔn)靠攏。通過綠色化學(xué)教育，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)等學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)深刻意識到自身在踐行綠色化學(xué)方面的重要使命，使其成為合格的未來社會科技革命主力軍［1］。

3STSE教育理念指向下的有機(jī)化學(xué)教學(xué)與技術(shù)整合

有機(jī)化學(xué)在實(shí)驗(yàn)方法與理論及技術(shù)等方面的發(fā)展?jié)撃芫薮?。世界上每年合成的新化合物其中超過50%為有機(jī)化合物，在醫(yī)藥、材料、農(nóng)業(yè)、營養(yǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用價值突出。展望未來，讓學(xué)生了解有機(jī)化學(xué)的發(fā)展前沿及研究熱點(diǎn)等，認(rèn)識有機(jī)化學(xué)的各分支學(xué)科，諸如金屬有機(jī)、元素有機(jī)、有機(jī)催化、有機(jī)剖析、有機(jī)立體化學(xué)等。

如在學(xué)習(xí)有機(jī)催化相關(guān)內(nèi)容時，教師介紹催化不對稱反應(yīng)中不對稱活化的新發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生了解其研究的最新發(fā)展，拓展學(xué)生的知識面與眼界。運(yùn)用不對稱活化策略，一個光學(xué)活性的或外消旋的催化劑可以被另一種手性催化劑進(jìn)行選擇性活化，從而使催化反應(yīng)生成非外消旋產(chǎn)物，且使用被活化的催化劑比使用光學(xué)純的催化劑產(chǎn)生更高對映體過量的產(chǎn)物。也可以向?qū)W生介紹有機(jī)催化劑的發(fā)展情況，如構(gòu)建金屬與有機(jī)催化劑的雙功能Cu催化劑，可實(shí)現(xiàn)酯選擇性還原。過渡金屬催化劑與有機(jī)催化劑之間的結(jié)合，可促進(jìn)高效率與高選擇性催化反應(yīng)合成方法學(xué)，用于快速合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)化合物分子。柏林工業(yè)大學(xué)Johannes F， Teichert等報道基于Cu（I）/NHC、胍有機(jī)分子構(gòu)建了Cu的NHC胍雙功能催化劑，可將酯在氫氣中還原為醇。在此化學(xué)反應(yīng)過程中，雙功能催化劑通過氫鍵作用活化酯分子和H2分子生成親核性Cu（I）H，將H2以負(fù)氫形式轉(zhuǎn)移到酯分子。還原反應(yīng)通過雙功能催化劑中的胍結(jié)構(gòu)單元實(shí)現(xiàn)傳輸質(zhì)子，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)還原反應(yīng)的進(jìn)行。通過這種雙功能催化劑，讓“軟”親核性Cu（I）H與反應(yīng)性較弱的“硬”親電性酯之間的還原反應(yīng)成為可能，避免了化學(xué)計量比的還原劑，也可以通過催化劑和H2實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)。由于有機(jī)化學(xué)知識相對抽象，學(xué)生的理解難度較大，建議教師采取現(xiàn)代教育技術(shù)，利用視頻與動畫等方式，生動形象地呈現(xiàn)出抽象的教學(xué)內(nèi)容，帶給學(xué)生多感官刺激，使其從形象思維向抽象思維過渡。學(xué)生也可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搜集各種輔助學(xué)習(xí)資料，滿足自己的個性化學(xué)習(xí)需求，獲得完整的知識結(jié)構(gòu)體系，不斷提高自身的專業(yè)知識技能水平。

讓學(xué)生了解有機(jī)化學(xué)的發(fā)展及先進(jìn)技術(shù)等前沿研究理論，利于學(xué)生樹立開放性思維，使其有積極探索化學(xué)知識的興趣與意識，了解更多教材外的知識內(nèi)容，滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)與發(fā)展的需要［2］。

4STSE教育理念指向下的有機(jī)化學(xué)教學(xué)與應(yīng)用整合

教師在有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中，讓學(xué)生了解有機(jī)化學(xué)知識在社會中的實(shí)際應(yīng)用，切實(shí)將所學(xué)知識運(yùn)用到社會生產(chǎn)生活中去，利用有效的方法解決生活與社會中遇到的問題，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。

在講解冠醚相關(guān)內(nèi)容時，介紹冠醚化合物在感光領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用的相關(guān)案例。如冠醚化合物是鹵化銀乳劑T顆粒制備過程中的定向調(diào)節(jié)劑、冠醚化合物可以作為乳劑中鹵化銀晶體生長的物理成熟劑以及溴化銀乳劑的化學(xué)增感劑，讓學(xué)生了解冠醚化合物對乳劑的增感作用不僅與絡(luò)合作用有關(guān)，還與冠醚中的雜原子有關(guān)。又如由冠醚制成的由分子排列有序的超薄LB膜，有高度各向異性和優(yōu)異的生物相容性，是研究生物敏感器件的極佳材料，現(xiàn)已用于生物傳感器與電子學(xué)及仿生學(xué)等領(lǐng)域。當(dāng)冠醚處于液晶態(tài)時，分子黏度很低，僅大于水，根據(jù)該特性可制備厚度大約數(shù)10 nm的超薄膜，可通過控制溫度及光照條件等，實(shí)現(xiàn)光感冠醚材料對鉀離子的選擇性輸運(yùn)。如在離子選擇電極領(lǐng)域的應(yīng)用，在冠醚型表面活性劑中引入長鏈烷基，使其分子對稱性與空間結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化，物理狀態(tài)及溶解性能也隨之改變?；凇爸苄栽龃?，與離子絡(luò)合的選擇性改變”的表現(xiàn)特點(diǎn)，將長鏈烷基冠醚作為傳感活性物質(zhì)，制成各類性能優(yōu)良的離子選擇電極。

冠醚的深入研究為其理論體系的完善奠定了基礎(chǔ)，也為其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展提供了保障。教師滲透“社會即教育”的觀念，讓學(xué)生了解冠醚的特性及在社會各領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用情況，更利于提高有機(jī)化學(xué)知識教學(xué)的親近感與實(shí)用性。

5結(jié)語

融入STSE教育理念不僅可明確教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容體系，調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，也可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)等綜合素質(zhì)能力。教師深入解讀STSE教育理念，采取學(xué)生喜聞樂見的教學(xué)方法，讓學(xué)生了解學(xué)科知識與社會生產(chǎn)生活及環(huán)境等方面的聯(lián)系，將有機(jī)化學(xué)專業(yè)的學(xué)生從傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)觀念與態(tài)度中脫離出來，實(shí)現(xiàn)課程學(xué)習(xí)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］胡玉鳳，劉珺，陳曉燕.從STS轉(zhuǎn)向STSE和STEM的應(yīng)用型金融科技人才培養(yǎng)模式改革［J］.現(xiàn)代職業(yè)教育，2022（28）：97-99.

［2］楊浩，趙偉，李政道，等.基于STSE教育理念的中學(xué)化學(xué)教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐［J］.智力，2020（18）：107-108.

作者簡介：劉秀萍，女，山東臨沂人，副教授，博士，研究方向：多孔材料的吸附分離性能。