美国化学教材ChemCom探究性内容一例评析，本文主要内容关键词为：美国论文,一例论文,探究性论文,教材论文,化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
美国中学化学教材ChemCom （社会中的化学）是在美国科学基金会的支持下，由美国化学会组织编写的旨在提高美国公民科学素养的高中化学教科书，它于1988年正式出版，1993年出版第二版，目前已在数千个教学班级使用。该教科书在内容编排上不仅以把化学知识与现代社会生活紧密联系起来见长，而且每个单元中都含有必须经过学生亲自进行探究才能解决的问题。 据统计， 全书八个单元中，
你决定（Youdecide）的探究性内容共有21个，平均每章2.5个。 现从第二单元“保护化学资源”中选取一例进行评析，以求管中窥豹，希望能对我国将来中学化学课程中探究性内容的设置有所启发。
1 课题 你决定：修复自由女神小姐
由化学原因造成的金属腐蚀对美国的经济危害很大。用于制造汽车、桥梁、轮船、园艺工具、门廊栏杆等所用金属的锈蚀和老化，每年造成的经济损失估计有700亿美元。 世界上的一部分资源只是被简单地用于替换或重建遭受严重腐蚀的建筑物，这甚至连独一无二的、一出现就被认为是国家象征的自由女神像也不能避免。
早在20世纪80年代，自由女神内部严重的腐蚀就受到了人们的极大关注。修复专家面临着几个问题，这包括：是什么造成自由女神像的损坏，损坏怎样能被修复，以及怎样避免进一步的损坏。
自由女神像的躯干由300块单个铜板组成， 每块铜板被用铰钉固定的铜条独特地连接在一根铁支架上，如图A所示。 当有潮气和溶解的离子存在时，不同的金属互相接触，就会发生反应，造成腐蚀。
神像的原设计者曾努力避免铜与铁架接触，他们知道这样的接触会引起腐蚀。19世纪70年代，建造者在两种材料接触的地方使用经虫胶浸过的石棉把铜和铁隔离开来。数年来，凝结的水蒸汽和雨水在铜和铁的连接处聚集，使铁发生了腐蚀。不防水的神像其内部的潮湿也加快了铁的腐蚀。铁生了锈，并产生了隆起，一些铁条质量减少了一大部分。隆起使得450，000颗较钉中40％以上的被拉松动，这样就在铜板上留下了一些小孔，使铜板产生了下垂，如B和C所示。
图：自由女神像身板和铁架的一个连接处，建造时的原状（A ）和支架腐蚀后的情况（B和C）
除了内部结构的损坏，神像铜质的外表也遭受着空气污染的影响。正常情况下，在暴露的铜表面上金属铜与空气中的其他物质发生反应，形成牢固的，诱人的绿衣，即铜绿，它对下面的铜起了保护作用。
但是，酸性污染物能把铜的绿衣转化成更易溶于水的物质，当雨水溶解掉这些新生成的物质后，更多的铜被暴露出来，引起进一步的腐蚀。
总之，造成自由女神像损坏有三个主要原因需要引起注意：
1.在铜和铁的接触点上铁支架的腐蚀。
2.神像内的潮气，它加快了铁的腐蚀。
3.空气污染使得铜外表失去了具有保护作用的铜绿衣。
多年来在神像内部涂上的各种各样的油漆和焦油也给修复神像带来了问题，因为在这些油漆和焦油被除去之前无法评估腐蚀造成的损坏程度有多大，这样也就不能进行修复。
你将怎样解决这些修复中的问题？
1.应用常识和你的化学知识，对上面三个问题中的每一个问题提出一种或几种解决方法。
2.如果部分替换材料是你所建议使用的，请考虑诸如以下因素：材料的物理性质和化学性质、它们的成本以及保护神像的设计和外观的需要。
在全班交流你的解决方案，并把它们与修复委员会选中的实际解决方案相比较。
2 评析
这个课题选择得很典型，并且很有意义，具体表现在以下几个方面：
（1）选择的课题很鲜明，非常容易引起学生的关注和兴趣， 能够充分调动学生进行探究的主动性和积极性。因为自由女神像不仅是人们无所不知的、深受崇敬的、世界级的文物，而且是自由、民主和美国的象征。建造自由女神像的金属因受到腐蚀而使神像发生损坏，自然会引起人们的极大关注。学生不禁会想到和提出这样一些有关的问题：自由女神像为什么会受到腐蚀？如何防止腐蚀的发生？怎样对因金属腐蚀而造成的神像的损坏进行修复等问题。这些问题会促使学生积极进行探究活动，通过查阅文献资料或进行实地考察，应用自己所学的化学知识以及其他科学知识，寻找解决问题的方法。
（2 ）课题所研究的问题是真实地发生在自由女神像上的化学问题，不是虚构的实际社会生活中很少或不可能发生的化学问题，这样更能使学生把所学的化学知识与解决社会实际化学问题结合起来。通过解决实际化学问题，学生会感到所学的化学知识是有用处的，从而增加了他们学习化学的兴趣，因为教育和心理学研究表明，只有学生感觉到有用的东西，学习起来才会感兴趣。
（3）课题选择的起点高， 缩短了普通化学知识的学习和其在解决重大复杂问题上的应用之间的距离。对因金属腐蚀而遭到损坏的自由女神像进行修复，这是一个很复杂、很大的工程，一般来讲，这是文物和其他方面的工程专家才有资格讨论的事情。把这样重大复杂的问题拿到学校中，作为教学中的探究性课题，可使学生及早参与到重大社会问题的讨论和决策中来，能很好地培养学生的社会参与意识和责任感。同时，也消除了重大问题的解决所带来的神秘感，增加了学生敢于解决问题的信心。另外，虽然选择的课题很大，但却能适应不同能力水平学生的需要。能力强的学生通过自己努力探索可能提出具有实际操作意义的、专家型的方案，能力低的学生提出的方案可能有很多不周密的地方，但通过积极参与也会从中得到很大的收获。
（4）课题主要涉及的是化学问题， 但是要想使修复自由女神像的问题得到圆满解决，仅从化学角度考虑问题是不够的，还需要考虑所用修复材料的物理和化学性质、成本、保持神像的原设计和外观的需要等。课题把有关化学知识放到大的问题中来应用，正反映了ChemCom 教材以社会中的问题为中心来学习化学知识的思想。事实上，我们社会中许多问题的解决不是哪一门科学所能独立承担的，有时可能涉及到的某门科学的知识多一些，但总的来讲，一个实际问题的解决需要综合运用多门科学的知识。课题的设计体现了在应用化学知识解决社会中的问题时必须与其它有关知识联系起来，给学生以解决问题的全貌。
5.课题介绍的有关背景知识比较详细，这里不仅有涉及到的化学知识，而且还有关于自由女神像的知识，如神像的躯干由300 块铜板组成，它们是用铜条固定在铁架上的等。这些知识能帮助学生了解问题产生的原因和来龙去脉，有助于对课题进行全面的了解和解决。
3 启示
长期以来，由于我国的化学课程以实施学科课程为主，强调的是化学知识的系统传授，有关探究性的内容一直没能引起足够的重视。面向21世纪进行化学课程改革，设置探究性的内容，培养学生的实践能力和创新能力，已是决定改革是否成功的关键。那么通过考察美国化学教材ChemCom中探究性内容的设置，对我们有哪些启示呢？
（1 ）目前我国中学化学教学中仅有的一些探究性内容大多是实际室可操作的，如在教学中经常让学生自己设计实验方案进行几种未知物的鉴别问题。这些问题虽然使学生在进行化学理性思维方面能得到很好的训练，但与社会实际生活中的化学问题还相去甚远，难以引起大多数学生的兴趣。借鉴美国化学教材ChemCom中的做法，结合我国的国情， 可把与社会生活密切相关、公众普遍关心的问题作为选择探究性课题的主要方向。如目前我国江、河、湖泊及地下水严重污染问题，近海海域赤潮问题、“白色污染”问题以及我国许多文物如兵马俑的保护等都与化学知识有密切的关系。把它们作为探究性课题，不仅具有实际和现实意义，而且能引起学生的极大关注和兴趣，增加他们的责任感和使命感。
（2）由于实施的是学科课程， 我国学生学习的化学知识与生产生活实际严重脱离，许多高中毕业生甚至不知道家用洗涤剂、化妆品、食品袋的化学成分。为此，对于选择的探究性课题要详细介绍有关背景知识，就象ChemCom中对自由女神像建筑结构进行介绍一样， 使学生既能了解问题产生的原因或过程，又能从中学习到与探究问题有关的必要知识。例如，要研究解决造纸厂排出的废水对河流及地下水造成的污染问题，需要详细介绍废水产生的过程、废水中含有的主要污染物、这些污染物如果排放到环境中将造成什么样的后果、一个造纸厂或一个地方乃至全国废水排放量有多少、这些废水主要排放到什么地方、造成了什么后果等。介绍这些知识，可以使学生对造纸厂排放废水造成的污染问题，有比较全面的了解，在提出解决问题方案时考虑的更加周全。
（3）探究性的课题所涉及到的化学反应应是真实发生的， 不是凭空想象、捏造的不可能发生或实际上是不可操作的化学反应。如在化学教学中，我们经常会发现有的教师让学生讨论这样的问题：在通常状况下，1克金属钠、镁、锌与足量的稀盐酸反应， 哪种金属生成的氢气质量多。从理论上看，这没什么问题，学生会很快给出答案。但是，这个问题在现有的中学化学实验室条件下却无法通过化学实验来实现，因为金属钠一遇到盐酸就会发生爆炸，它产生的氢气是无法收集到的。尽管从理论上讲能进行而却无法通过实验来实现的化学反应例子很多，但如果把它们作为教学中的探究性课题则失去了实践上的意义。化学是一门以实验为基础的科学，设计探究性课题应以能进行实验探索为基础，否则就难以体现化学学科的特色。
（4）探究性课题应鼓励学生从多方位、多角度去思考问题， 不要仅局限于从化学方面把问题解决了就算达到了探究目的；要考虑影响问题解决的多种因素，综合应用多方面的知识，寻求较为完满的解决问题的方法。在这一点上，ChemCom中让学生考虑所选材料的性质、 成本以及保护自由女神像的原设计和外观需要就为我们提供了很好的例子。
总之，设置探究性的课题，培养学生的实践能力和创新能力，是面向21世纪我国中学化学课程改革的重要内容。通过考察国外化学教材中探究性课题的设置经验，可以促进我们对设置探究性课题的研究，为我国的中学化学课程改革打下坚实的基础。