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《化学与技术》教材分析

基于促进学生科学素养发展的高中化学新课程教材研究

——技术素养视角下的《化学与技术》模块教材分析

刘克文魏锐王磊

（北京师范大学化学学院化学教育研究所100875）

摘要：

通过阐述技术素养的内涵，价值和意义，对“新世纪”（鲁科版）高中化学选修教材《化学与技术》的编写思路、体系结构、特点、教材呈现形式等进行了探讨，为实施《化学与技术》模块课程的教学提供有力支持。

关键词：

科学素养技术素养《化学与技术》课程模块

无论是与我国过去的中学化学课程还是国外的中学化学课程相比，当前高中化学新课程的一大亮点就是在选修模块中设置了《化学与技术》课程模块。

教育部制订的普通高中化学课程标准（实验）（以下简称“高中化学课程标准”）中指出：

《化学与技术》课程模块的内容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，使学生能运用所学知识对与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。

目的是使学生通过本课程的学习，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；认识化学科学发展对技术进步的促进作用，强化技术意识；形成自然资源综合利用、废旧物资再生利用的观念；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[1]。

高中化学课程标准中的这一论述，从本质上看，就是通过中学化学教学，不仅要让学生理解化学科学是一门在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化的创造性的科学，而且还应认识到化学科学也是一门在人类生产和生活中起着重要作用的实用性的科学[2]，它与很多工农业生产技术密切相关。

学生通过学习《化学与技术》模块，最终可以形成现代社会不可或缺的技术素养。

北师大“新世纪”版高中化学选修模块教材《化学与技术》（山东科学技术出版社出版，简称“鲁科版”，以下无特殊说明均指该册教材）以化学产品的生产过程核心，贯彻从原料出发——经过化学生产过程（技术加工）——到化学产品的基本线索，向学生展示化学知识在物质加工制造技术中的应用，体现了化学科学的独特魅力，对于激发学生学习化学的兴趣，培养学生的创新精神和实践能力，形成技术素养具有重要的价值和意义。

本文拟从培养学生技术素养的视角，对“鲁科版”高中化学选修模块教材《化学与技术》的编写特点进行分析，揭示教材的内在组织结构和内容呈现方式，希望能够为广大教师理解及进行该模块的教学提供参考和借鉴。

一、技术素养的涵义

技术素养是随着科学素养的提出而诞生的一个新概念。

继1996年美国国家理事会制定《美国国家科学教育标准》后，2000年美国国际技术教育协会又出版了《美国国家技术标准：

技术学习的内容》一书，按照《美国国家技术标准：

技术学习的内容》给出的定义，所谓技术素养指的是使用、管理、评价和理解技术的能力，而技术则是人们为了改造自然以适应自己的需要而发明的各种工具以及制造、使用这些工具的能力和伴随它们的知识的集合。

对于技术素养的内涵，可以从5个方面来理解[3]（见表1）

表1技术素养的内涵

1.对技术本质的理解

包括：

技术的特征、范围，技术的核心概念，各种技术以及技术与其他领域的关系。

2.对技术与社会关系的理解

包括：

理解技术-社会相互之间的影响，技术对环境的影响等。

3.对技术设计过程的理解

包括：

技术设计的要素，技术设计的过程，技术的开发、创新等

4.应对技术世界的能力

包括：

应用技术设计过程，使用和维护技术产品及系统，评价产品的系统的影响。

5.理解设计的世界

包括选择和利用一些领域的技术，如：

医疗技术、能源与动力技术、农业及相关生物技术，各种制造技术等。

我们生活在一个越来越离不开技术的世界里，技术素养是科学素养的重要组成部分。

一名具有技术素养的人，能够以与时俱进、日益深入的方式理解技术是什么，它是如何形成的，它是如何塑造社会又转而被社会所塑造；能够明智地评价媒体中出现的技术信息，评价技术产品，对有关技术应用和发展的问题做出一个对社会有责任感的公民的决策[4]。

纵观过去的科学教学，我们过分强调科学知识教育，而忽视科学技术教育，这与国际科学教育发展的趋势以及我国社会经济发展对人才的需求是不相符的[5]。

新课程中提出加强技术教育，培养学生的技术素养，这是我国中小学科学教育面临的新课题，它对于全面培养学生的科学素养具有重要的价值和意义。

二、从技术素养看“鲁科版”《化学与技术》模块教材内容的选择和组织

我国中学化学教育一直比较重视化学生产技术知识。

在过去的高中化学课程中，对于有关化学生产技术方面的知识主要通过“结合”或“渗透”的方式纳入教材，把理论与生产实际相结合，使教学与生产、生活相联系,从而使学生加强对基础理论和基本化学知识的理解。

这种课程内容的构建方式，新“课程标准”中的其他课程模块仍在运用。

但是，在高中化学新课程中，《化学与技术》课程模块拟紧紧围绕三个主题（即，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），组织教学内容。

在此基础上，以学生熟悉或较熟悉的典型物质的生产为核心，力求使课程内容贴近学生、贴近生产实际，从而使学生认识到化学在工业生产和社会发展中的应用，学习有关化工生产的基本知识，能应用所学化学知识对生产生活中的有关问题做出判断和解释，培养关注实践、理论联系实际和勇于创新的意识和能力，树立珍惜资源、保护环境的思想，并使学生认识到化学科学的发展对提高人类生活质量的积极作用，形成可持续发展的思想，最终达到培养学生与化学科学有关的技术素养的目的。

在高中化学课程标准中，《化学与技术》模块的具体内容要求主要有：

空气、海水、矿产资源、石油、煤、生物资源等自然资源和废旧可再生资源的综合利用；基本化工产品、金属材料、无机非金属材料、高分子材料的生产技术原理与生产过程；化肥、农药、精细化学品等的生产特点及其在社会发展中的作用和发展趋势等。

根据高中化学课程标准中《化学与技术》模块的具体内容要求，“鲁科版”《化学与技术》模块教材设置了6大主题、17个课题、50个与化学相关的技术问题（见表2），力求体现化学生产技术的本质、化学生产技术的设计过程及其应用和化学生产技术与化学科学、资源、产品、社会之间的关系。

表2“鲁科版”《化学与技术》模块教材的内容

6大主题

17个课题

50个与化学相关的技术问题

主题1

空气资源

氨的合成

1空气分离

如何将空气的各组分分离开

怎样获得富氧空气

空气分离的新技术

2氨的工业合成

探索合成氨的最佳条件

如何获得大量廉价的原料气

怎样利用未转化的氮气和氢气

3氨氧化法制硝酸

如何获得一氧化氮

选择吸收二氧化氮的条件

探索净化尾气的途径

主题2

海水资源

工业制碱

1海水淡化与现代水处理技术

海水淡化

纯水的制造

水污染和污水处理

2氯碱工业

氯碱生产的核心技术电解

氯碱生产的基本装置电解槽

氯碱工业产品

3纯碱制造技术的发展

索尔维制碱法

侯德榜的创新

推动纯碱制造技术发展的因素

主题3

矿山资源

硫酸雨无机材料制造

1“设计一座硫酸厂

选用哪种原料

厂址选在哪里

如何利用废气和废渣

2陶瓷的烧制

用黄土制作陶器

瓷器的烧制

从普通陶瓷到新型陶瓷的飞跃

3金属冶炼和金属材料的保护

怎样由矿石制取金属

金属材料的保护

主题4

化石燃料

石油和煤的综合利用

1从石油中获取更多的高品质燃油

从石油中提炼燃油

从石油中获得更多的轻质燃油

如何提高汽油的品质

2源自石油的化学合成

石油烃裂解制基本有机化工原料

以乙烯、丙烯等为原料的合成

利用共聚技术改进高分子材料的性能

3煤的综合利用

使煤成为更洁净的能源

把煤加工成燃油

从煤中得到的化学产品

主题5

生物资源

农产品的化学加工

1由大豆能制得什么

认识大豆

豆腐是怎样制成的

怎样由大豆制食用油

2玉米的化学加工

玉米制酒精

玉米淀粉制糖

玉米的其他应用

主题6

化学·技术·社会

1功能高分子材料的研制

认识功能高分子材料

几种功能高分子材料及其研制

新材料的发展方向

2药物的分子设计与化学合成

药物的分子设计

药物的化学合成

新世纪药物的展望

3化学·技术·可持续发展

20世纪化学与技术的重大成就

新世纪化学与技术面临的挑战

社会可持续发展与技术创新

在内容组织上，“鲁科版”《化学与技术》模块教材采取了“主题-课题”模式，以“原料（资源）-加工过程（生产技术）-产品（或材料）”为基本线索，按资源由气态到液态再到固态，由无机到有机、由非生物到生物，形成按照“空气资源-海水资源-矿山资源-化石燃料资源-生物资源-资源与社会”的顺序构建教材的主题框架。

各主题中的课题则以重要产品的生产技术（加工过程）为核心组织教材的内容和问题。

如，主题1中的课题3“氨氧化法制硝酸”的内容设计是从实验室制取硝酸的实验出发，探讨在工业上如何大规模制造硝酸，包括其直接原料是什么、如何获得原料、如何从原料制得产品、需经过哪些技术过程、如何消除污染保护环境等。

图1给出的就是氨氧化法制硝酸这一课题的内容结构。

图1氨氧化法制硝酸课题内容结构

这样，学生通过对空气、海水、矿产资源、石油、煤、生物质资源等自然资源的加工利用中的技术问题进行探究和学习，既获得了与化学相关的技术知识，又获得了与技术相关的化学知识，进而掌握分析解释相关化工生产中技术问题的方法和技能，形成技术意识和技术应用中的社会责任感（如图2所示）。

图2“鲁科版”《化学与技术》模块教材的教学目标

三、“鲁科版”《化学与技术》模块教材的编写特点

1.在教材内容的选择上既体现了基础性,又体现了时代性

“鲁科版”《化学与技术》模块教材选择的六大主题、17个课题、50个与化学相关的技术问题，都是现代化学化工生产中所直面的技术问题，如：

深冷分离、精馏、变压吸附、膜分离、电渗析、反渗透、合成氨工业、氯碱工业、离子膜电解槽、索尔维制碱法、陶瓷烧成、表面保护、加氢裂化、共聚、硫化床、糖化、药物的分子设计、药物的选择性设计、生物电子等排体、合理药物设计、计算机辅助药物设计、循环经济、进化代替、减量化、再生资源化、生物质资源的利用等，它们既是当前基础的化学化工生产技术，又反映了现代化学化工生产技术的发展。

通过这些内容，学生既可获得与化学相关的技术知识，又可获得与技术相关的化学知识。

如，通过氨的工业合成的学习，学生能够获得选择适宜的反应条件、制造原料气、采用循环流程这三个关键技术问题的知识（如图3所示）；通过氯碱生产、金属冶炼和金属材料的保护，可进一步学习到有关原电池、电解池、金属腐蚀的原理的化学知识。

图3“鲁科版”《化学与技术》模块教材氨的合成内容示例

2.教材体系结构反映了化学化工生产技术的本质，具有独创性

鲁科版《化学与技术》模块教材，大胆凸显社会发展问题中心、生产技术问题中心的课程设计取向，使学生直面工农业生产、技术进步和社会发展中的重要问题，学习化学、应用化学。

教材采用“主题——课题”体系结构，每一个课题都以“原料（资源）-加工过程（生产技术）-产品（或材料）”为基本线索，采取大主题导向、具体课题驱动，以点带面、面点结合，将知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度的课程目标相融合，把对技术本质的理解、技术设计过程的理解、应对技术世界的能力、技术的应用以及对技术与社会关系的理解相统一，以“化学学科的基本知识和基本技能”、“科学探究和化学学科的思想观念、研究方法和学习策略”、“反映化学与个人、社会、环境以及其他科学技术的广泛联系、相互作用和影响的STS内容”作为三条内容线索贯穿始终，富于整体联系。

如，主题三的课题1：

“设计”一座硫酸厂（如图4所示），

图4“鲁科版”《化学与技术》模块教材“设计一座硫酸厂”内容示例

在设计该课题时，按照由理论到实践，由实验室到工厂的思路，通过对接触法制硫酸实验的观察，引导学生思考硫酸的制造从实验室到工厂有什么不同？

需要解决哪些问题？

激发他们共同参与“设计”一座硫酸厂的兴趣。

本课题在设计时没有仅仅局限在硫酸的工业制法和原理上，而是使学生面临着一个“设计”一座硫酸厂的真实的任务情景，通过选择原料路线、选择厂址、解决“三废”综合利用的问题等活动，了解硫酸的生产原理、工艺流程、生产条件的优化、资源综合与循环再利用、环境与生态保护以及硫酸工业发展概况，并从多方位、多角度综合考虑技术、生产、资源、环境以及经济效益等各种因素。

这样的课题设计模式反映了硫酸制造技术的本质，使学生能从更加广阔的视野体会化学工业生产的系统性和复杂性，认识科学、技术与社会之间的联系，增强了实践能力，培养了创新精神。

3.教材中设置了功能不同的栏目，为教学过程的设计提供了有效地指导

在《化学与技术》模块教材中，设计了4种功能、9种类型的栏目，其中作为教学基本要求的有“观察·思考”、“交流·研讨”、“活动·探究”、“知识·支持”4个栏目，它们的关系如下图所示。

这些功能不同的栏目为教师的教和学生的学提供了有效地指导。

如：

活动性栏目为创设学生自主探究的情景、调动学生的学习兴趣提供了动手的机会和创新的空间。

“联想质疑”、“交流研讨”、“活动探究”、“动手空间”、“技术辞典”、“学以致用”等栏目，有利于学生学会用化学的观点和方法解决生产中的问题，有利于促使学生形成技术意识和树立社会责任感。

四、“鲁科版”《化学与技术》模块教材的实施建议

化学化工生产技术具有自身的科学概念和系统，并有综合运用化学和相关学科知识，涉及社会、经济、环境等诸多方面实际问题的特点，其内容涵盖现代资源、化工、冶金、材料、环境保护等多方面的知识。

因此，这个课程模块的教学比一般基础理论课程模块要更加关注实际，关心社会，强调实用性。

这不仅要求教师知识面广，而且要求教师深入化学化工生产一线，了解真是的化学化工生产过程。

同时，也正是因为这个课程模块的现实性和实用性，才使得本课程对学生会更有吸引力，更容易激起他们的兴趣。

但是，作为一门新设课程，也存在较大难度，建议教师在教学中注意以下几点：

1．深入领会高中化学课程标准的精神，钻研理解教材内容及组织方式

高中化学课程标准在教学中要求体现“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”相融合的三维课程目标；关注教材中的三条内容线索——“生产和技术问题线索”、“技术知识线索”和“化学知识线索”；注意把握知识内容教学的深广度，关注与其他模块的区别与联系。

为此，教师要认真学习、深入领会高中化学课程标准的精神，钻研理解教材内容及组织方式，从整体上把握本课程模块的教学要求和目标。

2.理解化学化工技术的本质，重视培养学生的技术素养

要培养学生的技术素养，教师首先要具备较高的技术素养水平。

这就要求教师在该模块的教学中理解化学化工技术的本质，理解化学化工技术是针对具体的化学化工生产中的现实问题提出的解决思路和途径，新技术的产生是基于生产中遇到的问题，新技术的设计过程与已有的技术水平、现实生产中的条件对当地环境的影响和生产成本等密切相关，因此，教师不仅自己要经常进行实地考察，获取真实的化学化工生产经验，而且要引导学生形成到生产现场学习的愿望和习惯，这样才能把培养学生的技术素养落到实处。

3．运用本地技术教育资源，使用多样化的教学方式，开展多种类型的学生活动

在教学中教师要充分运用好本校、本地的技术教育资源，争取社会多方面的支持，聘请一些工程师和技术工人与学生进行交流研讨，探索创新教学方式，在分析解决实际问题中引导学生学习，培养他们的应用意识和实践能力。

因此，本教材内容无需全由教师讲授，采用各种学生更乐于参与的互动活动会有更好的教学效果。

4．关注化学与技术教材内容的开放性和发展性

任课教师要不断充实自己，补充不熟悉的知识。

教材中各生产技术都有相应的专著论述，它们是教材内容的科学依据，教师选学其中的有关部分，才能较好地把握生产技术的核心内容。

同时也要关注有关科技的发展动态，不断收集积累有关信息资料，注意了解我国和地方有关生产经济的持续发展战略、概况以及实施计划，不断增强教学底蕴，丰富教学内容，使教学更好地联系实际，力求使本课在不断探索和创新中逐步走向成熟。

结语

鲁科版《化学与技术》模块教材以基础的、典型的物质生产为核心，按照“原料（资源）-加工过程（生产技术）-产品（或材料）”的基本线索，力求使中学化学课程展示化学化工生产对人类社会文明进步的作用，同时让学生认识到化学科学知识的巨大实用价值，这对于培养学生学习化学的兴趣和愿望，重视知识的实用价值，关注实践、理论联系实际，形成勇于创新和可持续发展思想具有重要的意义。

同时，《化学与技术》的开设，对教师的专业素养也提出了挑战。

调查中发现，很多一线的化学教师不具备有关的化学化工知识，一些开设该模块课程学校的教师，其教学大都还停留在“纸上谈兵”的阶段，没有涉及到真正的化学化工生产技术知识。

那么，在现阶段、现有条件下如何实施、开展好本模块课程的教学，弥补学生在技术素养上的欠缺，还有待广大化学教师和化学教学研究者，以及关注化学教育的社会人士，群策群力为本模块课程的教学提供新的平台和措施。

注释：

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：

人民教育出版社，2003.17.

[2]王磊，陈光巨.普通高中课程标准实验教科书·化学-化学1（必修）[M].山东科学技术出版社，2007.2-3.

[3][4]国际技术教育协会.美国国家技术教育标准-技术学习的内容[M].北京：

科学出版社，2003.15,v.

[5]王秀红,高晓伟,李艳梅.中学化学新课程中的技术素养[J].化学教育，2005

（1）：

21-23.

参考文献：

[1]王磊，陈光巨.普通高中课程标准实验教科书·化学-化学与技术（选修）[M].济南：

山东科学技术出版社，2007.

[2]王磊，刘克文，支瑶，赵河林.高中新课程选修课教与学-化学[M].北京：

北京大学出版社，2006.

[3]王磊，刘克文．普通高中课程标准实验教科书·化学-化学与技术（选修）教师用书[M].济南：

山东科学技术出版社，2005.

[4]张文朴.工业化学漫谈[M].北京：

北京师范大学出版社，1997.

[5]唐有褀，王夔.化学与社会.北京：

高等教育出版社[M],1997教育出版社.

[6]邓小林.新课程实验教材《化学与技术》（山东版）分析[J].中学化学教学参考，2006（10）.