“STSE綜合實驗”的5E教學模式探析

胡佳敏

(山西師范大學 教師教育學院，山西 臨汾 041000)

化學與技術、社會、環境之間的關系越來越密切，選修模塊中增加了“STSE綜合實驗”專題，通過科學—技術—社會—環境教育將STSE思想滲透于課堂教學之中，讓學生在掌握化學的基本術語與概念、科學過程與原理及化學與社會的聯系的基礎上，促進學生科學素養的發展，使化學教學真正深人學生的骨髓。可見“STSE綜合實驗”與課堂教學有效融合是現在及未來研究的重點。

1 “STSE綜合實驗”的5E教學模式探析

“STSE綜合實驗”中S科學、T是技術、S是社會、E是環境。5E教學模式描述了一種能用于總課程、具體學科課程或某一節具體課的教學程序[1]，包括5個教學環節，即參與、探究、解釋、精致和評價[2]。構建面向“STSE綜合實驗”的5E教學模式，如圖1所示。

圖1 “STSE綜合實驗”的5E教學模式

2 “STSE綜合實驗”的5E教學模式案例

本研究選擇“STSE綜合實驗”——自制水果原電池，用生活中的材料設計簡易原電池為探究主題，制作簡易原電池的探究過程中涉及到原電池構成要素的科學知識S，制作簡易原電池屬于技術T，原電池原理在生產生活中的應用屬于社會S，而從能量轉化的角度實現“綠色化學”的思想屬于環境E，將5E教學模應用于“STSE綜合實驗”——自制水果原電池教學中。

2.1 參與環節：創設真實情境，引發認知沖突

【情境創設】播放燃煤發電、風力發電的小視頻

【師】視頻中發生了怎樣的能量轉化呢？

【生】火力發電通過燃燒使化學能轉化為熱能，熱能轉化為機械能最終轉化為電能，風力發電是化學能轉化為機械能再轉化為電能。

【師】思考一下燃煤發電與風力發電有什么不足呢？

【生】火力發電浪費能源，污染環境；風力發電需要的條件苛刻；能量損耗多，電能易浪費

【師】大家想的很全面，如何提高能量轉化率呢？如何防止電能浪費呢？

【生】電池可以將化學能直接轉化為電能，還可以儲存電能，防止浪費。

教師播放有關風力、火力發電的視頻，通過熟悉的場景向學生發問，讓學生不由自主的參與到課堂中來，教師進一步發問:如何提高能量轉化率，防止電能浪費？在學生的表述中，電池就是把化學能轉化為電能，并儲存電能，暴露了學生關于電池的能量轉化、電池儲能形式的認知沖突。教師在參與這一環節重點在于讓學生在真實的情境中暴露前概念。

2.2 探究環節：科學探究，合作交流

【師】3～4人一組，根據老師補充的氧化還原和大家所學的電學知識，利用檸檬，銅片、鋅片、導線、發光二極管制作簡易化學電池。

【師】大家在探究過程中思考并回答四個問題：①自制化學電池中能量如何轉化？②自制化學電池化學電池由哪幾部分構成？③電流和電子的流動方向，④裝置的正負極的判定方法。

【生】把銅片與鋅片插入檸檬，用導線將銅片、鋅片、發光二極管連接起來形成閉合回路。

【師】同學們的實驗完成的都很好，大家觀察到了什么？

【生】發光二極管有的亮了，有的沒有亮。

該環節教師提供必須的實驗材料、背景知識，學生設計簡單的實驗方案，合作完成實驗操作，收集實驗證據，實現真正的自主探究。教師對學生的探究過程進行評價，診斷學生“科學探究與創新意識”的素養水平，學生具備基本的科學探究知識，可以自己設計、完成探究實驗方案達到了水平2，教師引導學生明確探究需解決的問題，發展學生的科學探究能力，暴露更多的前概念和實驗技能。

2.3 解釋環節：學生表達，教師補充

【師】自制化學電池中能量是如何轉化的？由哪幾部分構成？

【生】自制化學電池中由化學能轉化為電能。自制化學電池構成要素包括導線，正負極，(少部分同學能回答出電解質溶液)。

【師】電解質溶液也是自制化學電池的構成要素，在大家自制的化學電池中，有了導線、正負極、電解質溶液與發光二極管，還有什么必要條件呢？想一想大家拿到材料后，做了什么呢？

【生】相互連接，形成了閉合回路

【師】同學們普遍能說出自制化學電池中的能量變化，但對自制化學電池的構成要素表述的不是很準確。

【師】我們把化學能轉化為電能的這種裝置叫做原電池，原電池的構成要素包括：①活潑性不同的兩個電極，至少一種是金屬；②電解質溶液；③形成閉合回路；④能自發發生氧化還原反應(本質)。

【師】同學們是如何判斷電流和電子的方向？

【生】銅片與發光二極管正極相連，二極管發光，表明銅片是正極，鋅片是負極，電流從正極流向負極，即銅片流向鋅片，而電子流動方向與電流方向相反，從負極流向正極，即電子從鋅片流向銅片。

【師】同學們分析的很好，化學能轉化為電能的關鍵是氧化還原反應，依據電子的流動方向，分析一下氧化還原反應。

【生】鋅片(負)：Zn-2e-=Zn2+(氧化反應)；銅片(正)：Cu2++2e-=Cu(還原反應)

【師】同學們認同這種說法嗎？

【生】正極銅片沒有Cu2+，所以不是Cu2+得電子，水果中的果汁存在酸性電解質H+，依據金屬活動性順序表中氫在銅的前面，H+從銅片獲得電子以H2的形式逸出。

鋅片(負)：Zn-2e-=Zn2+(氧化反應)

銅片(正)：2H++2e-=H2↑(還原反應)

【師】這位同學說的很好，現在，我們來思考一下：同學們是如何判斷原電池的正負極呢？

【生】根據氧化還原反應；金屬活動性順序表；電流的方向

【師】原電池正負極的判定方法：①負極發生氧化反應，正極發生還原反應；③活潑性高的做負極，活潑性低的做正極；②電子由負極流向正極。

該環節是5E教學模式的“關鍵環節”，主要由學生進行解釋、表達，教師只需再組織給學生一個明確的、科學的解釋，引入新概念，新知識，促進學生正確理解。教師引入“原電池”概念，補充背景知識，引導學生解釋原電池的工作原理。學生基于實驗現象進行分析，解釋并展示交流，達到了“科學探究與創新意識”的素養水平3。

2.4 精致環節：學生遷移，解決問題

【師】馬克太太最近牙疼，頭暈，看醫生也沒有找到病因，只知道馬克太太前段時間在上頜鑲了一顆金牙，這幾天在那顆牙的對頜位置鑲了一顆不銹鋼牙，大家幫馬克太太找找病因。

【生】鐵(不銹鋼)與金活潑性不同，由于唾液中含有電解質，構成了原電池，產生了電流，導致牙痛，頭暈的癥狀

【師】謝謝大家解決了馬克太太的苦惱，現在老師有一個疑惑，誰能為老師解答一下呢？輪船在海水中航行易被海水腐蝕，有經驗的船長在輪船水下部分裝上鋅塊，發現腐蝕速度減緩了，這是什么原理呢？

【生】利用了原電池原理，鋅塊、鐵(船身)和海水構成原電池，從而防止鐵被腐蝕。

【師】原電池原理的發現與應用，節約了資源，實現了可持續發展，也為我們的生活帶了很多便利。我們要將學習到的理論知識聯系實際，解決了生活實際問題，形成將化學成果應用于生產生活的意識。

“精致”就是進行知識遷移，教師引導學生在新的情境或新的活動中應用新知識，拓展對新概念、新知識的理解。該環節中教師創設“馬克太太患病”、“船體防腐”的新情境，引導學生鞏固原電池的構成要素，教師通過學生對知識遷移情況，了解學生已具備“解釋說明”“推斷預測”的高階思維，達到了”科學態度與社會責任”的水平3。

2.5 評價環節：評價多樣化

【師】現在我們開始回憶我們最初要解決的問題：降低能量轉化率，防止電能浪費。同學們提出利用電池將化學能直接轉化為電能，減少能量轉化率，還可以儲存電能，防止浪費，現在

大家討論一下，我們這個解決方法的表述中有沒有錯誤。

【生】電池儲存的是化學能(少部分同學)

【師】電池與我們生活密切相關，電池是將化學能直接轉化為電能，把可產生的電能以化學能的形式儲存起來，而不是儲存電能。

【師】現代社會電池在儲能和供能方面有很大的發展，新型電池研發集中于高效、環保，遵循“綠色化學”的思想。

教師通過觀察學生的實驗操作，評價學生對該實驗中問題的分析與解釋，了解學生對新知識、新概念的掌握情況及問題解決能力。在評價過程中讓學生對“綠色化學”有了深層次的感受，不再單純的認為“綠色化學”就是減少尾氣排放、使用無污染原料這種“喊口號”式的化學思想，體會研制新型電池對能源、環境的重要性。

3 小結

針對“STSE綜合實驗”來說，5E教學模式以“探究”為中心，處于不斷循環中，當一個教學環節結束后，我們可以以這個教學環節為起點，引導學生進行新一輪的科學探究，全方位、多角度的培養學生的創新思維及解決問題的能力。教師要利用5E教學模式引導學生進行“STSE綜合實驗”，發展學生的實驗能力，培養學生“理論聯系實際”、“綠色化學”的化學思想。