研究性學習中STSE實驗的設計與組織
——以“除冰劑”實驗為例

劉 平

（福州第七中學，福建 福州 350012）

研究性學習中STSE實驗的設計與組織
——以“除冰劑”實驗為例

劉 平

（福州第七中學，福建 福州 350012）

以“除冰劑”實驗為例，闡述了研究性學習中STSE實驗的選材的要求，詳細介紹了研究性學習中STSE實驗的設計，探究了研究性學習中STSE實驗的組織，為研究性學習中STSE實驗的設計與組織提供參考。

研究性學習；STSE教育；除冰劑；實驗設計；實驗組織

隨著當前教育改革的進行，STSE教育思想在理科教學中引起關注。開發以STSE教育思想為指導的中學實驗并在研究性學習中實施，成為提高學生綜合素質的有效途徑。本文以北方冬天道路除冰的現實問題為例，進行了中學化學研究性學習的STSE實驗設計開發并探討了其組織實施途徑。

一、研究性學習中STSE實驗的選材

目前許多學者、教師都試圖結合本學科的特點選擇合適的課題將STSE教育思想融入到研究性學習中。如開展綠色化學實驗活動、提倡學生在簡單發明中去發現、設計，組織學生進行社會調查活動等，都可成為STSE教育實施的落腳點。如何確定STSE實驗的選題在化學學科的研究性學習中尤為重要，因為這是STSE實驗研究性學習成效的前提保障。

1.選題應為社會生活常見問題

實驗選題社會生活化能帶動學生更好地參與到課堂活動中，將教學目標的要求轉化為學生內在的需要，使學生在生活中學習，在學習中學會更好地生活，促進全面發展。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，地面結冰，造成交通擁堵、機場停運等問題。在研究性學習中進行除冰劑的研究會讓學生感到化學與生活息息相關，體驗到科學的魅力。

2.反映STSE的問題要求

STSE教育思想綜合了科學、技術、社會、環境，重視科學技術在社會生產、生活環境以及社會發展中的作用。因此，STSE實驗的選題是一個綜合性的問題。在設計實驗時要將這些問題都涉及到并綜合起來，才能更好地達到STSE實驗的教育意義。

二、研究性學習中STSE實驗的設計

中學生研究性學習STSE實驗設計主要包括引入問題、猜想假設、提出實驗方案、實驗探究、實驗現象、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——實驗目的

早在上世紀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，分成了農田融雪劑以及用于道路的化學除冰劑。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、除冰后對環境帶來的危害進行比較，從而買到質優價廉的除冰劑。在探究實驗中，將通過市場調查、文獻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

現在普遍使用的化學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，又能起到環保作用，被認為是環保型融雪劑。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）實驗程序設計

在設計實驗程序時要考慮實驗步驟程序的科學性和簡便性。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及指標判定方法；而且，當有多個因素影響除冰效果時，在設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果差異。以下是根據這些原則設計的實驗步驟：

Ⅰ冰柜中融化冰

在標記為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將除冰劑與水混合

在標記為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實驗觀察基礎上，你認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。此時你看到什么現象？兩種除冰劑產生的現象一樣嗎？多加點除冰劑是否可以加快冰的融化速度呢？

（4）問題設計

在STSE實驗設計時涉及到實驗問題的設計。通過設置問題,可以引導學生從不同視角去認識科學、技術、社會和環境等方面的問題。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境造成危害的影響程度也不同。學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理智做出決策的表現。

基于以上考慮，可以實驗設計出以下問題：

①在Ⅱ觀察基礎上，對一種除冰劑融冰更快的現象作出解釋。

②除冰劑發揮作用首先要溶于水，對Ⅲ的觀察怎樣幫助解釋Ⅳ的觀察結果？

③哪一種除冰劑在低溫下工作更好？

2.STSE實驗報告設計

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，可以使學生養成認真做實驗的態度、仔細觀察實驗現象的習慣；也可以加強學生對理論知識的理解和記憶；督促學生重視實驗基本技能和基本技術的學習和應用。寫報告的過程，也鍛煉了學生運用專業術語、準確用詞描述實驗現象的能力。實驗后的總結與心得，讓學生可以自由地提出各自的觀點和見解，可以使學生的思維得到激發。

三、研究性學習中STSE實驗的組織

1.實驗前的準備

實驗前要對學生進行輔導，做好前期的興趣引導，告訴學生研究該課題的目的。同時將學生分成小組，每個小組組內推選出小組組長。給每個小組布置明確的任務，讓他們通過互聯網查文獻，或去當地的環保局調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

研究性學習STSE實驗既可以在家庭廚房中完成，也可以在學校的探究實驗室里進行，教師的指導需要隨實驗環境的改變相應調整。無論怎樣，引導學生做好實驗前的方案設計、實驗中的觀測記錄及實驗后的總結報告都是必不可少的。如在除冰劑實驗中，教師要指引學生注意實驗要觀察的重點，在這個過程中要培養學生仔細觀察實驗現象的能力、動手操作能力以及描述現象的能力。

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。如實驗中教師讓學生就實驗現象計算出每一種除冰劑的除冰效率，同時讓學生們根據實驗前搜集到關于除冰劑對環境的影響程度的資料，回答所設的問題。

總之，中學生研究性學習STSE實驗的設計開發，將化學與生活、科學技術與環境保護結合起來，讓學生在實驗探究、自主學習的過程中關注社會問題，形成社會責任感；通過實驗問題的討論，認識到科學技術的本質和界限，認識到科學技術既可以給人類帶來便利，但若使用不當又會帶來危害，形成對科學技術的正確認識；且實驗貼近生活，可以使學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.試論化學教學中STSE教育的實施［J］.廣西師范大學學報，2000（1）.

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

［3］吳天容,草伯興,徐莉.國外化學融雪除冰劑的開發與進展［J］.無機鹽工業，1989（5）.

福建省教育科學“十二五”規劃2015年度常規課題“普通中學高質量課堂的教學策略研究”（項目編號：FJJK15-511）。

（責任編輯：張賢金）