STSE教育理念與地域特色融合的初中化學教學設計
——以“金屬資源的利用和保護”為例*

趙 霞，劉 波

(云南師范大學 化學化工學院，云南 昆明 650500)

為適應我國經濟發展階段變化，迫切需要培養大批符合新時代背景的創新型人才。習近平總書記在黨的二十大報告中再次強調“培養創新型人才”的重要性[1]。STSE教育理念充分把教學與科學、技術、社會、環境聯系到一起，在知識的基礎上更注重學生綜合能力的培養，這即符合我國當代發展的主旋律，也符合教育改革中對教育作出的新要求。目前，多數教師在教學中只單一穿插STSE中某個領域的知識，在素材的選擇上過于依賴已有素材、缺乏創新性，導致教學效果不明顯。人教版初中化學“金屬資源的利用與保護”一節與生活息息相關，加之云南擁有豐厚的礦產資源，享有“有色金屬王國”的美譽，有準確和豐富的素材可供挖掘。因此，本文以這一節為例進行STSE教育理念與地域特色融合的教學設計，探索如何在教學中應用好STSE教育理念、設計好教學內容，為教師教學提供新視角，為學生發展提供新可能。

1 STSE教育理念的概念

STSE教育是在STS基礎上的延伸，隨著社會不斷高速發展，人們意識到科學(Science)、技術(Technology)、社會(Society)與教育密不可分后，又提出保護人類賴以生存的環境同樣不可忽視，進一步把環境(Environment)與教育聯系起來，是科學教育與人文教育高度融合的新型教育。STSE教育理念強調教師突破以知識邏輯體系為核心的傳統教學模式，有意識的將真實的社會和生活情境呈現出科學和技術，使教學內容基于教材基礎知識但又不局限于教材，有助于學生分析科學、技術、社會和環境之間的相互影響，從而樹立科學技術與社會生活、自然環境協調發展的觀念。

2 STSE教育理念在中學化學教學中的功能價值

化學是一門中心科學，它與社會生活生產、科學技術研發、環境問題治理等方面的需要有密切關系，是人類社會發展的動力源泉。因此，化學學科與STSE教育理念的契合度極高。在國家對創新型人才需求增加及“雙減”實施的時代背景下，為立德樹人根本任務的實現，學生和教師均面臨新的機遇與挑戰。不論是從教師還是學生角度，在教學中融入STSE教育理念都有重要意義，將會使教學起到事半功倍的效果。

2.1 學生層面的功能價值

第一，從知識角度來看，用STSE理念設計教學，相當于把教材上學生覺得陌生、晦澀的知識生活化、情境化了，使學生能夠深度理解與應用學科知識。第二，在學習過程中，學生的學習方式發生了轉變，主動性增強，能積極參與到課堂中來。第三，中、高考化學試題中，常用STSE知識作為載體考查學生應用化學知識解決生活中實際問題的能力，要求學生根據題干所給信息推斷、預測、歸納、總結[2]。比如，2021年連云港市中考選擇題中，考察學生在生活中是否能合理利用化學知識降低水的硬度、提高肥料效率、判斷霉質食物、分析特定情境的滅火原理。從素養角度來看，在課堂上融入科學、技術、社會、環境的知識，能使學生體會化學學科的獨特價值、提升綜合分析生活問題的能力、提高綜合素質，避免培養出考試機器。

2.2 教師層面的功能價值

STSE教育理念能夠為教師提供教學的新思路。如何讓學生適應時代的發展，在輕負擔的同時高效率高質量學習。這是教師在新時代大環境下需要深度思考的問題，解決這一問題最重要的一點就是教師在前期教學設計時就做好相應的準備和突破。大部分教師在教學時都會有意識的將學科知識聯系社會，但由于教師課前在尋找素材上沒有下功夫，導致多是碎片化、片面化的，真正做到將課堂與生活緊密融合的很少。由于STSE教育涉及4大領域，在化學課堂中實施STSE教育需要教師關注社會熱點，重視科學技術對社會環境帶來的影響，并且思考如何將它們合理融入課堂中。合理利用STSE理念設計教學可以有效將課堂生活化、趣味化，促進學生科學學習的同時更關注學生素質的全面發展。

3 STSE教育理念的應用策略

在應用STSE教育理念進行教學時，一般有如下3種常見教學策略[3]。第一，創設情境。所創之境應最大化利用教材中的欄目、插圖、習題等，且情境的選擇要真實并符合學生的最近發展。第二，小組討論。討論的話題應緊跟時事，最好是社會熱點或有爭議性的話題，但教師要注意啟發指導，培養學生正確價值觀、是非觀。第三，角色扮演。學生通過角色扮演、合作交流來應用和體會所學知識，讓抽象知識生活化，培養知識遷移能力。

需要注意的是，如果使用STSE教育理念時，素材與情境的選取不合理，這不僅達不到預期的學習效果，而且會增加學生的學習負擔?！读x務教育化學課程標準(2022版)》提出“在教學中，教師根據教學目標、教學內容、學生的已有經驗，以及學校的實際條件，有針對性地選擇學習情境素材”“鼓勵和倡導教師在教學中創造性地設計和開發學習情境素材”[4]?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準(2017年版2020年修訂)》指出“真實的STSE問題和化學史實等，都是有價值的情境素材”[5]。所謂真實的問題，即實際存在，學生能真切體會的問題。在素材的選取上，挖掘地域特色，就是尋找學生身邊的真實問題。這不僅能在趣味中增強學生學習積極性，也能提高學習效率，便于學生對學習情境的理解和對知識的把握。

人教版初中化學九年級下冊第八單元課題3“金屬資源的利用和保護”，包含了合理開采資源、冶鐵技術、資源利用、環境保護等多重領域知識，與STSE理念有高度重合之處。云南的金屬資源豐富，有大量的素材可供挖掘。所以，本文將STSE教育理念與云南地域特色融合應用到該節內容的教學中，探索用更恰當有效的教學方法促進學生的學習、提升學生的化學核心素養。

4 教學設計

4.1 教材與課標分析

“金屬資源的利用和保護”選自人教版初中化學九年級下冊第八單元課題3，多為事實性知識，難度不大，易于理解。有承上啟下的作用，是對第八單元中金屬相關知識的小結，也是高中學習鐵及其化合物、金屬資源等知識的基礎。本節內容分為兩個課時，一是金屬資源的利用，主要以鐵的冶煉為例介紹工業煉鐵的原理、流程、雜質計算等。二是金屬資源的保護，主要以鐵釘生銹探究金屬腐蝕條件，進一步得到金屬資源的保護方法。本節內容與生活密切相關，除了知識的教學外，更多的是在給學生進行意識上、價值觀上的教育，讓學生從事實中明白化學的價值，樹立合理利用資源、保護環境的意識。

課標中本課題內容的相關要求主要體現在主題2物質的性質與應用中，初中化學的四個核心素養在本課題中都有所體現。按照《課標》要求，本節核心知識是鐵礦資源的利用與防護；化學觀念是性質決定用途；科學思維是基于真實問題情境，依據物質性質，解決金屬材料的應用、防護等綜合問題，能對資源、環境的社會性議題展開討論；價值是體會化學、金屬資源的重要性。

4.2 學情分析

從學生生理、心理特點來看，九年級下學期的學生，上課易躁動分心，有判斷是非的能力但是容易受到外界環境影響，需要老師采取策略激起學生學習興趣并且對學生進行正確價值觀引導。從學生已有知識基礎來看，該課題是在學生已經學習了金屬材料和金屬的化學性質后學習的，且生活中的金屬腐蝕和防護現象也很常見，所以學生對這部分內容有知識基礎，對于知識的理解問題不大。但是對于學生來說將金屬的特性與金屬的應用與防護聯系起來去獨立分析問題、計算實際生產問題有困難，教師應進行方法的引導。

4.3 教學目標

1)通過分析中國、云南、安寧的金屬資源，了解我國現代金屬工業的發展情況，認識合理使用金屬資源的重要意義，形成金屬防護和環保意識。

2)通過觀看視頻、分析《天工開物》中古代冶鐵的描述，能說出實驗室、工業煉鐵原理以及對應方程式，能計算含雜質的工業生產問題，初步形成計算雜質問題的一般思路；

3)通過鐵生銹的實驗探究和角色扮演活動，掌握金屬腐蝕條件、防護措施，并解決相應的生活問題

4.4 教學重難點

教學重點：鐵的冶煉；鐵生銹的條件及防護；合理利用金屬資源的意識。

教學難點：鐵冶煉中的雜質計算問題；探究鐵生銹的條件。

4.5 教學流程及其體現的地域特色、STSE理念

云南地域特色的體現情況，見圖1；教學流程，見表1。

圖1 “金屬資源的利用和保護”中云南地域特色的體現情況

4.6 教學過程

4.6.1 金屬資源的利用

教學環節1，導課。

情境創設：中國、云南、安寧的金屬礦產資源。

老師：同學們，金屬資源在我們生活中應用廣泛，你能舉例說說生活中有哪些常見金屬嗎？這側面體現了金屬元素在地殼中的含量，請同學們閱讀課本金屬在地殼中含量的資料卡片。我國以及云南的金屬資源情況如何？下面請看資料：中國、云南的金屬資源情況(見圖2)[6-7]。

圖2 中國、云南的金屬資源情況

老師：可以看到，金屬資源的廣泛應用與我國豐富的金屬礦產儲備情況緊密相關，我們生活的云南，金屬礦產資源同樣十分豐富，被稱為“有色金屬王國”，多種有色金屬和其他重要金屬儲量居全國首位。世界每年都會從礦石中提取、應用上億噸金屬，提取量最大的是鐵，在云南有一個地方的鐵儲量非常豐富，請看資料：安寧的鐵礦資源(見圖3)[8]。

圖3 安寧的鐵礦資源

老師：安寧正在建造一座新的鋼鐵新城；2022年12月17日，滿載鋼材、化肥等近 1000 t “安寧制造”的首趟中老鐵路國際貨運列車發車了，從安寧駛向老撾首都萬象，這是安寧鐵實力的體現，同時也彰顯了中國資源、中國力量。

設計意圖：創設三個情境，從科學、 社會的角度激發學生學習興趣。 一是中國礦產資源，二是結合所處環境選擇的云南礦產資源，三是安寧的鐵礦資源，由遠及近，由大及小，體現地域特色的同時，讓學生體會到我國金屬資源的豐富與合理利用金屬資源的重要性。

教學環節2，新課講授，金屬資源存在形式與常見金屬礦石。

老師：是否所有的金屬資源都是以化合物的形式存在？

學生活動：回顧金屬活動性順序表，并據此預測金屬在自然界中的存在形式；

學生：活動性強的金屬多以化合物形式存在；活動性弱的金屬可以單質形式存在；

情境創設：常見的金屬單質、 金屬礦石資源圖片；

老師：講授金屬存在形式并展示自然界中金屬、礦石圖片。

設計意圖：金屬活動性順序表與金屬存在形式有一定聯系，先基于已有知識科學預測再展示社會真實情況，能很好的以新知引出舊知，提高學習效率。

教學環節3，新課講授，鐵的冶煉原理；實驗室冶鐵。

老師：人們如何從豐富的鐵礦產資源中獲得可利用的鐵？

情境創設：《天工開物》中提到的冶鐵方法；

老師：依據素材，結合生熟煉鐵爐圖片介紹《天工開物》中記載的我國古人煉鐵方法：“凡鐵一爐載土二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭，或用木炭，南北各從利便?！薄胺茶F分生、熟，出爐未炒則生，既炒則熟。生、熟相合，煉成則鋼?！闭垖W生思考過程中的反應實質、條件。

老師：總結煉鐵的原理是一氧化碳與氧化鐵的反應，引導學生設計實驗室制取鐵的方案并小組合作進行實驗。

設計意圖：創設情境從天工開物中相關冶鐵描述入手，讓學生體會我國冶鐵歷史的悠久，增強文化自信。同時天工開物中對冶鐵方法的描述，可對后續的實驗室、工業冶鐵進行鋪墊。教學中融合了科學、社會、技術，讓學生自主分析，充分發揮了學生的主體作用。

教學環節4，新課講授，工業冶鐵；實際生產中的雜質問題計算。

視頻：我國現代工業冶鐵方法，請同學回答工業冶鐵設備、原料、原理、焦炭與石灰石的作用，比較工業、實驗室冶鐵的異同。

雜質計算：指出在計算產量等問題時要考慮雜質，由2個例題，一個初步探索，一個檢驗學習成果。師生共同總結解決這類計算問題的方法、步驟。

設計意圖：通過視頻，直觀展示了工業煉鐵流程，脫離了枯燥的課本。 在分析工業冶鐵的過程中，融合了科學、 技術、 社會、環境，多方位提升學生素養。

教學環節5，知識擴展與應用，常見金屬資源的利用；體會合理利用金屬資源。

老師：除了最常見的鐵礦，如何利用其他金屬資源？

情境創設：師生共同分析圖片，體會銅礦、鋁礦的應用；

小組討論：請根據實際地理情況、資源情況等，就安寧金屬資源的合理利用談談你的看法。

設計意圖：基于學生的最近發展區，擴展學生不太熟悉的銅礦與鋁礦的相關知識，豐富學生對于社會、科學、技術、環境及其相互作用的認知。依據地域特色，展開小組討論，培養學生解決實際問題的能力，樹立合理的金屬資源利用觀。

教學環節6，小結，金屬資源的存在形式、兩種冶鐵方法。作業布置：圖文結合總結兩種冶鐵方法的異同；查閱資料，談談金屬資源的廣泛利用性是如何體現的？金屬資源的污染性又是如何體現的？

設計意圖：依據本節課的主要知識點進行小結與作業布置，做作業的過程中培養學生收集、分析信息的能力，加深學生對金屬資源重要性的認識，強化學生對STSE四大領域的相互聯系及其與化學的聯系的理解，為下一節課做鋪墊。

4.6.2 金屬資源的保護

教學環節1，復習。

學生：優秀作業展示；師生交流金屬資源的利用、污染、保護情況。

設計意圖：檢查學生作業情況，通過反饋，可適當調整本節課后學的教學過程。通過師生互動，培養學生的表達、交流能力。

教學環節2，導課。

老師：豐富的鐵礦資源促進了安寧的發展，它對安寧同樣造成了負面影響。不合理利用金屬資源的危害極大，應如何合理利用和保護金屬資源？

教學環節3，新課講授，金屬資源的4種保護方法。

情境創設：安寧市易門箐鐵礦的污染資料

老師：易門箐鐵礦的污染資料，見圖4[9]。請同學們分析如今污染形成的原因，并且根據原因，提出具體的保護金屬資源的方法。

圖4 安寧市易門箐廢棄鐵礦污染與治理基本情況

學生：根據資料和教師的引導，得出保護金屬資源的4種主要方法：合理開采礦物、金屬的回收利用、尋找金屬的代替品、防止金屬的腐蝕。

設計意圖：運用安寧市的實際礦產開采情況進行導課，真實且與學生生活貼近，通過對資料的分析，能夠激發學生學習興趣，讓學生更深刻的體會科學、技術、社會、環境與化學的聯系。

教學環節4，新課講授，鐵的腐蝕。

設計實驗：生活中鐵制品無處不在，其生銹的情況也很常見。鐵在什么條件下會腐蝕呢？請學生預測鐵生銹的條件，并用給定物品(無銹鐵釘、試管、剛煮沸冷卻的蒸餾水、植物油、棉花、干燥劑氯化鈣)設計實驗探究鐵生銹條件；教師展示提前做好的實驗結果，學生分析現象、得出結論；

學生：總結鐵生銹的條件：同時與空氣中的氧氣、水蒸氣發生化學反應。

設計意圖：讓學生預測后自主設計實驗，培養學生的科學意識，提升科學探究、解決問題的能力。

教學環節5，新課講授，鐵的防護。

角色扮演：生活中如何防止鐵制品生銹？請同學相互配合，模擬家庭場景，結合實際，以家用鐵制品的防護為主題進行角色扮演；

設計意圖：通過角色扮演，將知識情境化、生活化，加深學生對知識的理解，提升學生在生活中應用STSE與化學知識解決問題的能力，并培養學生合作、交流能力。

教學環節6，知識擴展與應用。

情境創設：冬奧會獎牌的涂料

老師：同學們是否想過為何奧運會上的獎牌能長久保存？在去年結束的冬奧會上，為降低金牌的磨損程度或銀牌和銅牌在空氣中的氧化程度，獎牌用水性硅烷改聚氨酯涂料作為保護膜，環保且有效。

小組討論：安寧鐵礦資源會被用盡嗎？你如何理解金屬資源的不可再生？

老師：總結學生回答，指出金屬資源不會被用盡，因為不可再生指在較長一段時間里資源難以生成，再次強調保護資源的重要性。

設計意圖：通過前沿科學，體會化學的重要意義。通過小組討論社會性議題來引導學生理解保護金屬資源的重要性，學生可從科學、社會、環境等多方面進行思考回答，讓學生有意識地關心社會發展，發展學生的核心素養。

環節7，小結，鐵生銹的條件、保護金屬資源我們能做什么；作業布置：查閱資料，就我國稀土資源的合理利用和保護談談你的看法。

設計意圖：依據本節課知識點進行小結與作業布置，再次強化學生對金屬資源合理利用與保護的意識和對STSE四大領域的相互聯系及其與化學的聯系的理解。

5 結語與展望

本文探索在教學設計中建構STSE教育理念與地域特色融合模式，根據云南地域特色挖掘了新的安寧鐵礦教學素材。整個教學設計充分以學生為主，有多次的情境創設，還采用了角色扮演、小組討論等教學方法，特別重視將科學、技術、社會、環境與教學內容融合，使學科知識與學生生活密切聯系，從而加深學生對知識的理解，促進學生核心素養的發展。

本文僅以初中化學的某一課題為例進行教學設計，未在真實課堂實踐過，對于實際教學效果有待考量；體現地域特色的素材很多，本文主要以安寧的金屬資源為例進行了素材挖掘，不同的地區在素材挖掘上還有很多其他的可能性。若教師能夠把STSE理念與單元教學設計聯系起來，綜合設計項目式活動，會使知識變得更系統化，也更能體現化學的特殊價值。