立足技术素养的教学设计

刘玉荣 蒋楠

摘要：技术渗透在我们生活的方方面面，无论是社会进步、个人生活还是职业发展都要求学生具备一定的技术素养。技术素养是使用、管理、评价和理解技术的能力。在学科教学中渗透技术素养是培养学生技术素养的重要途径。选取苏教版“硫酸的制备与性质”教学主题，从技术知识，技术能力与方法，技术思想、情感态度等方面制定教学目标，立足技术素养进行教学设计和实施，以期提高学生的技术素养。

关键词：技术素养；教学设计；硫酸制备；硫酸性质

文章编号：1005–6629（2016）5–0045–06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

我们生活在一个被技术包围的世界里，时常面临着各式各样的技术问题，无论社会进步、个人生活还是职业发展都和技术有密切的关系。那究竟什么是技术呢？《美国国家技术教育标准》界定技术“就是人们如何改造自然界以适应他们自己的需要。……是指人们用来拓展人类能力以及满足人类需要和欲望的过程和知识的多种多样的集合”[1]。当今世界，技术的内容和含义己经非常复杂和丰富，不仅涵盖了工程、设计和技巧，还涉及制造、安全、维修和信息处理等等，而且还包括人类为达到利用、改造和保护世界的目的而运用到的各种工具、方法、技能及态度等的系统综合。总之，我们可以认为技术是人们为了满足某些需要而对自身已有的知识、资源、工具、经验等进行的优化改造，是人类进步与社会发展的巨大推动力。技术的重要性使得人们越来越重视技术教育。美国“2061计划”曾指出，技术教育应当让人们有机会学习并体验技术过程，了解技术的历史，并将技术作为人们当下和未来生活的一个组成部分。技术教育旨在提高学生的技术素养，培养学生的创新精神，着力发展学生以信息的交流与处理、技术的设计与应用为基础的技术实践能力。化学是自然学科的重要分支，并且也是一门蕴含技术的学科，包含了技术知识（实验、生产与工程、生活实用），技术能力（实验、信息与认知），技术设计（实验、信息与认知、生产与工程），技术理性（批判、创新、风险、人本、STSE意识等）[2]。普通高中化学课程“重视反映化学、技术、社会的相互联系”，在《化学与技术》模块中强调学生“能运用所学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”[3]。由此可知高中化学课程同样重视学生技术素养的发展。

1 技术素养的内涵

关于技术素养的定义，国际大多数研究者界定为一种和技术相关联的能力。其中对技术素养研究最多的是美国，美国著名理科课程专家赫德早在1975年发表的著名论文“科学、技术和社会——综合理科教学的新目标”中就已指出，技术素养与科学素养应当并列为科学教学的一个主要目标[4]，1985年，美国科学促进会也开始了对于技术素养的关注与研究。表1是1985年以来美国对技术素养研究的大事件纪要。

关于技术素养的典型观点来自美国国家科学院出版的《美国国家技术教育标准：技术学习的内容》（Standards for Technological Literacy：Content for the Study of Technology），即技术素养是使用、管理、评价和理解技术的能力[9]。这种定义经常被采用，具有高度概括性。美国技术素养委员会则认为，技术素养是相互依存的知识、思维和行为方式以及能力的综合体，是与时代发展相适应的“关于技术人们应当了解多少东西”的一种最低标准，是与人们能否看书读报、是否掌握最基本的算术技巧和概率概念、是否了解基本的科学知识和方法等等平行的有关人的知识与能力的一种人为规定[10]。我国著名学者吴俊明认为，技术素养是人在先天遗传素质的基础上，经过教育和实践养成、发展的应用自然规律和各种资源进行技术活动的较为稳定的内在品质，它是人在后天养成的，但又以先天遗传素质为基础。技术素养是人的素质结构的重要组成部分，是技术时代任何一个公民都不可缺少的基本素养。

技术素养的内涵分为4个层次[11]。如表2所示。

2 化学教学中技术素养的培养

化学以其特有的实用性成为与人们生产、生活联系最为紧密的学科之一，这种联系总是通过一定的技术手段加以实现，比如能源与资源的开发和利用，材料的合成，环境的保护以及工农业生产等。在以往的化学教学中过于重视知识的传授，也在一定程度上联系到生活与社会，然而与技术的联系不够紧密，出现了重科学轻技术的现象。进入新世纪课程改革以来，提高所有学生的技术素养己经成为我国中学科学教育目标中的核心内容之一[12]。渗透技术素养的课堂教学是培养学生技术素养的一个良好途径。在化学教学中培养技术素养，可以潜移默化地使学生自觉思考到底什么是真正的技术、如何使技术在人类社会中发挥作用，思考在科学转化为技术的过程中，到底为什么要转化、怎么转化，以及某一技术的真正内涵或包含要素等等[13]。本文是以技术素养内涵和技术素养三个维度等理论为基础，结合普通高中化学课程标准，将“硫酸的制备和性质”这节课的教学目标分为：技术知识，技术能力、思想和方法，技术情感态度价值观，并立足技术素养进行教学设计和实施。

3 “硫酸的制备与性质”教学设计

“硫酸的制备和性质”是苏教版必修《化学1》专题4“硫、氮和可持续发展”第一单元“含硫化合物的性质和应用”中的第二节内容，是中学阶段为数不多的作为化工知识学习的重点内容，特征显著，条理清晰，易于在教学中整合，并且其中包含了大量的技术原理及技术思想。尽管硫酸在工业中的应用学生在生活中就有所耳闻，但真正的生产环节，学生知之甚少。在本课的学习中，学生既可以联系原有知识和生活实际来学习硫酸的制备和性质，又可以站在技术的角度上进一步运用探究性学习的方法，探究硫酸生产中的技术要素，所以本课是一节将学科知识和生产实际相结合的重要内容，是充分渗透着技术思想的一节内容。

3.1 教学目标

本节课的教学目标如表3所示。

3.2 教学流程

见图1。

3.3 教学课堂实录

环节一：工业制H2SO4反应原理的确定

[情境引入]硫酸被誉为化学工业之母，在国民经济中发挥着重要作用，是衡量一个国家的化工生产能力的重要标准之一。

[投影]作为基础化学工业的重要产品，硫酸也是许多企业的生产原料，农业方面，硫酸可以用来制化肥和农药；工业上，可以酸洗除去金属表面的氧化物膜，制取许多有实用价值的硫酸盐，精炼石油等；军事上，可以用来制造炸药；实验室中，常用作干燥剂，制取各种挥发性酸等等。

[设问]硫酸有如此多的用途和巨大的经济效益，投资硫酸工业生产必定潜力无穷，那我们就来角色模拟一位硫酸企业的工艺设计师，生产硫酸我们需要具备什么样的知识呢？

[生]工业制备硫酸的方法、工艺流程、反应原理、生产设备、原材料的选择等等。

[设问]硫酸的制备从一千多年前的加热胆矾或绿矾的方法至今有许多的方法，我们应该如何选择呢？请充分考虑可行性与最优化原则，可多步完成。

[投影]制备硫酸的方法有：

[讨论] 1，2的方法固体加热高温能耗大，原料来源少，价格昂贵，副产物多，产量小，不易利用，难以大规模生产等，所以方法1，2不合适。Na2SO4制取H2SO4需要酸，同时生成一种钠盐。但产物中硫酸和钠盐都是可溶性的，故此反应不能发生，所以方法5不可行。

选方法3，原因是S燃烧可生成SO2，原理方法简单。但是学生怀疑方法4中反应可否发生。教师进行解释说明，我国的黄铁矿相对于单质硫来说，资源丰富，产量高。并且FeS2中的S是-1价，处于低价态，应该能被氧化成高价态SO2。所以综合多方面来说方法4最合适。

[评价]同学们考虑周全，不仅考虑到反应能否发生等科学问题，还考虑到原料是否易得、反应条件是否合适等经济成本问题。世界上主要用硫磺制硫酸，是因为用硫磺作原料成本低，对环境的污染少。我国由于硫磺矿产资源较少，主要用黄铁矿作原料。因此，工业制硫酸应使用方法4最佳。

[学生书写]工业接触法制硫酸反应原理

设计意图：让学生亲自选择反应原理与方法，并在选择的过程中初步体会原料选取，反应设备条件最优化、降低成本等技术思想，逐步发展自己的技术素养。

环节二：反应装置的设计

[追问]反应原理已经选好，整个制备过程也就分为了三阶段。那第一阶段的反应装置应如何设计呢？

[生]第一阶段是固体和气体高温反应，可以用高温的炉子燃烧黄铁矿，然后用排气管道将生成的SO2转移到下一个装置，剩余的不反应的炉渣可以从炉子下边排掉。

[追问]那我们如何做到原料利用率最大化，并且提高产率呢？

[讨论]可以将黄铁矿在入炉之前进行粉碎，增大反应接触面积。也可以将矿石进口料放在进风口的上面，这样气流与矿石接触更加充分。不必选用纯净的O2，选用空气就可以，这样可以节约成本。

[继续追问]生成的气体可以直接通入到第二个反应装置吗？

[生]不可以，生成的炉气里含有杂质，需要除杂净化，否则在SO2被氧化成SO3的反应装置里会使催化剂中毒，同时还要干燥，水蒸气会对设备和生产造成影响。

[追问]那第二步SO2被催化氧化成SO3的设备又该如何设计才能使利用率与转化率都更高呢？

[生]SO2被催化氧化成SO3这个反应是放热反应，可以吸收这些热进行再次利用，使气体与热交换器逆流吸收热的效果更好，并且使催化剂与SO2和O2充分接触。

[投影展示]多媒体演示接触法制硫酸的工艺流程，以及各个阶段所使用的设备。

[质疑]为什么用98.3%浓硫酸吸收SO3而不直接用水吸收呢？

[生] SO3溶于水形成硫酸是放热反应，放出的大量的热会造成酸雾，不利于SO3的吸收。

[教师补充]浓硫酸长时间不使用其浓度会变低；浓硫酸的吸水性很强而且可以使带结晶水的化合物失去结晶水；从经济角度来说也很乐观。

设计意图：在选取了生产原料之后，学生进入到反应装置的实际设计过程。在装置的设计过程中，可以体会到对原料的处理，进料口与进风口的相对位置的设计，炉气的净化等可以提高生产率，保护反应装置等技术思想与方法。

环节三：尾气处理方法的确定

[提问]硫酸厂的尾气可能含有什么成分？应该如何处理呢？

[生]尾气中含有SO2、O2、SO3、N2等，直接排放会污染大气。通过查阅资料可以用氨水来吸收尾气，生成的硫酸铵可以做化肥，做到绿色环保。

[投影]总结1.三个过程；2.三个设备；3.三个反应。

1.沸腾炉：

设计意图：学生利用已有的理论知识和工艺知识进行发散思维，提出切合实际的、彰显技术思想的制备硫酸的反应设备，并且能对尾气提出合理的处理方法，也显示出了绿色化学的思想，进而对学生进行技术素养的培养，取代了将装置原理图直接灌输给学生的传统教学方式。

环节四：总结与提升

鼓励学生亲自将讨论出来的硫酸生产装置画在草稿纸上，对细节进行准确标注，并与书上的硫酸制备流程图进行对比，并对学生的设计予以肯定与评价。学生可以体会到在实际遇到问题中如何利用技术进行解决的过程，利用技术解决问题的过程中所收获的技术知识记忆会更加深刻，在最后的总结中赞赏技术为社会所带来的进步。

设计意图：学生亲自将整个流程图画出来，既是对本节课工业制硫酸的反应原理、步骤、装置设计等知识点的整体回顾与掌握，也是从整体角度上感受技术给硫酸工业生产带来的进步，是对学生进行技术素养培养的最佳方式。

4 设计反思

借助化学课堂这一载体，通过硫酸制备的教学设计，在工业制取硫酸的原料选择上、制取装置的设计上，以及结合经济效益角度有目的地引导学生切实感受到技术在实际硫酸生产中的应用，体会到技术所带来的硫酸产量、经济效益的提高，尾气处理绿色环保的独特魅力，思考和理解硫酸生产的化学历史背景、制取硫酸反应原理、硫酸的社会价值；同时以工业生产硫酸为载体引导学生科学认识技术、正确掌握技术、合理使用技术，培养学生的技术意识，逐步培养技术创新、技术理性、技术思想、技术风险、技术道德与技术伦理等观念，最终形成一定的技术素养。即从技术知识开始，通过技术能力培养和技术实践活动，逐步提升到技术思想和技术设计、技术理性和技术评价水平。所以在化学教学中培养技术素养，既有利于增强化学在利用技术解决社会问题中的作用，也更有利于促进学生个人素质的全面发展。

参考文献：

[1][9]国际技术教育协会.黄军英，等译.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，2003：9～10.

[2]于淼，骆红山，吴俊明.科学课程中的技术教育（二）[J].化学教学，2013，（5）：7～9.

[3]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[4]丁邦平.论国际理科教育的范式转换——从科学教育到科技教育[J].比较教育研究，2002，（1）：1～6.

[5][8]朱学彦，孔寒冰.科技人力资源开发探究——美国STEM学科集成战略解读[J].高等教育工程研究，2008，（2）：21～25.

[6][7]曹之友.技术素养初探[J].东南大学学报（哲学社会科学版），2006，（12）：50～52.

[10] Committee on Technological Literacy，Nae，Nrc. Technically Speaking：Why All Americans Need to Know More About Technology [M]. National Academy Press. Washington，D.C.， 1988：3.

[11]吴俊明，于淼，骆红山.科学课程中的技术教育（一）[J].化学教学，2013，（4）：11.

[12]邱长群.高中生的技术素养对化学学习影响的调查与思考[J].化学教育，2011，（11）：56～58.

[13]朱建育.化学课程中“技术思想”的研究[D].上海：华东师范大学博士学位论文，2009.