胡佳敏

(山西师范大学 教师教育学院，山西 临汾 041000)

化学与技术、社会、环境之间的关系越来越密切，选修模块中增加了“STSE综合实验”专题，通过科学—技术—社会—环境教育将STSE思想渗透于课堂教学之中，让学生在掌握化学的基本术语与概念、科学过程与原理及化学与社会的联系的基础上，促进学生科学素养的发展，使化学教学真正深人学生的骨髓。可见“STSE综合实验”与课堂教学有效融合是现在及未来研究的重点。

1 “STSE综合实验”的5E教学模式探析

“STSE综合实验”中S科学、T是技术、S是社会、E是环境。5E教学模式描述了一种能用于总课程、具体学科课程或某一节具体课的教学程序[1]，包括5个教学环节，即参与、探究、解释、精致和评价[2]。构建面向“STSE综合实验”的5E教学模式，如图1所示。

图1 “STSE综合实验”的5E教学模式

2 “STSE综合实验”的5E教学模式案例

本研究选择“STSE综合实验”——自制水果原电池，用生活中的材料设计简易原电池为探究主题，制作简易原电池的探究过程中涉及到原电池构成要素的科学知识S，制作简易原电池属于技术T，原电池原理在生产生活中的应用属于社会S，而从能量转化的角度实现“绿色化学”的思想属于环境E，将5E教学模应用于“STSE综合实验”——自制水果原电池教学中。

2.1 参与环节：创设真实情境，引发认知冲突

【情境创设】播放燃煤发电、风力发电的小视频

【师】视频中发生了怎样的能量转化呢？

【生】火力发电通过燃烧使化学能转化为热能，热能转化为机械能最终转化为电能，风力发电是化学能转化为机械能再转化为电能。

【师】思考一下燃煤发电与风力发电有什么不足呢？

【生】火力发电浪费能源，污染环境；风力发电需要的条件苛刻；能量损耗多，电能易浪费

【师】大家想的很全面，如何提高能量转化率呢？如何防止电能浪费呢？

【生】电池可以将化学能直接转化为电能，还可以储存电能，防止浪费。

教师播放有关风力、火力发电的视频，通过熟悉的场景向学生发问，让学生不由自主的参与到课堂中来，教师进一步发问:如何提高能量转化率，防止电能浪费？在学生的表述中，电池就是把化学能转化为电能，并储存电能，暴露了学生关于电池的能量转化、电池储能形式的认知冲突。教师在参与这一环节重点在于让学生在真实的情境中暴露前概念。

2.2 探究环节：科学探究，合作交流

【师】3～4人一组，根据老师补充的氧化还原和大家所学的电学知识，利用柠檬，铜片、锌片、导线、发光二极管制作简易化学电池。

【师】大家在探究过程中思考并回答四个问题：①自制化学电池中能量如何转化？②自制化学电池化学电池由哪几部分构成？③电流和电子的流动方向，④装置的正负极的判定方法。

【生】把铜片与锌片插入柠檬，用导线将铜片、锌片、发光二极管连接起来形成闭合回路。

【师】同学们的实验完成的都很好，大家观察到了什么？

【生】发光二极管有的亮了，有的没有亮。

该环节教师提供必须的实验材料、背景知识，学生设计简单的实验方案，合作完成实验操作，收集实验证据，实现真正的自主探究。教师对学生的探究过程进行评价，诊断学生“科学探究与创新意识”的素养水平，学生具备基本的科学探究知识，可以自己设计、完成探究实验方案达到了水平2，教师引导学生明确探究需解决的问题，发展学生的科学探究能力，暴露更多的前概念和实验技能。

2.3 解释环节：学生表达，教师补充

【师】自制化学电池中能量是如何转化的？由哪几部分构成？

【生】自制化学电池中由化学能转化为电能。自制化学电池构成要素包括导线，正负极，(少部分同学能回答出电解质溶液)。

【师】电解质溶液也是自制化学电池的构成要素，在大家自制的化学电池中，有了导线、正负极、电解质溶液与发光二极管，还有什么必要条件呢？想一想大家拿到材料后，做了什么呢？

【生】相互连接，形成了闭合回路

【师】同学们普遍能说出自制化学电池中的能量变化，但对自制化学电池的构成要素表述的不是很准确。

【师】我们把化学能转化为电能的这种装置叫做原电池，原电池的构成要素包括：①活泼性不同的两个电极，至少一种是金属；②电解质溶液；③形成闭合回路；④能自发发生氧化还原反应(本质)。

【师】同学们是如何判断电流和电子的方向？

【生】铜片与发光二极管正极相连，二极管发光，表明铜片是正极，锌片是负极，电流从正极流向负极，即铜片流向锌片，而电子流动方向与电流方向相反，从负极流向正极，即电子从锌片流向铜片。

【师】同学们分析的很好，化学能转化为电能的关键是氧化还原反应，依据电子的流动方向，分析一下氧化还原反应。

【生】锌片(负)：Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)；铜片(正)：Cu2++2e-=Cu(还原反应)

【师】同学们认同这种说法吗？

【生】正极铜片没有Cu2+，所以不是Cu2+得电子，水果中的果汁存在酸性电解质H+，依据金属活动性顺序表中氢在铜的前面，H+从铜片获得电子以H2的形式逸出。

锌片(负)：Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)

铜片(正)：2H++2e-=H2↑(还原反应)

【师】这位同学说的很好，现在，我们来思考一下：同学们是如何判断原电池的正负极呢？

【生】根据氧化还原反应；金属活动性顺序表；电流的方向

【师】原电池正负极的判定方法：①负极发生氧化反应，正极发生还原反应；③活泼性高的做负极，活泼性低的做正极；②电子由负极流向正极。

该环节是5E教学模式的“关键环节”，主要由学生进行解释、表达，教师只需再组织给学生一个明确的、科学的解释，引入新概念，新知识，促进学生正确理解。教师引入“原电池”概念，补充背景知识，引导学生解释原电池的工作原理。学生基于实验现象进行分析，解释并展示交流，达到了“科学探究与创新意识”的素养水平3。

2.4 精致环节：学生迁移，解决问题

【师】马克太太最近牙疼，头晕，看医生也没有找到病因，只知道马克太太前段时间在上颌镶了一颗金牙，这几天在那颗牙的对颌位置镶了一颗不锈钢牙，大家帮马克太太找找病因。

【生】铁(不锈钢)与金活泼性不同，由于唾液中含有电解质，构成了原电池，产生了电流，导致牙痛，头晕的症状

【师】谢谢大家解决了马克太太的苦恼，现在老师有一个疑惑，谁能为老师解答一下呢？轮船在海水中航行易被海水腐蚀，有经验的船长在轮船水下部分装上锌块，发现腐蚀速度减缓了，这是什么原理呢？

【生】利用了原电池原理，锌块、铁(船身)和海水构成原电池，从而防止铁被腐蚀。

【师】原电池原理的发现与应用，节约了资源，实现了可持续发展，也为我们的生活带了很多便利。我们要将学习到的理论知识联系实际，解决了生活实际问题，形成将化学成果应用于生产生活的意识。

“精致”就是进行知识迁移，教师引导学生在新的情境或新的活动中应用新知识，拓展对新概念、新知识的理解。该环节中教师创设“马克太太患病”、“船体防腐”的新情境，引导学生巩固原电池的构成要素，教师通过学生对知识迁移情况，了解学生已具备“解释说明”“推断预测”的高阶思维，达到了”科学态度与社会责任”的水平3。

2.5 评价环节：评价多样化

【师】现在我们开始回忆我们最初要解决的问题：降低能量转化率，防止电能浪费。同学们提出利用电池将化学能直接转化为电能，减少能量转化率，还可以储存电能，防止浪费，现在

大家讨论一下，我们这个解决方法的表述中有没有错误。

【生】电池储存的是化学能(少部分同学)

【师】电池与我们生活密切相关，电池是将化学能直接转化为电能，把可产生的电能以化学能的形式储存起来，而不是储存电能。

【师】现代社会电池在储能和供能方面有很大的发展，新型电池研发集中于高效、环保，遵循“绿色化学”的思想。

教师通过观察学生的实验操作，评价学生对该实验中问题的分析与解释，了解学生对新知识、新概念的掌握情况及问题解决能力。在评价过程中让学生对“绿色化学”有了深层次的感受，不再单纯的认为“绿色化学”就是减少尾气排放、使用无污染原料这种“喊口号”式的化学思想，体会研制新型电池对能源、环境的重要性。

3 小结

针对“STSE综合实验”来说，5E教学模式以“探究”为中心，处于不断循环中，当一个教学环节结束后，我们可以以这个教学环节为起点，引导学生进行新一轮的科学探究，全方位、多角度的培养学生的创新思维及解决问题的能力。教师要利用5E教学模式引导学生进行“STSE综合实验”，发展学生的实验能力，培养学生“理论联系实际”、“绿色化学”的化学思想。