中学化学课堂中培养学生工程思维的思考

福建省龙岩第一中学(364000) 邹国华

1 问题的提出

随着世界文明的发展，人类改造世界、创造物质的能力也在不断地增强。人类起初使用的工具和食物，均来自大自然原始材料的简单加工，且一般为个体行为。伴随着社会的发展，人类开始制造出新工具，创造出新材料，个体加工已经满足不了社会的需求，批量生产应运而生。与个体加工不同，批量生产考虑的问题更加多元、复杂，需要在特定的思维角度进行思考和探索，这种奇妙而复杂的思维方式后来被概括为工程思维。

目前而言，工程思维的培养主要在高等教育中开展，基础教育阶段工程思维教育长期缺失，在很大程度上影响了学生的专业追求和职业取向的形成。化学是一门实用型学科，将化学知识运用于生产、生活，促进人类社会持续、健康地发展，是化学研究的价值追求。中学阶段的化学学习，不是死记硬背化学知识，而是需要在真实、具体的问题情境中通过问题解决、任务探究等建构和发展的。课堂教学中，结合具体的教学内容，可以选择对应的工程类真实情境作为教学载体，如合成氨工业、氯碱工业、硫酸工业、硝酸工业、海水提溴等，都是很好的工程类素材。选取工程类素材作为情境载体进行教学时往往涉及工程思维，这也为中学阶段培养学生的工程思维提供了平台和机会，因此中学阶段化学课堂中培养学生的工程思维既可行也很有必要。

2 中学化学可培养的工程思维要素分析

工程思维包含的要素很多，是系统的、复杂的思维方式。鉴于已有的研究成果及笔者的化学教学经验，笔者梳理出中学化学教学可培养的工程思维要素有：创造性思维、系统性思维、权衡性思维、价值性思维、双赢性思维，具体涵义见表1。

表1 中学化学教育可培养的工程思维要素含义

工程思维的培养不是一蹴而就的，需要在真实情境载体中自我构建、不断提升。一个工程素材中可挖掘出与教学阶段适切的工程问题，教师围绕工程问题设计层层递进的活动任务，引导学生运用工程思维探究问题解决方案，构建、提升工程思维能力。

3 新课标隐含的工程思维分析

《普通高中化学课程标准(2017年版)》是新课程的纲领性文件，为教师的教与学生的学指明了方向。核心素养和工程思维的培育都需要以真实的情境为载体，二者间有紧密联系。笔者根据中学化学教学可培养的工程思维要素的内涵，提取出意义相同或相近的关键词，并以此关键词在新课标中进行检索，得出表2结果。

若匹配词语或语句针对的对象为学生，且在语境中的涵义与对应的工程思维要素的具体涵义一致或者相近，则认为该处匹配相关程度高；若匹配词语或语句针对的对象非学生(如“培育民主、互助、进取、分享与创新的教研文化”对象为教师)，或在语境中的涵义与对应的工程思维要素的涵义不一致，则认为该处匹配相关程度低。从分析结果可看出，新课标虽然没有明确提出工程思维培养等相关内容，但隐含了工程思维的培养要求，其中创造性、系统性、价值性、双赢性思维要素高相关匹配均大于20处，说明新课标认为这几种思维要素具有一定意义，在教学中要给予关注。权衡性思维虽然只有3处高相关匹配，但这种思维在生活、工作中也有重要作用，如生活、工作中要面对各种各样的抉择，可能没有标准答案，需要自己综合各方面的因素进行分析，最终做出适合自己的选择。从以上分析来看，化学教学中培养学生的工程思维，亦为新课标隐含的教学要求，中学化学课堂培养学生的工程思维具有实际意义。

4 挖掘工程素材，培养工程思维

4.1 挖掘教材中的工程素材

高中化学教材的编写关注化学与生产生活的联系，突出化学学科的实用价值，在必修课程和选择性必修“化学反应原理”模块中包含或者从中可挖掘的化工生产有：工业制硫酸、工业制硝酸、工业合成氨、高炉炼铁、石油的炼制、海水的综合利用(晒盐、提镁、提溴)、海产品(海带)提碘、煤的综合利用、电冶金、氯碱工业、侯氏制碱等。此外，选择性必修的另外两个模块、选修课程3个系列中还可挖掘其他化工生产素材。这类素材资源丰富，通过数据库、书籍、网络等方式即可获取，经过筛选、加工转化可变成优秀的情境载体，渗透对应的工程思维。以工业制硝酸为例，选择角度，收集资料，筛选、加工、转化之后设计成促进工程思维发展的教学问题见表3。

4.2 开发身边的工程素材

化学就在我们身边，只要我们带着发现的眼睛、思考的头脑观察和分析发生在自己周围的事件，并及时收集资料，也能开发出好的情境载体。平时多关注社会热点问题，多了解材料、制药、食品、环境等领域的发展，多走访参观周边的企业就可能挖掘出很好的资源，如工业废气的脱硫、脱硝问题，矿产资源的开发利用，新能源电池的生产等或许就能成为课堂素材。笔者结合实际经验，介绍一素材开发案例：笔者所在城市有两家火电厂，为了控制烟气中氮氧化物排放，烟气需经过除尘、脱硫、脱硝后，再排放到大气中。而本市就有一家生成、销售环保器材的公司，其主导产品中有催化还原(SCR)脱硝设备，笔者走访了企业，整合素材，开设了一节项目式学习省级公开课——“烟气脱硝原理及工艺条件选择的探究”。课堂主要围绕烟气中氮氧化物的来源、危害，消除氮氧化物污染的方法，SCR氨气脱硝技术的原理，工艺烟气脱硝的条件选择等问题设计成探究任务，并侍机渗透工程思维的培养因素。

4.3 生产工艺类情境试题的开发和挖掘