高中化學(xué)有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中科學(xué)倫理與批判性思維的融合培養(yǎng)研究

在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，化學(xué)作為一門(mén)基礎(chǔ)自然科學(xué)，在推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和改善人類生活方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，隨著化學(xué)成果的廣泛應(yīng)用，與之相關(guān)的科學(xué)倫理問(wèn)題也逐漸凸顯。例如，化學(xué)合成物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性、化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展等問(wèn)題，引發(fā)了廣泛的社會(huì)關(guān)注[1]。高中階段是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)形成的關(guān)鍵時(shí)期，化學(xué)教學(xué)不僅要傳授知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能，還應(yīng)承擔(dān)起科學(xué)倫理啟蒙的責(zé)任，幫助學(xué)生樹(shù)立正確的科學(xué)價(jià)值觀，培養(yǎng)他們的批判性思維，使其能夠理性看待化學(xué)應(yīng)用帶來(lái)的影響。

作為高中化學(xué)中重要且極具實(shí)踐意義的內(nèi)容，有機(jī)合成為開(kāi)展科學(xué)倫理教育提供了良好的載體。有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)不僅涉及化學(xué)反應(yīng)的基本原理和操作技能，還涵蓋綠色化學(xué)、資源利用、環(huán)境保護(hù)等倫理議題。本文以有機(jī)合成為例，探討融合科學(xué)倫理與批判性思維培養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)策略。

一、高中化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）重知識(shí)傳授，輕倫理教育

在當(dāng)前的高中化學(xué)教學(xué)中，教師普遍將重點(diǎn)放在化學(xué)基本概念、原理以及化學(xué)反應(yīng)方程式的講解上，注重學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶和解題能力的提升。例如，在教學(xué)有機(jī)合成知識(shí)時(shí)，部分教師主要強(qiáng)調(diào)不同有機(jī)物的合成路線和反應(yīng)條件，以幫助學(xué)生應(yīng)對(duì)考試[2]。然而，對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)知識(shí)背后涉及的科學(xué)倫理問(wèn)題，如有機(jī)合成過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物對(duì)環(huán)境的危害，或某些合成產(chǎn)物因不合理使用可能引發(fā)的社會(huì)問(wèn)題，卻鮮少提及。這種教學(xué)傾向?qū)е聦W(xué)生對(duì)科學(xué)倫理的認(rèn)知和思考嚴(yán)重不足，難以形成全面的科學(xué)素養(yǎng)。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式化，思維培養(yǎng)不足

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和科學(xué)思維的重要途徑，但在實(shí)際教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往流于形式。一方面，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限、課時(shí)緊張，學(xué)生親自動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)較少，多以觀察教師演示為主，難以深入體會(huì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的細(xì)節(jié)和潛在問(wèn)題。另一方面，即使學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，教師通常僅要求學(xué)生按照既定步驟操作，追求預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而忽視了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和現(xiàn)象的批判性思考。例如，是否存在更環(huán)保、更安全的替代方法，或?qū)嶒?yàn)結(jié)果是否可以從不同理論視角進(jìn)行解釋等問(wèn)題，教師很少引導(dǎo)學(xué)生深入探討。這種教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生的批判性思維得不到有效鍛煉，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值大打折扣[3]

（三）評(píng)價(jià)內(nèi)容單一，缺乏全面考量

當(dāng)前高中化學(xué)教學(xué)評(píng)價(jià)體系存在應(yīng)試導(dǎo)向特征，無(wú)論是階段性測(cè)試還是期末考試，其考查重點(diǎn)均集中于學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的掌握程度[4]。這種單一的評(píng)價(jià)導(dǎo)向?qū)е陆處熢诮虒W(xué)過(guò)程中也更傾向于應(yīng)試知識(shí)的傳授，而忽視了對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，不利于學(xué)生的全面發(fā)展和可持續(xù)成長(zhǎng)。

二、融合科學(xué)倫理啟蒙教育與批判性思維培養(yǎng)的高中化學(xué)有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

（一）綠色合成路線設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽

“綠色合成路線設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽”將科學(xué)倫理教育融入實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，契合新課標(biāo)對(duì)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。該活動(dòng)以綠色化學(xué)的12項(xiàng)原則為理論框架，要求學(xué)生在設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線時(shí)綜合考量原子經(jīng)濟(jì)性、溶劑安全性、反應(yīng)條件優(yōu)化等環(huán)保指標(biāo)。活動(dòng)采用分層任務(wù)設(shè)計(jì)：基礎(chǔ)層要求學(xué)生標(biāo)注原料毒性等級(jí)與說(shuō)明廢棄物處理方法；提升層需要學(xué)生優(yōu)化合成路線，使原子利用率達(dá)到80% 以上；拓展層則需調(diào)研工業(yè)化生產(chǎn)案例，提出創(chuàng)新性改進(jìn)方案。評(píng)價(jià)方式突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模式，將倫理考量納入核心評(píng)價(jià)指標(biāo)，如要求學(xué)生評(píng)估合成路徑對(duì)社區(qū)健康、生態(tài)環(huán)境的潛在影響，并撰寫(xiě)包含“風(fēng)險(xiǎn)一效益”分析的決策報(bào)告。這種任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)模式能有效促進(jìn)學(xué)生批判性思維的發(fā)展。在活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生需要在產(chǎn)物收率與環(huán)保性能之間進(jìn)行權(quán)衡取舍，通過(guò)專題辯論、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，深化對(duì)“技術(shù)雙刃劍”的理解。

以“烴的含氧衍生物”章節(jié)教學(xué)為例，教師可設(shè)計(jì)“綠色合成路線設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽”，以乙酸乙酯合成為切入點(diǎn)，將科學(xué)倫理教育融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。首先，開(kāi)展對(duì)比傳統(tǒng)濃硫酸催化與固體酸催化的對(duì)照實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生觀察副產(chǎn)物生成量的差異，使其直觀理解原子經(jīng)濟(jì)性概念。接著，要求學(xué)生分組設(shè)計(jì)苯甲酸乙酯的合成方案，方案中需明確說(shuō)明催化劑的環(huán)保性（如采用離子液體替代濃硫酸）、溶劑的安全性（如使用乙醇替代苯）以及廢棄物處理措施。

在討論環(huán)節(jié)，教師可從成本、技術(shù)、環(huán)保等維度論證合成路線的可行性。例如，某小組提出采用生物酶催化法合成阿司匹林，但因酶制劑成本過(guò)高導(dǎo)致工業(yè)化困難，這一矛盾促使學(xué)生深入思考科學(xué)倫理與經(jīng)濟(jì)效益的平衡問(wèn)題。此外，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不僅要關(guān)注產(chǎn)率，還應(yīng)將環(huán)保改進(jìn)建議和倫理反思納入考核范圍。通過(guò)這一系列活動(dòng)，學(xué)生不僅可以掌握羧酸衍生物的合成規(guī)律，還能學(xué)會(huì)運(yùn)用批判性思維評(píng)估化學(xué)技術(shù)的社會(huì)價(jià)值，將綠色化學(xué)理念內(nèi)化為解決實(shí)際問(wèn)題的自覺(jué)意識(shí)。

（二）風(fēng)險(xiǎn)案例辯論會(huì)

“風(fēng)險(xiǎn)案例辯論會(huì)”以STSE教育理念與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為理論基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)爭(zhēng)議性案例的批判性討論，強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)倫理認(rèn)知與決策能力。STSE教育理念強(qiáng)調(diào)將科學(xué)知識(shí)與社會(huì)、技術(shù)、環(huán)境問(wèn)題相結(jié)合，要求學(xué)生基于化學(xué)原理，綜合評(píng)估技術(shù)應(yīng)用的多重影響。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識(shí)是通過(guò)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)建構(gòu)形成的。基于這一理論，辯論會(huì)利用角色扮演和觀點(diǎn)論證的方式，促使學(xué)生在原有認(rèn)知基礎(chǔ)上重構(gòu)對(duì)科學(xué)倫理的理解。在具體活動(dòng)實(shí)施過(guò)程中，教師需選取與教材內(nèi)容緊密相關(guān)的案例（如醛類合成與室內(nèi)空氣污染），引導(dǎo)學(xué)生解析相關(guān)化學(xué)過(guò)程；在辯論環(huán)節(jié)中設(shè)置企業(yè)代表、公眾代表、監(jiān)管部門(mén)等多方立場(chǎng)，模擬真實(shí)決策場(chǎng)景，促使學(xué)生在矛盾沖突中權(quán)衡可持續(xù)性、透明性等科學(xué)倫理原則，將感性認(rèn)知升華為理性價(jià)值觀。

以“烴的含氧衍生物”章節(jié)教學(xué)為例，教師可開(kāi)展“風(fēng)險(xiǎn)案例辯論會(huì)”，將科學(xué)倫理教育融入有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用羧酸、醛類等有機(jī)物的性質(zhì)與合成原理，批判分析化學(xué)技術(shù)的社會(huì)影響。首先，教師可選取與教材內(nèi)容有關(guān)的爭(zhēng)議性案例—“家具制造中甲醛的使用與健康風(fēng)險(xiǎn)”，結(jié)合教材中醛類化合物的合成路徑（如甲醇氧化法），以“如何在保障材料性能的同時(shí)降低甲醛釋放風(fēng)險(xiǎn)”為核心問(wèn)題設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)倫理與技術(shù)應(yīng)用的思考。其次，教師可將學(xué)生分為家具制造商、環(huán)保組織、消費(fèi)者代表等角色組，基于有機(jī)合成原理、毒性作用機(jī)制（如甲醛與蛋白質(zhì)的交聯(lián)反應(yīng)）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等資料準(zhǔn)備論據(jù)，形成辯論提綱。在課堂辯論環(huán)節(jié)，學(xué)生需圍繞“科學(xué)原理與社會(huì)責(zé)任的平衡”展開(kāi)討論。例如，家具制造商組可對(duì)比甲醛與無(wú)醛膠黏劑（如MDI膠）的合成成本，強(qiáng)調(diào)甲醛的經(jīng)濟(jì)性；環(huán)保組織組可援引WHO將甲醛列為I類致癌物的實(shí)例，指出其長(zhǎng)期暴露風(fēng)險(xiǎn)。最后，辯論結(jié)束后，教師需要組織學(xué)生回顧教材中的“醛基的還原性”實(shí)驗(yàn)，解析甲醛檢測(cè)原理（如酚試劑分光光度法）和脲醛樹(shù)脂合成的化學(xué)反應(yīng)方程式，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的聯(lián)系。

（三）分層實(shí)驗(yàn)倫理任務(wù)卡

“分層實(shí)驗(yàn)倫理任務(wù)卡”依據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，設(shè)置基礎(chǔ)層、提升層和拓展層三級(jí)任務(wù)：基礎(chǔ)層聚焦實(shí)驗(yàn)安全倫理，要求學(xué)生規(guī)范操作并記錄廢液處理方法；提升層強(qiáng)調(diào)綠色化學(xué)原則，要求學(xué)生優(yōu)化合成路線；拓展層關(guān)注社會(huì)倫理，要求學(xué)生分析工業(yè)案例中的倫理爭(zhēng)議并提出改進(jìn)建議。

以“烴的含氧衍生物”章節(jié)教學(xué)為例，教師可借助“分層實(shí)驗(yàn)倫理任務(wù)卡”將科學(xué)倫理教育融入有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，根據(jù)學(xué)生認(rèn)知水平設(shè)計(jì)梯度化任務(wù)，引導(dǎo)他們?cè)趯?shí)踐中強(qiáng)化倫理意識(shí)與批判性思維。基礎(chǔ)層任務(wù)聚焦實(shí)驗(yàn)規(guī)范與安全倫理，如在乙酸乙酯合成實(shí)驗(yàn)中，教師可要求學(xué)生正確使用濃硫酸、規(guī)范處理廢液，并記錄實(shí)驗(yàn)中的安全隱患，培養(yǎng)學(xué)生“安全第一”的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。提升層任務(wù)側(cè)重綠色化學(xué)理念，學(xué)生需優(yōu)化苯甲酸乙酯的合成路線，選用環(huán)保催化劑（如用固體酸替代濃硫酸），計(jì)算原子經(jīng)濟(jì)性，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案的環(huán)境效益。拓展層任務(wù)則要求學(xué)生調(diào)研苯甲酸連續(xù)化生產(chǎn)的工業(yè)案例，分析其倫理爭(zhēng)議（如副產(chǎn)物污染問(wèn)題），并提出改進(jìn)建議，同時(shí)結(jié)合STSE教育理念撰寫(xiě)合成倫理評(píng)估報(bào)告。梯度化任務(wù)設(shè)計(jì)可引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)從“實(shí)驗(yàn)執(zhí)行者”到“倫理決策者”的角色轉(zhuǎn)變，促進(jìn)其綜合能力的提升。

（四）反思性實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板

“反思性實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板”基于建構(gòu)主義理論和科學(xué)倫理教育目標(biāo)，通過(guò)結(jié)構(gòu)化反思框架將實(shí)驗(yàn)操作與倫理意識(shí)培養(yǎng)深度融合。該模板在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告基礎(chǔ)上增設(shè)“倫理考量”板塊，引導(dǎo)學(xué)生基于綠色化學(xué)原則審視實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，形成“實(shí)踐一反思一改進(jìn)”的認(rèn)知閉環(huán)。

其理論框架包含四個(gè)維度：一是系統(tǒng)識(shí)別倫理風(fēng)險(xiǎn)，要求學(xué)生標(biāo)注原料毒性、能耗以及說(shuō)明廢棄物處理方式，對(duì)比傳統(tǒng)方案與綠色方案；二是具象表達(dá)科學(xué)責(zé)任，要求學(xué)生通過(guò)撰寫(xiě)“倫理聲明”，明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的倫理邊界，如選擇低毒性原料等決策的依據(jù)；三是滲透應(yīng)用STSE教育理念，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與社會(huì)問(wèn)題聯(lián)結(jié)，如分析工業(yè)合成對(duì)社區(qū)的影響并提出改進(jìn)建議；四是循序漸進(jìn)地培養(yǎng)批判性思維，采用分層反思設(shè)計(jì)，如基礎(chǔ)層記錄安全隱患，提升層提出環(huán)保方案，拓展層調(diào)研工業(yè)案例。評(píng)價(jià)體系將倫理反思深度、創(chuàng)新性納入考核指標(biāo)，以達(dá)成科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)。

以“烴的含氧衍生物”章節(jié)教學(xué)為例，教師可借助“反思性實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板”將科學(xué)倫理教育融入有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該模板要求學(xué)生在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中增設(shè)“倫理考量”板塊，包含風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、責(zé)任表達(dá)、STSE聯(lián)結(jié)和批判性反思四個(gè)維度。在乙酸乙酯合成實(shí)驗(yàn)中，教師可指導(dǎo)學(xué)生標(biāo)注濃硫酸的腐蝕性風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)比固體酸催化與傳統(tǒng)方法的環(huán)保性差異，培養(yǎng)學(xué)生“預(yù)防污染”的綠色化學(xué)理念。實(shí)驗(yàn)后要求學(xué)生撰寫(xiě)“倫理聲明”，說(shuō)明選擇低毒性原料（如用乙醇替代苯）的科學(xué)依據(jù)，并提出具體的廢棄物回收方案。在醛類制備實(shí)驗(yàn)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生分析工業(yè)甲醛合成對(duì)社區(qū)環(huán)境的影響（如氣味擾民問(wèn)題），提出優(yōu)化建議。在拓展環(huán)節(jié)中，學(xué)生需調(diào)研本地鄰苯二甲酸酯合成工藝，結(jié)合相關(guān)環(huán)保法規(guī)撰寫(xiě)倫理評(píng)估報(bào)告，探索生物基替代方案。評(píng)價(jià)重點(diǎn)關(guān)注綠色改進(jìn)方案的科學(xué)性以及學(xué)生的STSE分析能力。通過(guò)該模板的應(yīng)用，學(xué)生不僅能掌握羧酸、醛類等有機(jī)物的合成原理，還能逐步形成“技術(shù)服務(wù)社會(huì)”的責(zé)任意識(shí)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以有機(jī)合成為載體開(kāi)展科學(xué)倫理啟蒙教育和批判性思維培養(yǎng)，是符合時(shí)代發(fā)展需求和學(xué)生成長(zhǎng)需要的重要舉措。本研究分析當(dāng)前高中化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，有針對(duì)性地提出了組織綠色合成路線設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽、開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)案例辯論會(huì)、設(shè)計(jì)分層實(shí)驗(yàn)倫理任務(wù)卡、應(yīng)用反思性實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板等一系列策略。這些策略旨在幫助學(xué)生在掌握化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，深刻理解化學(xué)科學(xué)背后的倫理問(wèn)題，不斷提升批判性思維能力，從而能夠以更加理性、全面的視角看待化學(xué)及其應(yīng)用。

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