高中化学教材的研究和编制——人教版高中化学选修2《化学与技术》教材分析，本文主要内容关键词为：教材论文,高中化学论文,人教版论文,化学论文,技术论文，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。
自20世纪80年代以来，世界范围内开始注重科学、技术和社会(STS)相联系的科学教育。在中学化学课程中，如何体现、落实和加强STS教育，是一个需要积极探索、深入实践的课题。《化学与技术》等教科书的编写及教学实践正是朝这一方向努力的成果。本文结合人教版高中化学选修2《化学与技术》的编写谈一些体会和认识，希望广大化学教师批评指正。
一、对《化学与技术》课程的一些认识
《普通高中化学课程标准（实验）》（以下简称课程标准）指出，高中化学课程的主旨是在义务教育的基础上进一步提高学生的科学素养，促进学生的全面发展。《化学与技术》课程也同样服务于这一主旨。按照课程标准，《化学与技术》是在《化学1》《化学2》必修课程的基础上开设的选修课程。它不同于《化学反应原理》《物质结构与性质》《有机化学基础》等学科类选修课程，而与《化学与生活》一样，属于非学科类选修课程，其课程目标是“以化学知识为基础，介绍化学在自然资源开发利用、材料制造和工农业生产中的应用，使学生能运用知识对化学有关的一系列技术问题做出合理的分析，强化应用意识和实践能力。”
1.在科学、技术与社会背景中看课程的意义和特点
在课程开发和教学实践中，按照化学的学科特点和学生的实际接受水平，为了落实《化学与技术》课程的目标，对科学、技术与社会三者之间相互作用（关系）加深理解和认识是必要的，尽管其中的一些问题还需要做进一步深入细致的研究。例如，在高中阶段如何理解技术及其特点呢？关于这一问题可以参考《普通高中技术课程标准（实验）》。在这一课程标准中关于“技术及其性质”有下列表述：①技术是人类为满足自身的需求和愿望对大自然进行的改造；②技术的发展需要发明和革新；③设计在技术发明和革新中发挥着关键作用；④技术对个人生活、经济、社会、环境和伦理道德等方面具有重要影响；⑤技术活动需要综合运用多种知识；⑥知识产权在技术领域很重要。
关于技术及其性质的以上表述，揭示了技术实践过程中一些基本特点和高中学生应该理解的核心观念，可以帮助我们廓清对于《化学与技术》课程中的一些问题的认识。如，在人类为满足自身需求和愿望对大自然进行改造的过程中，化学已经做了什么？正在做什么？将来能够做什么？化学的发展如何促进有关技术的进步？化工生产及其设计是如何依据化学反应及其规律的？等等。
我们认为，在STS背景中《化学与技术》课程的意义和特点主要体现在以下三个方面：
首先，科学和技术是紧密地联系在一起的，两者对社会发展、人类生活具有同样重要的意义。例如，在《化学与技术》的序言中，为了帮助学生理解当今技术发展的特点，提出了技术发展的两种模式，即以经验为基础的技术，如，早期的陶瓷、玻璃的生产和少数金属及合金材料的冶炼等；以科学为基础的技术(science-based technology)，如，塑料、半导体材料、医药、化肥、农药、染料、电池等。在科学基础上发展的高新技术又加快了基础科学的发展，两者相互促进、密不可分。通过高中阶段有关课程的学习，有利于学生比较清楚地认识科学、技术和社会之间的辩证关系。
其次，尽管坚实的基础知识与较强的动手动脑能力是科学工作和工程技术都需要的，但科学与技术有它们各自不同的应用目的和领域。例如，同科学相比，技术要求更直接地面对人们的实际（市场）需要，一种产品首先用于满足人们的需要，需要也成了生产发展的动力和技术创新的源泉。为什么要生产这种产品？它可以用来做什么？当从这些问题展开时，有利于阐明生产和技术进步的意义，培养学生求知和创新的欲望，以及技术应用的风险意识和社会责任感。
再者，在解决实际问题的过程中科学和技术具有互补性，两者不能相互替代。除了科学研究中关于“是什么、为什么”等问题的解决过程外，在技术实践中还强调关于“做什么、怎么做”等问题的解决过程。后一过程会更多地涉及化学以外的物理、生物、地理等学科知识，体现技术应用的综合性；还会更多地涉及诸如环境保护、经济效益、法律法规、风险评估、利弊权衡等与态度、价值和决策有关的问题，体现技术实践的复杂性和产品设计标准的多元化。通过思考和解决这些问题，有利于学生加深对科学探究过程的理解，认识科学与技术各自的特点和局限，也有利于全面地培养学生解决实际问题的能力。
2.在课程标准中看课程的内容和范围
由于人们的物质、文化需要及其增长是永无止境的，因此与化学有关的技术应用、实践的范围极其广泛，并且会不断地变化和发展。在明确《化学与技术》的课程定位、课程目标后，如何确定《化学与技术》课程的内容和范围，则是一个很重要的问题，也需要在课程开发、教材编写和教学实践中不断地进行研究。
对于《化学与技术》课程，课程标准规定了3个主题，主题1：化学与资源开发利用；主题2：化学与材料的制造、应用；主题3：化学与工农业生产。具体目标包括如下几个方面：
(1)了解化学在工农业生产中的具体应用，认识化学工业在国民经济发展中的地位；
(2)认识化学科学发展对技术进步的促进作用，强化技术意识；
(3)形成自然资源综合利用、废旧物资再生利用的观念；
(4)通过调查、分析和讨论交流等途径认识实际化工生产技术问题的复杂性，增强创新意识。
根据上述内容和范围编写出版的教科书，体现了编者对于上述有关主题教学内容和范围的把握，为学校开展多种形式的教学实践活动（如，开设选修课、综合实践活动、研究性学习等）以及地方课程、校本课程的开发提供了可借鉴的思路和案例。
3.在课程改革的历史进程中看课程的实践与探索
理论联系实际是我国长期以来坚持的教育原则，课程开发和教学过程中如何体现和处理化学与社会、生产和生活的联系是落实这一原则的重要方面。在这方面我国中学化学课程和教材演变中发生过两次大的摇摆。一是20世纪50年代末期至60年代初期，各地化学课本大大地充实了生产知识，如，围绕着大炼钢铁、学校办工厂、当地生产特点等编入了许多像炼钢、炼铁等有关的生产知识，结果造成了“以生产为纲”，违反了理论联系实际的原则，削弱了基础知识，打乱了原有的教材体系，教师不易教，学生不易学。二是20世纪60年代中期至70年代中期，例如《工业基础知识·化工部分》，强调以化工生产为主线，搞所谓“典型生产引路”，把基础知识纳入生产系统之中，比1958年间所编的化学课本更为强调生产，对基础知识的削弱也更为严重。再如，为了强调农业生产，一些教科书编写了土壤、腐殖酸类肥料、中草药、沼气等补充教材或选用教材，后又纳入正式课本，基础知识不仅被打乱，而且进一步被压缩、削减。这些历史经验都是值得借鉴的，其中的教训更是需要认真汲取的。
二、教材体系说明
基于对课程标准的学习以及前述的一些认识，构建教材体系时重点考虑的问题是，从我国经济、社会发展的现实需要出发，选择一些典型的、重要的课题，揭示生产过程的化学基本原理和核心技术，培养学生的技术创新意识和能力。据此确定了如下两条主要线索：
各单元“以社会需求为导向，以建立在化学基础上的技术及其发展为重点”设计教科书的体系。各课题“以人类需要的物质产品一化学反应原理一生产过程及其发展为线索”构建体系。具体内容安排如附表所示。
在编写时我们注意处理好一些关系，分述如下并举例说明与此有关的一些教学策略。
1.化学的广泛应用与突出化学学科特点的关系
作为中心、实用和创新性的科学，化学广泛地应用于资源（能源）、材料、信息、环境与健康等人类生存和发展的各个领域，以及工农业生产的诸多行业。尽管如此，中学化学的基础知识和核心观念不能削弱而应加强，化学的学科特点和价值必须得到突出，因此，《化学与技术》教科书的核心设计思想，就是在注重基础和学生可接受、可理解的范围内，在典型的、真实的、不断发展、创新的鲜活情景中，揭示化学的独特角度和价值，这也是教材编写、教学设计的出发点和落脚点。
教学策略1：注意“需要和目的”在创设教学情景中的作用。
产品首先是满足人们的各种需要，需要也是生产发展的动力和技术创新的源泉，教材编写中反复强调这一点。例如，在考虑单元教学设计时，首先指明为什么要生产这种产品，它可以用来做什么，这种产品的组成元素有哪些，含有这些组成元素的原料主要有哪些，从这些原料获得所需产品依据的主要化学反应有哪些（生产的化学反应原理是什么），技术改进的主要目的是什么，当从这些问题引入并展开时，有利于向学生阐明生产和技术进步的意义，培养他们的求知欲望、学以致用的意识和社会责任感等。由于人们的需要是多样的、变化的和发展的，就可以借此创设许多生动、活泼的教学情景。
2.化学反应原理与实际生产过程的关系
以化学反应原理及其应用为重点，以生产基本问题为线索，注重培养学生的问题意识和分析解决问题的能力。以引导学生体会化学在生产技术中的价值为重点，而不过多地追究生产实际过程的技术细节。注重引导学生体会实验室研究与实际生产流程的区别与联系。
教学策略2：教学内容深广度的选择要紧紧围绕基础、突出重点。
由于化学与技术有关的问题大小不一，综合繁杂，深广程度、粗细程度不易把握，因此，直奔与化学有关的主题，确定内容的重点尤为重要。内容的选择应该考虑：①符合高中学生的知识、技能基础；②取自社会、生活的热点问题；③选择最具化学特点的关键技术问题；④具有典型性（举一反三）、生成性（拓展思维），有利于培养学生的能力。
3.与基础模块、其他选修模块的关系
总体而言，《化学与技术》以必修模块《化学1》和《化学2》为基础，有关知识的教学要求不超过其他学科类选修模块的内容和范围。
教学策略3：处理好与其他模块的关系。
以《化学1》《化学2》为基础，所选化工生产内容的展开顺序尽量与必修模块的内容顺序保持同步。在进入实际生产过程描述前，先介绍其基本的反应原理，以一些典型生产为重点，使学生对生产基本过程有一个概要性的了解。对于必修模块未涉及、本模块又是必须的知识，则要作适当的补充。如，化学平衡移动原理、有机物的衍生关系等。同其他选修模块，原则上不避讳交叉和重叠，但限于课时和学生基础，应作适当地简化处理，避免过于重复，便于突出重点；对于同一类问题注意从不同角度、不同方面揭示，进行比较，突出特点。
4.典型生产过程与生产一般问题的关系
以典型产品及其生产过程为内容载体，以化学反应原理及其应用为重点，揭示化工生产的一般问题（如原料及其综合利用、对能量的利用、反应条件的控制、环境保护等），使学生对化工生产过程有一个整体的基本的认识，初步树立一些核心观念和技术创新的意识，培养分析解决实际问题的能力。抓住有价值的问题，引导学生活动与探究，培养问题意识和分析解决问题的能力，提高创新精神和实践能力。
教学策略4：提倡“边做边学”的原则。
根据科学与技术的不同特点，如何体现经验和科学在技术进步中的不同作用，技术的创新需要一定的基本理论的支持，但实际过程则是一种实践过程，受多种因素的影响，特别是有些因素并不一定可以给予科学的解释或没有上升到科学理论的层面，这时经验同样重要。如，各种农谚、工业生产中的经验数据、公式，乃至老工人的直觉判断等，这样一些秘技、秘方和专利等随之而来。因此，教学中，除了精选内容、突出重点和系统化的基本要求外，要尽可能多地安排学生活动，对于化学反应原理可以进行课堂探究实验，结合对实际生产过程中反应装置和设备原理的介绍，对于化学反应的实验室装置改进可以渗透技术设计的活动，多安排参观、调查、访问和其他社会活动，使学生获得直接的经验，培养兴趣。
教学策略5：以问题解决过程为核心展开教学。
分析和解决生产技术问题，主要包括反应原理、技术设计、经济考虑和环境保护等几个方面，它们之间是相互关联的，常常需要综合考虑，缺一都可能会影响正常的生产。一个生产问题的解决，主要包括设计方案、实现方案、改进方案等环节。还有一些基本问题是技术实践中共同的，如，原料利用（物料衡算）、能量利用（能量衡算）、技术标准和规范、专利及化学信息查询、安全生产等。
三、教材案例分析
在确定编写指导思想、原则及体系构建的基础上，教科书对于课题内容的选择与呈现、栏目的设计与安排、习题和图片的设计等做了一些探索。下面对其中一些案例加以分析和说明，供教学时参考。
1.合成氨
合成氨是人类科学技术的一项重大突破。传统教科书一般只是描述其生产原理，以及根据化学平衡移动原理分析合成氨中适宜生产条件的选择，如何突破传统，深入挖掘这一对社会发展与进步作出巨大贡献的化学技术的其他教育价值，结合化学与技术的课程特点，本教科书做了一些新的尝试。例如，在本课题的开始，贯彻了教科书设计的主题思想，注意对一些与化学有关的本源性问题和情景的展示，图1-4氮在自然界的循环，使学生对含氮化合物在人类生活中的作用有一个宏观的认识，进而提出一个问题，就是如何将氮气转化为氮的化合物，请学生思考自然界发生的一些化学变化，哪些可以作为工业化的生产过程，为人工固氮技术——合成氨作铺垫，这是以往教科书所忽略的，却是新教科书所着力挖掘的内容，这不仅拉近了学生与化学技术的距离，也有利于培养他们了解化学技术发展的动力和源泉，那就是需要进行不断创新和实践，以解决人类生存和发展所面临的问题，推动社会不断进步。
2.从实验室到工业化生产
由实验室研究转化为实际的工业化生产过程，是将化学与技术联系起来的核心问题，对这一问题的思考和解决，有利于培养学生进行科研和生产劳动所需要的创新精神和实践能力。例如，尽管实验室和工厂中进行的化学反应是完全一样的，但化学工业必须考虑用较低的成本获得大量高品质的产品，至少要考虑四个关键问题，即工程、效益、三废处理及安全问题。对于一个放热反应，在实验室中进行时可能不需要考虑热量的回收和利用问题，但当反应放大百万倍，连续生产中产生的热量就必须认真对待了。科学史话：合成氨——从实验室到工业化生产，就是展示上述设计思路的一个典型案例，在当时的化学研究基础上，哈伯(F.Haber)在实验室中探究合成氨的条件，为工业化生产提供了可能性；波施(C.Bosch)则是带领一支研发队伍进行反复试验后解决了一系列实现工业化生产所面临的技术难题，终于实现了合成氨的“哈伯—波施法”，也代表了现代技术发展的一种重要模式，即以科学为基础的技术发展模式。单元后的“归纳与整理”中，分析和比较化学实验与实际工业生产的区别和联系，也体现了上述设计思路。
3.肥皂的去污原理
理解肥皂的去污原理是通过一系列活动展开的：了解肥皂的化学成分——高级脂肪酸的钠盐或钾盐；在这个分子中含有亲水基和亲油基（教材中图4-12）；了解水的表面张力（教材中图4-13）；通过探究活动了解肥皂可以改变水的表面张力；通过分析教材中图4-14、图4-15了解肥皂的去污原理。在这些活动过程中，有对自然现象和实验现象的宏观观察与分析，也有对分子结构和去污原理的微观想象与理解，动手动脑相结合。充分体现了化学学科的思维特点，帮助学生理解和体会物质的组成、结构、性质和用途之间的关系。
4.无机非金属材料
本课题从传统硅酸盐材料引入，到新型无机非金属材料，再到石墨、金刚石和
说明新材料可以诞生新科技。这样安排使关于化学与材料发展关系的阐述层次清楚、条理分明。与整个单元按照无机非金属材料、金属材料到高分子材料的展开顺序也是一致的，即技术的进步带动科学的发展，科学的发展又进一步促进技术的进步，科学与技术就是这样相互作用地紧密联系起来。例如，虽然人类使用陶瓷材料已有几千年的历史（玻璃和水泥除外），但通过化学技术生产的单晶硅成为现代信息社会所需要的半导体基础材料；虽然，人们对碳元素及其化合物已有几百年专门的研究，但近年来的发现，不仅重新燃起对似乎已经非常熟悉的碳单质的研究热潮，而且，昭示着可能更为广阔的应用前景，如教材中图3-14所示，及其系列分子可能会成为开发新储氢材料、导电材料、纳米材料等的明星分子。这一系列神奇的事实，一定能帮助学生体会化学与技术发展的日新月异和无穷魅力。
5.教材中图3-1石英和云母——图片的功能
恰当地选择图片可以使图书图文并茂，教科书中的图片则要求更高，那就是必须有利于实现其教育和教学的目的。例如，教材中图3-1石英和云母非常形象地描述了石英和云母两者在组成上的相似而在结构和性质上的差异，教材中图3-2硅氧四面体结构，则解释了为什么会出现上述的差异，主要原因在于两者立体结构中硅氧四面体排列方式的不同。这样设计，充分体现了化学研究物质的独特角度，即将物质宏观的组成和性质与其微观结构联系起来考虑问题。显然，在这里设计的图片，不仅传授了硅酸盐材料有关的知识，而且表达了化学研究的思路和方法，也有利于学生比较全面地体会和认识化学研究的多种价值。再如，在图3-29天然高分子化合物和合成高分子化合物中，(a)是从蚕茧中抽丝与传统的纺车，(b)是烧杯中生成的尼龙和轰鸣的纺纱机，这样对比的安排和设计寓意丰富而深刻。从这张图片能想到什么？落后与先进？天然与人造？“瓶瓶罐罐”的化学实验与五彩斑斓的生活衣料？丝绸之路连接起来的东方一端古老文明与西方一端现代文明？……著名化学家伍德沃德(R.B.Woodward)形象地说：“在上帝创造的自然界旁边，化学家又创造了另一个世界。”
6.关于易拉罐的“思考与交流”——习题的内涵
习题改革是教科书编写改革的重要方面，按照拓展教学视野和促进学生学习方式多样化的要求，在习题中适当增加开放性问题，可以开阔学生的思路。例如，第二单元习题8将质量、能量守恒定律与资源危机这两种看似相互矛盾的问题联系起来，意在引导学生考虑化学与技术有关的问题时，不能仅仅局限于科学和技术的范围，还要考虑政治、环境和经济等其他问题。第二单元习题9反映了对于人类与自然资源关系问题的关注，实际上已经不仅局限于化学与技术的范围，而是延伸到如何看待科学技术进步与自然资源开发的基本价值判断，涉及科技观和发展观等问题，也体现了课程目标中关于情感、态度和价值观等方面的要求，更加关注决策、评价等较为高级的思维能力的培养。又如，如何通过生动的事例来引导学生理解和认识保护金属资源和保护环境的重要性？第三单元课题2中关于一个易拉罐的“思考与交流”可能是比较典型的例子。一个易拉罐的质量大约为27g，生产它需要消耗多少能量呢？算一算；一个易拉罐所装饮料能为我们人体提供多少能量？查一查产品标签；再将计算结果与之比较一下。之后，再想一想，以铝土矿为原料来生产易拉罐用的铝难道只消耗能量吗？会不会带来环境问题？这样，算一算、查一查、想一想、议一议，学生对于回收易拉罐的重要意义就会有新的体会了。
附表：人教版高中化学选修2教材的结构和体系
续表
