STSE教育理念與大學有機化學教學的融合

王 軒

（海軍工程大學 基礎部化學與材料教研室，湖北 武漢 430033）

有機化學是化學的重要組成部分，被廣泛應用于高分子材料、生物、環保、醫藥、理化研究等領域。隨著社會的持續發展及科技的穩步創新，傳統的化學教學范式無法承擔新的教學需求，實現應用側改革成為大學化學教育的新思路。為了讓學生將信息轉化為知識、將知識內化為智慧、將智慧整合為德行，STSE理念應運而生，包括科學（Science）、技術（Technology）、社會（Society）、環境（Environment）。依托STSE理念可突出化學教育的科學、技術、社會、環境四大內核，有助于構建三維立體化知識網絡，幫助學生構建系統知識模塊，推動大學有機化學教育的縱深化發展，促進學生全面發展。

1 STSE教育理念與大學有機化學教學融合的重要性

1.1 幫助學生掌握知識

大學有機化學是面向社會生產及研發的知識系統，屬于科學范疇，既是學生認識有機化學的途徑，又是創新化學教育模式的有力舉措。大學有機化學教育要求學生具備豐富的有機化學知識，同時理解基本的科學概念、原理及規律，可通過科學實驗及生活知識將理論轉化為生產力，解決社會生活中的現實問題，這是大學有機化學教育的最終目標[1]。STSE教育理念提倡交叉式教學范式，在凸顯學科交叉特征的同時，讓學生掌握化學背后的社會性質，可使學生掌握基本概念和基本思想。

1.2 培養學生的探究能力

STSE教育理念強調教學活動與生活的關聯，因此，該理念與大學有機化學融合后，可結合真實的問題情境開展復雜的科學探究活動，讓學生依照自身經驗、價值觀等全面考慮問題。現實生活與理論構想有本質區別，理論構想建立在理想的狀態下，而現實生活具有高度不可控性，導致常規教學模式培塑的人才無法及時適應現實與理論的差距，雖然可在很大程度上培養學術人才，但學術研究也需借助實踐測驗[2]。STSE理念可解決大學有機化學理論與現實矛盾的問題，回歸化學開放、多元、可辯證的特點。基于STSE理念，可為學生預留更大的思考空間，培養學生的興趣及創新思維。

2 STSE教育理念與大學有機化學教學的融合措施

2.1 明確教學目標

學生認知過程包括記憶、理解、應用、分析、評價、創造等，大學有機化學教學可根據學生的認知特點及STSE理念重新界定學習目標。設定學習目標時，需遵循兩個原則：一是面向學生已有的知識儲備，二是基于情境復雜程度設定不同的教學目標[3]。大學有機化學教學可分為低學段、中學段、高學段、專業研究4個層次。低學段為初次記憶，雖然有機化學知識在高中有所涉獵，但大學有機化學與高中存在較大區別，知識的深度與廣度均得到提升。因此，在大學有機化學教學中，學生的初次記憶十分重要，可讓學生建立更廣闊的知識網絡。

大學有機化學教學目標按照從低到高的層次分析包括辨識、分析、推理、創新等，如圖1所示。底層學生的知識儲備較少且對知識的掌握不夠扎實，屬于STSE初識階段，即在高中有機化學知識的基礎上，形成大學有機化學知識網絡。中學段學生具備一定的分析能力及解釋能力，意味著學生基本適應了大學有機化學，并且可站在更高的層面分析有機化學知識。高學段學生的知識儲備相對豐富，可從有機元素結構中提取相關知識及方法，且具備獨立思考的能力，可解決實際問題，在現實與理論中靈活切換。專業研究類學生具備足夠的建模能力，可將思維轉移到其他知識中，具備全域思考能力。大學有機化學教學需對不同學習階段的學生實施不同的教學方案，基于STSE理念讓所有學生具備科學思考的能力，學會總結、歸納及提煉常見的化學知識[4]。

圖1 STSE理念下階梯性學習目標

2.2 創設情境

大學生在學習科學概念之前已經具備基礎的生活常識，得到部分經驗性知識，此類概念被稱為前科學概念。前科學概念主要由主觀感受及認知組成，由于沒有科學認定，需要通過科學教學幫助學生整理前科學認知。大學有機化學教學可從分子結構出發，教材中所有章節均包含有機分子結構的知識，為學生學習提供幫助[5]。在教學過程中，可讓學生應用比較學習法，找出不同化學物質結構的差別和相同之處，創設片段式情境，讓學生對所需知識進行總結與歸納，為后續有機化學性質的學習打好基礎。例如，在烷烴、烯烴、炔烴教學中可創設片段式情境，烷烴是碳碳之間單鍵相連的結構，教材中列示了甲烷的分子四面體結構圖，且對中心碳原子進行了雜化。在烯烴學習過程中，學生了解到烯烴的連接方式是碳原子雙鍵連接，教材中列示了乙烯的結構圖。在炔烴學習過程中，學生了解到烯烴是通過碳原子三鍵連接的，教材中列舉了乙炔的平面直線型分析結構圖。在烷烴、烯烴、炔烴教學中，可創設片段式情境，讓學生找尋三者之間的內在關聯。這三部分知識看似沒有關聯，其實可通過創設有機化學知識情境讓學生發現三者結構的變化，即單鍵、雙鍵、三鍵連接[6]。由于炔烴為三鍵連接，其表面有特殊性質的官能團，創設片段式情境可讓學生了解不同有機化學元素的異同并掌握不同有機分子的特點，解決學生在學習過程中知識混淆的問題。

2.3 科學擇取實驗案例

在大學有機化學教學中，實驗教學占比較大，教師在選取實驗案例時，應結合生活實際及科學發展需求綜合考量。2-氯苯甲酸芐酯作為藥物常用有機元素，過渡金屬催化方法具有用量少且無需預先官能團化的優勢，但過渡金屬昂貴且有毒，可應用2-氯苯甲酸芐酯制備實驗，凸顯技術、科學、社會、環境4個要素，實現與STSE理念的深度融合。實驗前，學生需了解芐酯化合物的結構及用途，并明確實驗目的。2-氯苯甲酸芐酯實驗要求學生掌握制備方法及制備過程中的反應機理，同時熟悉加熱回流、控溫、薄層色譜檢測、萃取、抽濾等操作，可檢測元素純度，并了解核磁氫譜和磁碳氫譜解析方法。

在實驗教學中，教師搭建實驗裝置時需觀察磨口連接位置是否漏氣，如果漏氣應立即處理，避免后續加熱甲苯產生揮發氣體對學生身體造成損害。在實驗過程中，教師也可滲透甲苯加熱揮發與環境污染之間的關系相關知識，讓學生形成環保意識及科研意識。甲苯既是原料又是溶劑，由于反應不完全，容器內可能存在剩余甲苯，萃取分液之前應借助旋轉蒸發儀去除未完全反應的甲苯，避免對后續實驗產生影響。考慮到2-氯苯甲酸芐酯在乙酸乙酯中的溶解性，離子液體屬于陰陽離子構成的鹽且易溶于水，反應混合物內部需加入乙酸乙酯及水用于萃取分液。如果在夏季開展實驗，由于氣候干燥炎熱，離子液體熔點較低，在干燥容器內，離子液體會出現部分熔化的問題，黏接度較大，此時易加大稱量難度。總體而言，實驗教學應從科研的角度入手，讓學生掌握規范的實驗流程。

2.4 挖掘化學本質

大學有機化學教學與STSE理念的融合需讓學生認識到有機化學的科學特性，可將其稱為有機化學的“靈魂”，兩者的融合可理解為學生與有機化學“靈魂”的溝通。有機化學“靈魂”的學習建立在化學的“血肉”之上，即學生認知達到一定程度后，能在真正意義上理解化學。教師在授課過程中需有意識地強調有機化學的“靈魂”，讓學生近距離感受化學的內涵，發揮STSE理念的作用[7]。首先，教師可引導學生對所學有機化學知識進行歸類，并讓學生尋找不同門類有機化學的異同，為學生深入理解化學知識提供保障，讓學生理解有機化學的原理。例如，教師可將“共軛效應”與“誘導相應”比較教學，讓學生找到兩者的相同之處與不同之處，通過解答學生提出的問題培養學生的發散思維，持續提升學生思考問題的能力。在“共軛效應”教學中，教師可采用頭腦風暴的方式讓學生快速搜查腦海中已經存在的知識，讓其認識到自身的不足。需要注意的是，教師在初次講解“誘導效應”及“共軛效應”時，既要將知識梗概表述清楚，又要結合生動形象的案例將抽象的知識直觀呈現出來。比如“誘導效應”具體指有機分子引入原子或基團后，分子內部成鍵電子云密度分布發生變化，導致化學鍵出現極化現象[8]。教師可引用常見的拔河比賽解釋“誘導效應”，繩子等同于化學鍵，繩子長度為成鍵電子云密度，如果原子均為碳原子，代表繩子兩邊的人數及施加的力度相同，所以分布在繩子兩側的長度相同，不存在“誘導效應”。如果一方力度大于另一方，平衡被打破，意味著拉力大的氯原子—電負性較大的原子引入左邊成鍵碳原子時會導致左邊人數及力氣大于右邊，此時碳原子電子云密度大于右側，引發化學鍵極化現象。總體而言，大學有機化學與STSE理念的融合應聚焦化學的“靈魂”，教師需帶領學生了解化學的本質，幫助學生掌握化學知識。

3 結語

STSE教育理念與大學有機化學教學的融合應明確教學目標，聚焦化學本質，科學選取實驗案例，實現理論知識的實踐轉化及實踐內容的現實轉化，一方面豐富學生的知識儲備，另一方面發展學生的科學素養，激發學生的學習興趣，提升課堂教學效果。