STSE教育理念与地域特色融合的初中化学教学设计——以“金属资源的利用和保护”为例*

赵 霞，刘 波

(云南师范大学 化学化工学院，云南 昆明 650500)

为适应我国经济发展阶段变化，迫切需要培养大批符合新时代背景的创新型人才。习近平总书记在党的二十大报告中再次强调“培养创新型人才”的重要性[1]。STSE教育理念充分把教学与科学、技术、社会、环境联系到一起，在知识的基础上更注重学生综合能力的培养，这即符合我国当代发展的主旋律，也符合教育改革中对教育作出的新要求。目前，多数教师在教学中只单一穿插STSE中某个领域的知识，在素材的选择上过于依赖已有素材、缺乏创新性，导致教学效果不明显。人教版初中化学“金属资源的利用与保护”一节与生活息息相关，加之云南拥有丰厚的矿产资源，享有“有色金属王国”的美誉，有准确和丰富的素材可供挖掘。因此，本文以这一节为例进行STSE教育理念与地域特色融合的教学设计，探索如何在教学中应用好STSE教育理念、设计好教学内容，为教师教学提供新视角，为学生发展提供新可能。

1 STSE教育理念的概念

STSE教育是在STS基础上的延伸，随着社会不断高速发展，人们意识到科学(Science)、技术(Technology)、社会(Society)与教育密不可分后，又提出保护人类赖以生存的环境同样不可忽视，进一步把环境(Environment)与教育联系起来，是科学教育与人文教育高度融合的新型教育。STSE教育理念强调教师突破以知识逻辑体系为核心的传统教学模式，有意识的将真实的社会和生活情境呈现出科学和技术，使教学内容基于教材基础知识但又不局限于教材，有助于学生分析科学、技术、社会和环境之间的相互影响，从而树立科学技术与社会生活、自然环境协调发展的观念。

2 STSE教育理念在中学化学教学中的功能价值

化学是一门中心科学，它与社会生活生产、科学技术研发、环境问题治理等方面的需要有密切关系，是人类社会发展的动力源泉。因此，化学学科与STSE教育理念的契合度极高。在国家对创新型人才需求增加及“双减”实施的时代背景下，为立德树人根本任务的实现，学生和教师均面临新的机遇与挑战。不论是从教师还是学生角度，在教学中融入STSE教育理念都有重要意义，将会使教学起到事半功倍的效果。

2.1 学生层面的功能价值

第一，从知识角度来看，用STSE理念设计教学，相当于把教材上学生觉得陌生、晦涩的知识生活化、情境化了，使学生能够深度理解与应用学科知识。第二，在学习过程中，学生的学习方式发生了转变，主动性增强，能积极参与到课堂中来。第三，中、高考化学试题中，常用STSE知识作为载体考查学生应用化学知识解决生活中实际问题的能力，要求学生根据题干所给信息推断、预测、归纳、总结[2]。比如，2021年连云港市中考选择题中，考察学生在生活中是否能合理利用化学知识降低水的硬度、提高肥料效率、判断霉质食物、分析特定情境的灭火原理。从素养角度来看，在课堂上融入科学、技术、社会、环境的知识，能使学生体会化学学科的独特价值、提升综合分析生活问题的能力、提高综合素质，避免培养出考试机器。

2.2 教师层面的功能价值

STSE教育理念能够为教师提供教学的新思路。如何让学生适应时代的发展，在轻负担的同时高效率高质量学习。这是教师在新时代大环境下需要深度思考的问题，解决这一问题最重要的一点就是教师在前期教学设计时就做好相应的准备和突破。大部分教师在教学时都会有意识的将学科知识联系社会，但由于教师课前在寻找素材上没有下功夫，导致多是碎片化、片面化的，真正做到将课堂与生活紧密融合的很少。由于STSE教育涉及4大领域，在化学课堂中实施STSE教育需要教师关注社会热点，重视科学技术对社会环境带来的影响，并且思考如何将它们合理融入课堂中。合理利用STSE理念设计教学可以有效将课堂生活化、趣味化，促进学生科学学习的同时更关注学生素质的全面发展。

3 STSE教育理念的应用策略

在应用STSE教育理念进行教学时，一般有如下3种常见教学策略[3]。第一，创设情境。所创之境应最大化利用教材中的栏目、插图、习题等，且情境的选择要真实并符合学生的最近发展。第二，小组讨论。讨论的话题应紧跟时事，最好是社会热点或有争议性的话题，但教师要注意启发指导，培养学生正确价值观、是非观。第三，角色扮演。学生通过角色扮演、合作交流来应用和体会所学知识，让抽象知识生活化，培养知识迁移能力。

需要注意的是，如果使用STSE教育理念时，素材与情境的选取不合理，这不仅达不到预期的学习效果，而且会增加学生的学习负担。《义务教育化学课程标准(2022版)》提出“在教学中，教师根据教学目标、教学内容、学生的已有经验，以及学校的实际条件，有针对性地选择学习情境素材”“鼓励和倡导教师在教学中创造性地设计和开发学习情境素材”[4]。《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》指出“真实的STSE问题和化学史实等，都是有价值的情境素材”[5]。所谓真实的问题，即实际存在，学生能真切体会的问题。在素材的选取上，挖掘地域特色，就是寻找学生身边的真实问题。这不仅能在趣味中增强学生学习积极性，也能提高学习效率，便于学生对学习情境的理解和对知识的把握。

人教版初中化学九年级下册第八单元课题3“金属资源的利用和保护”，包含了合理开采资源、冶铁技术、资源利用、环境保护等多重领域知识，与STSE理念有高度重合之处。云南的金属资源丰富，有大量的素材可供挖掘。所以，本文将STSE教育理念与云南地域特色融合应用到该节内容的教学中，探索用更恰当有效的教学方法促进学生的学习、提升学生的化学核心素养。

4 教学设计

4.1 教材与课标分析

“金属资源的利用和保护”选自人教版初中化学九年级下册第八单元课题3，多为事实性知识，难度不大，易于理解。有承上启下的作用，是对第八单元中金属相关知识的小结，也是高中学习铁及其化合物、金属资源等知识的基础。本节内容分为两个课时，一是金属资源的利用，主要以铁的冶炼为例介绍工业炼铁的原理、流程、杂质计算等。二是金属资源的保护，主要以铁钉生锈探究金属腐蚀条件，进一步得到金属资源的保护方法。本节内容与生活密切相关，除了知识的教学外，更多的是在给学生进行意识上、价值观上的教育，让学生从事实中明白化学的价值，树立合理利用资源、保护环境的意识。

课标中本课题内容的相关要求主要体现在主题2物质的性质与应用中，初中化学的四个核心素养在本课题中都有所体现。按照《课标》要求，本节核心知识是铁矿资源的利用与防护；化学观念是性质决定用途；科学思维是基于真实问题情境，依据物质性质，解决金属材料的应用、防护等综合问题，能对资源、环境的社会性议题展开讨论；价值是体会化学、金属资源的重要性。

4.2 学情分析

从学生生理、心理特点来看，九年级下学期的学生，上课易躁动分心，有判断是非的能力但是容易受到外界环境影响，需要老师采取策略激起学生学习兴趣并且对学生进行正确价值观引导。从学生已有知识基础来看，该课题是在学生已经学习了金属材料和金属的化学性质后学习的，且生活中的金属腐蚀和防护现象也很常见，所以学生对这部分内容有知识基础，对于知识的理解问题不大。但是对于学生来说将金属的特性与金属的应用与防护联系起来去独立分析问题、计算实际生产问题有困难，教师应进行方法的引导。

4.3 教学目标

1)通过分析中国、云南、安宁的金属资源，了解我国现代金属工业的发展情况，认识合理使用金属资源的重要意义，形成金属防护和环保意识。

2)通过观看视频、分析《天工开物》中古代冶铁的描述，能说出实验室、工业炼铁原理以及对应方程式，能计算含杂质的工业生产问题，初步形成计算杂质问题的一般思路；

3)通过铁生锈的实验探究和角色扮演活动，掌握金属腐蚀条件、防护措施，并解决相应的生活问题

4.4 教学重难点

教学重点：铁的冶炼；铁生锈的条件及防护；合理利用金属资源的意识。

教学难点：铁冶炼中的杂质计算问题；探究铁生锈的条件。

4.5 教学流程及其体现的地域特色、STSE理念

云南地域特色的体现情况，见图1；教学流程，见表1。

图1 “金属资源的利用和保护”中云南地域特色的体现情况

4.6 教学过程

4.6.1 金属资源的利用

教学环节1，导课。

情境创设：中国、云南、安宁的金属矿产资源。

老师：同学们，金属资源在我们生活中应用广泛，你能举例说说生活中有哪些常见金属吗？这侧面体现了金属元素在地壳中的含量，请同学们阅读课本金属在地壳中含量的资料卡片。我国以及云南的金属资源情况如何？下面请看资料：中国、云南的金属资源情况(见图2)[6-7]。

图2 中国、云南的金属资源情况

老师：可以看到，金属资源的广泛应用与我国丰富的金属矿产储备情况紧密相关，我们生活的云南，金属矿产资源同样十分丰富，被称为“有色金属王国”，多种有色金属和其他重要金属储量居全国首位。世界每年都会从矿石中提取、应用上亿吨金属，提取量最大的是铁，在云南有一个地方的铁储量非常丰富，请看资料：安宁的铁矿资源(见图3)[8]。

图3 安宁的铁矿资源

老师：安宁正在建造一座新的钢铁新城；2022年12月17日，满载钢材、化肥等近 1000 t “安宁制造”的首趟中老铁路国际货运列车发车了，从安宁驶向老挝首都万象，这是安宁铁实力的体现，同时也彰显了中国资源、中国力量。

设计意图：创设三个情境，从科学、 社会的角度激发学生学习兴趣。 一是中国矿产资源，二是结合所处环境选择的云南矿产资源，三是安宁的铁矿资源，由远及近，由大及小，体现地域特色的同时，让学生体会到我国金属资源的丰富与合理利用金属资源的重要性。

教学环节2，新课讲授，金属资源存在形式与常见金属矿石。

老师：是否所有的金属资源都是以化合物的形式存在？

学生活动：回顾金属活动性顺序表，并据此预测金属在自然界中的存在形式；

学生：活动性强的金属多以化合物形式存在；活动性弱的金属可以单质形式存在；

情境创设：常见的金属单质、 金属矿石资源图片；

老师：讲授金属存在形式并展示自然界中金属、矿石图片。

设计意图：金属活动性顺序表与金属存在形式有一定联系，先基于已有知识科学预测再展示社会真实情况，能很好的以新知引出旧知，提高学习效率。

教学环节3，新课讲授，铁的冶炼原理；实验室冶铁。

老师：人们如何从丰富的铁矿产资源中获得可利用的铁？

情境创设：《天工开物》中提到的冶铁方法；

老师：依据素材，结合生熟炼铁炉图片介绍《天工开物》中记载的我国古人炼铁方法：“凡铁一炉载土二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭，或用木炭，南北各从利便。”“凡铁分生、熟，出炉未炒则生，既炒则熟。生、熟相合，炼成则钢。”请学生思考过程中的反应实质、条件。

老师：总结炼铁的原理是一氧化碳与氧化铁的反应，引导学生设计实验室制取铁的方案并小组合作进行实验。

设计意图：创设情境从天工开物中相关冶铁描述入手，让学生体会我国冶铁历史的悠久，增强文化自信。同时天工开物中对冶铁方法的描述，可对后续的实验室、工业冶铁进行铺垫。教学中融合了科学、社会、技术，让学生自主分析，充分发挥了学生的主体作用。

教学环节4，新课讲授，工业冶铁；实际生产中的杂质问题计算。

视频：我国现代工业冶铁方法，请同学回答工业冶铁设备、原料、原理、焦炭与石灰石的作用，比较工业、实验室冶铁的异同。

杂质计算：指出在计算产量等问题时要考虑杂质，由2个例题，一个初步探索，一个检验学习成果。师生共同总结解决这类计算问题的方法、步骤。

设计意图：通过视频，直观展示了工业炼铁流程，脱离了枯燥的课本。 在分析工业冶铁的过程中，融合了科学、 技术、 社会、环境，多方位提升学生素养。

教学环节5，知识扩展与应用，常见金属资源的利用；体会合理利用金属资源。

老师：除了最常见的铁矿，如何利用其他金属资源？

情境创设：师生共同分析图片，体会铜矿、铝矿的应用；

小组讨论：请根据实际地理情况、资源情况等，就安宁金属资源的合理利用谈谈你的看法。

设计意图：基于学生的最近发展区，扩展学生不太熟悉的铜矿与铝矿的相关知识，丰富学生对于社会、科学、技术、环境及其相互作用的认知。依据地域特色，展开小组讨论，培养学生解决实际问题的能力，树立合理的金属资源利用观。

教学环节6，小结，金属资源的存在形式、两种冶铁方法。作业布置：图文结合总结两种冶铁方法的异同；查阅资料，谈谈金属资源的广泛利用性是如何体现的？金属资源的污染性又是如何体现的？

设计意图：依据本节课的主要知识点进行小结与作业布置，做作业的过程中培养学生收集、分析信息的能力，加深学生对金属资源重要性的认识，强化学生对STSE四大领域的相互联系及其与化学的联系的理解，为下一节课做铺垫。

4.6.2 金属资源的保护

教学环节1，复习。

学生：优秀作业展示；师生交流金属资源的利用、污染、保护情况。

设计意图：检查学生作业情况，通过反馈，可适当调整本节课后学的教学过程。通过师生互动，培养学生的表达、交流能力。

教学环节2，导课。

老师：丰富的铁矿资源促进了安宁的发展，它对安宁同样造成了负面影响。不合理利用金属资源的危害极大，应如何合理利用和保护金属资源？

教学环节3，新课讲授，金属资源的4种保护方法。

情境创设：安宁市易门箐铁矿的污染资料

老师：易门箐铁矿的污染资料，见图4[9]。请同学们分析如今污染形成的原因，并且根据原因，提出具体的保护金属资源的方法。

图4 安宁市易门箐废弃铁矿污染与治理基本情况

学生：根据资料和教师的引导，得出保护金属资源的4种主要方法：合理开采矿物、金属的回收利用、寻找金属的代替品、防止金属的腐蚀。

设计意图：运用安宁市的实际矿产开采情况进行导课，真实且与学生生活贴近，通过对资料的分析，能够激发学生学习兴趣，让学生更深刻的体会科学、技术、社会、环境与化学的联系。

教学环节4，新课讲授，铁的腐蚀。

设计实验：生活中铁制品无处不在，其生锈的情况也很常见。铁在什么条件下会腐蚀呢？请学生预测铁生锈的条件，并用给定物品(无锈铁钉、试管、刚煮沸冷却的蒸馏水、植物油、棉花、干燥剂氯化钙)设计实验探究铁生锈条件；教师展示提前做好的实验结果，学生分析现象、得出结论；

学生：总结铁生锈的条件：同时与空气中的氧气、水蒸气发生化学反应。

设计意图：让学生预测后自主设计实验，培养学生的科学意识，提升科学探究、解决问题的能力。

教学环节5，新课讲授，铁的防护。

角色扮演：生活中如何防止铁制品生锈？请同学相互配合，模拟家庭场景，结合实际，以家用铁制品的防护为主题进行角色扮演；

设计意图：通过角色扮演，将知识情境化、生活化，加深学生对知识的理解，提升学生在生活中应用STSE与化学知识解决问题的能力，并培养学生合作、交流能力。

教学环节6，知识扩展与应用。

情境创设：冬奥会奖牌的涂料

老师：同学们是否想过为何奥运会上的奖牌能长久保存？在去年结束的冬奥会上，为降低金牌的磨损程度或银牌和铜牌在空气中的氧化程度，奖牌用水性硅烷改聚氨酯涂料作为保护膜，环保且有效。

小组讨论：安宁铁矿资源会被用尽吗？你如何理解金属资源的不可再生？

老师：总结学生回答，指出金属资源不会被用尽，因为不可再生指在较长一段时间里资源难以生成，再次强调保护资源的重要性。

设计意图：通过前沿科学，体会化学的重要意义。通过小组讨论社会性议题来引导学生理解保护金属资源的重要性，学生可从科学、社会、环境等多方面进行思考回答，让学生有意识地关心社会发展，发展学生的核心素养。

环节7，小结，铁生锈的条件、保护金属资源我们能做什么；作业布置：查阅资料，就我国稀土资源的合理利用和保护谈谈你的看法。

设计意图：依据本节课知识点进行小结与作业布置，再次强化学生对金属资源合理利用与保护的意识和对STSE四大领域的相互联系及其与化学的联系的理解。

5 结语与展望

本文探索在教学设计中建构STSE教育理念与地域特色融合模式，根据云南地域特色挖掘了新的安宁铁矿教学素材。整个教学设计充分以学生为主，有多次的情境创设，还采用了角色扮演、小组讨论等教学方法，特别重视将科学、技术、社会、环境与教学内容融合，使学科知识与学生生活密切联系，从而加深学生对知识的理解，促进学生核心素养的发展。

本文仅以初中化学的某一课题为例进行教学设计，未在真实课堂实践过，对于实际教学效果有待考量；体现地域特色的素材很多，本文主要以安宁的金属资源为例进行了素材挖掘，不同的地区在素材挖掘上还有很多其他的可能性。若教师能够把STSE理念与单元教学设计联系起来，综合设计项目式活动，会使知识变得更系统化，也更能体现化学的特殊价值。