信息技术支持下促进核心观念建构的STSE教学设计研究.doc

信息技术支持下促进核心观念建构的STSE教学设计研究——以“金属矿物的开发利用”为例作者：彭豪作者简介：彭豪，广东省广州市工贸技师学院教研室，助理研究员原文出处：《教育与装备研究》（京）2018年第20183期 第56-61页内容提要：在分析STSE教育与化学核心观念建构理论的基础上，提出 了在STSE教育中促进化学核心观念建构的教学设计，并辅 以案例说明这一教学设计在自然资源开发与利用类课程中 的具体应用期刊名称：《中学化学教与学》复印期号：2018年06期词:STSE教育/观念建构/元素化合物/DOE策略一、问题的提出近年来,科学技术的迅速发展在为人类创造高度物质文明的同时,也带来了能源、资源、材料、环境、健康等问题,并严重威胁着人类的生存和发展可持续发 展势在必行在我国新课程改革中，STSE教育成为理科教育中一个不可或缺的部分《普通高中化学课程标准（实验）》在课程目标中也强调：引导学生认识化学对促 进社会进步和提高人类生活质量方面的重要影响，理解科学、技术与社会的相互作 用；关注与化学有关的社会热点问题，逐步形成可持续发展的思想［1］因此，在化 学教学中应对STSE教育的实施给予足够重视。

此外,在化学新课程中重视学生基本观念和基本方法的形成,如何在教学中有 效地渗透STSE理念，同时实现核心观念的建构，是个值得探讨的问题本文将针 对自然资源开发与利用类课程的特点,从理论和实践两个方面,探讨如何在STSE 教育中促进学生的化学核心观念建构二教学设计理论基础(-)STSE 教育STSE 是科学(Science )、技术(Technology )、社会(Society )、环境(Environment)的英文缩写STSE教育强调科学、技术与社会、环境的相互关系， 重视科学技术在社会生产、生活环境和社会发展中的作用传统的科学教育往往倾 向于让学生赞赏科学技术对个人生活、社会发展和生态环境的贡献，忽略了科学技 术的不合理应用同时可能会带来消极的影响而STSE教育明确指出，科学、技术 与社会、环境之间的相互关系可以是积极的”也可以是消极的人类是与其他生物 及环境紧密相连,而我们可以选择积极或消极的方式影响它们我们很有必要去发 现潜在的问题,并采取行动来解决问题、化解矛盾［2］ (J.LBencze , 2011)根据建构主义学习理论，STSE教育采用的教学策略包括：创设有效的教学情境、 角色扮演、课堂讨论、STSE练习等⑶。

二) 观念建构新课程注重培养学生的思维方法和核心观念的建构所谓〃观念建构〃教学是 指在化学观念的引领下，使学生通过高水平的思维活动，深刻理解和掌握化学知识, 并通过不断的反思、概括、提升，促进化学基本观念的形成实施〃观念建构"的 教学策略包括：以观念统领知识教学,设计具有思考价值的驱动性问题组合,引导 学生进行探究、体验和反思,突出化学学科的思维方式［4］三、基于观念建构的STSE教育课程的教学设计笔者将以〃金属矿物的开发利用"(人教版化学2第4章第1节第1课时)为 例”探讨如何在STSE教育中促进化学核心观念建构)核心内容的教学分析在知识建构方面,该课时作为高中必修模块最后一章的内容,对于学生总结复 习化学知识很重要有利于将前面所学过的知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓 展,紧紧围绕金属矿物等重要自然资源综合利用中的化学基本原理和基础知识例 如：氧化还原反应原理及其应用；金属活动性顺序；金属元素化合态转化为游离态在STSE教育方面，该课时的知识内容表现为载体的作用通过对化学基础知 识的学习，帮助学生认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，揭示 化学与可持续发展的重要关系,树立资源保护意识及合理开发意识。

有利于加深体 会化学在综合利用自然资源中的作用,学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能 会遇到的问题，培养做出明达决策的意识和能力在观念建构方面，高中化学新课程必修模块将"元素观"、"分类观"、〃转 化观”三大核心观念作为理论基础,结合研究物质的方法与程序,对物质进行研究 ⑸该课时同样可以促进核心观念的建构例如：金属元素在自然界的存在方式, 体现元素观；根据金属性质的差异采用不同冶炼方法，体现分类观；无机物之间的 转化”体现转化观基于以上考虑，笔者设计了该教学内容的主线，见图lo（二）教学目标设计与分析高中化学课程标准的要求是,以金属矿物的综合利用为例,了解化学方法在实 现物质间转化中的作用，认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值该课时的 教学目标是根据课标要求设计的，体现了学科核心观念与STSE教育理念，同时采 用一些科学硏究的方法，培养学生的探究能力［知识与技能］①知道根据金属的活动性不同,可分别采用电解、热还原、热分解 等方法冶炼金属,并能够书写相关的化学方程式；②能从成本、可行14、环境保护 等角度选择金属的冶炼方法；③了解金属资源的可持续发展［过程与方法］①通过小组讨论和问题探究，归纳金属的冶炼方法与其金属活动顺 序的关系，培养学生的归纳能力、观察能力、思维能力；②培养应用已有知识经验 解释和归纳相关素材，通过比较、分类、归纳的方法建构知识网络的能力；③通过 实验，培养观察能力、分析现象的能力。

［情感态度与价值观］①通过学习化学原理在冶炼金属中的应用，体会化学与生产 的密切关系；②认识和体会金属资源开发利用和可持续发展的关系，体会保护金属 资源的重要性；③在学习的过程中逐步建构元素观、分类观与转化观，同时树立 STSE意识三）学习环境设计采用MiniQuest模式将该教学单元设计为网络课程，创设信息化学习环境MiniQuest是1至2课时的微型网络探究模式教师通过创设真实的问题情境，弓I 导学生带着特走目的参与硏究，对特定网络资源进行学习、分析、整理与总结，找 到解决问题的方法,完成学习任务⑹MiniQuest由情境、任务、成果三部分构成: ①情境为问题解决提供具体情境,如"假设你是一名冶金工厂的技术人员,如何 冶炼金属"一套设计好的提问,比如冶炼金属过程中遇到的相关化学问 题，通过回答这些问题，学生可以获取用来回答本质问题所需的事实学 生对情境中提出的主要问题的理解以及通过网络学习得到的答案体现在学习成果中四）教学过程设计［环节一］创设情境，激发学习动机教师活动：（引入）地球蕴藏了丰富的自然资源对化学物质的分类及其结构 与性质的研究为自然资源的合理开发和综合利用提供了科学依据。

你能说出一些有 关化学在自然资源开发中应用实例吗？学生活动:讨论、回答教师活动：今天我们就从〃金属矿物的开发利用"方面展开学习设问）假设你是一名冶炼金属工厂的厂长或技术人员”冶炼金属的第一步工作是什么呢？学生活动：思考、自由发言——寻找原料、金属矿物资源设计意图：采用创设有效的教学情境以及角色扮演策略，激发学生的学习动机, 引入新知，同时引导学生运用化学知识解决实际问题［环节二］了解金属资源在自然界中的存在形式，建构元素观、分类观教师活动：金属在自然界的存在形态网络资源）图片：常见的金属矿物资源I——金矿、钳矿图片：常见的金属矿物资源口——陨铁、铁矿石、铜矿石、铝矿石学生活动：观察图片，尝试写出化学式表示矿物的核心成分教师活动：（小结）大多数金属以化合态存在,少数不活泼金属以游离态存在 （如金和钳）设问）我们生产的目的是得到金属单质，那怎么办？设计意图：了解金属资源在自然界中的两种主要存在形式，认识到无论是游离 态还是化合态，物质均由元素组成，体现〃元素观"同时，采用〃分类〃的科学 方法，有利于展开进一步研究［环节三］分类学习金属的冶炼原理以及方法，建构分类观、转化观教师活动：金属的冶炼，思考以下问题：① 金属冶炼的本质是什么？② 不同金属的冶炼方法是否相同？③ 金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？能否根据金属活动顺序对金属的冶炼方法进行分类？（见表1）学生活动：阅读课本以及网络资源，讨论、回答。

学生活动:发言设计意图：根据金属的活动性，对金属进行分类；再根据不同类金属的性质, 有针对性地采用不同的冶炼方法”突出分类方法在科学研究与技术应用中的重要作 用教师活动：（设问）从氧化还原的角度,如何分析金属活泼性不同的金属冶炼 方法不同？（学生阅读网络资源，教师适当讲解）对于不活泼的金属（如Hg、Ag），其金属离子得电子能力很强，氧化性很强，其化合物受热容易分解得到金属单质对于一些活泼的金属（如Mg、Fe、Cu等），其金属离子的氧化性中等,需要 加入还原剂（如c、CO、I—I、活泼金属等）,在高温条件下被还原得到金属单质教师活动：除了高炉炼铁夕卜，还有一种炼铁方法——吕热法炼铁网络视频资源：铝热反应演示实验学生活动：在实验操作的过程中,学生对实验器材、实验方法、实验过程和实验现象等逬行观察和记录,书写化学方程式并标出电子转移的方向及数目学生活动：发言，描述并解释现象镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼 的白光,纸漏斗内剧烈反应,纸漏斗被烧穿,有熔融物落入沙中,根据方程式可推 测是铁教师活动:如何验证熔融物是铁呢？学生活动：思考、讨论检验方法——用磁铁检验铁的生成教师活动：（拓展）介绍铝热反应的应用，焊接铁轨。

教师活动：（讲解）对于很活泼的金属（如Na、Mg、Al）其金属原子还原性 很强,采用一般还原剂无法把它还原出来,需要采用电解熔融状态下的活泼金属化 合物得到金属单质设计意图：运用已有的知识,书写电解、热还原、热分解等方法冶炼金属对应 的化学方程式；通过小组讨论和问题探究，归纳金属的冶炼方法与其金属活动顺序 的关系，培养学生的归纳能力、思维能力；通过实验，采用演示、观察、解析策略, 培养观察能力、归纳能力；培养应用已有知识经验解释相关素材，通过比较、分类、 归纳的方法建构知识网络的能力此外，〃转化"是元素化合物的"最核IY问题 该设计从不同角度让学生认识无机物之间的转化、实验的转化、生产生活中的转化、 不同价态之间的氧化还原转化，有效促进〃转化观〃的建构［环节四］了解金属资源的可持续发展与利用,建构STSE的观念教师活动：（提问）由课本表4-2 （见图2 ）可知，一些金属的冶炼有多种方法 例如，炼铜就有湿法和火法如果你是炼铜工厂的厂长或技术人员，你会选择哪种 冶炼方法？除了从成本的角度，还应从哪方面考虑？学生活动:搜索网络资源，思考、讨论（从能源与环保的角度考虑）学生活动：（发言）火法炼铜排出来的二氧化硫污染空气，反应条件需高温，能耗大，并且容易使Cu和氧气反应生成氧化铜；湿法炼铜反应条件简单，但消耗大量铁 教师活动：（小结）综合来看，湿法冶炼技术具有相当大的优越性，但其适用 范围却有局限性（受制于矿石的类型）。

不过通过技术改良，这几年已经有越来越 多的国家，包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等，将该工艺应用 于更多的铜矿冶炼上湿法冶炼技术的提高及应用的推广,降低了铜的生产成本, 提高了铜矿产能设计意图：采用角色扮演策略,让学生意识到运用科学技术促逬生产的同时需 要考虑到对环境造成的影响；学会从成本、可行性、能耗、环境保护等角度综合考 虑”学会辩证地选择金属的冶炼方法教师活动：引出〃金属资源的可持续发展"网络资源）图片：一些矿物可供开采的年限（见图3 ）学生活动：搜索网络资源，讨论，如何合理开发利用金属资源发言）回收和利用废旧金属、提高金属矿物的利用率、减少金属的使用量、 寻找金属材料替代品……。