摘要：美国高中化学教材《化学：概念与应用》将“化学与技术”的内容以15个专栏的形式镶嵌在化学知识逻辑顺序的主线上。通过实用技术、实验室技术和工业技术三种技术类型内容的渗透，培养学生的技术素养与科学素养，同时深化了化学教学。
关键词：化学与技术；美国高中；高中化学；化学教材
文章编号：1005－6629(2010)11－0051－04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
我国高中化学课程结构中选修模块《化学与技术》是中学化学教学中的难点。本文通过分析美国高中化学教材“Chemistry: Concepts and Application”（以下称《化学：概念和应用》）[1]中技术教育的理念与实施方法，以期为我国高中化学选修模块“化学与技术”教学的有效开展提供借鉴。
1美国高中化学教学中的技术教育内容
科学与技术已经发展为一个不可分割的整体，科学教育和技术教育在教学目标的表述、课程资源的建设以及学生能力的形成方面已经不可分割， 呈融合趋势[2]。已再版7次的美国高中化学教材《化学：概念和应用》中的技术教育内容是融合在化学知识中，以“化学与技术”栏目（见表1）呈现的，具体可分为实用技术、实验室技术和工业技术[3]。
1.1实用技术
实用技术是指以化学知识为基础，应用于日常社会生活中的手段和方法。《化学：概念和应用》在第三章、 第十一章、 第十三章 、 第十六章 、 第二十章 和第二十一章共6章中加入了实用技术内容（见表1），分别为“形状记忆合金、高压氧气房、多功能胶体、法医上的血液检测、放射性元素在考古学上的应用”。这些技术内容分别作为元素周期律、气体的体积、水和水溶液、氧化还原反应和核化学知识的问题情境，不仅引起学生的学习兴趣，同时又能巩固和拓展学生所学习的化学知识，而且让学生体会、认识化学科学的实用性。这些实用技术涉及人类的健康（如“高压氧气房”）、日常生活用品（如“形状记忆合金”）和社会文化（如“放射性元素在考古学上的应用”）等多个领域。例如，“形状记忆合金”设置在第三章元素周期表的第二节金属元素后，学生对金属元素与合金的概念已有了初步的认识，教材在技术栏目中设置真实的问题情境来介绍形状记忆合金，巩固学生对金属性质和合金的认识，拓展了学生对金属的实用性及金属对人类贡献的了解。
案例：形状记忆合金
问题情境：“超市中用来捆扎购物袋的镀膜金属丝的柔韧性很强，可以任意弯曲，既不会伤手指也不会扎破袋子。但是，如果我们将该弯曲的金属丝放置在一个特定温度下，它可以自发的伸直，这是为什么呢?”
技术原理：形状记忆合金的“记忆”原理在于这种合金具有两种晶体结构（结构1和结构2），结构1和结构2在特定的条件下（温度）可以相互转化。 一种合金在一定温度下结构为1时，合金可以被弯曲成任意形状；当温度改变至结构1向结构2转化的特定温度值时，合金的结构由结构1转化成结构2，此时已被弯曲的合金会自动伸直；如果再改变温度至转化的特定温度，合金的结构由结构2转化成结构1，合金又可以弯曲。只要控制特定的条件，合金就会显示出该条件下的特性：伸直或者弯曲，相当于有了记忆能力。
技术应用：镍钛记忆合金的应用——血栓过滤器。
血栓过滤器由镍钛合金的金属丝制造而成，工作原理是：在低于人体体温的温度下将过滤器折叠，置入静脉血管内；在人体体温下，过滤器会自动打开，恢复原状，捕获血液中的凝块，阻止血液的凝块进入心脏和肺部，用于治疗当前发病率较高的血栓病。
拓展创新： (1)推断：室温下，改变镍钛合金镜框的形状，那么在高于室温还是低于室温的条件下，镜框能够恢复原状？(2)应用： 用镍钛合金设计一个能够平稳升降的简易杠杆。
1.2实验室技术
实验室技术是指用于科学实验研究的手段和方法。《化学：概念和应用》介绍了化学科学研究中常用的一些现代高科技方法，如扫描隧道显微镜、扫描探针显微镜、原子力显微镜和色谱分析技术，分布在教材的第七章原子结构和第九章化学键中（见表1）。例如，色谱技术被编排在第九章化学键中。学生通过化学键的学习，知道分子中的原子之间以及分子和分子之间都存在相互作用，既有引力也有斥力。这时介绍色谱技术，让学生感知分子之间作用力的存在，深化化学键与分子间作用力的概念。
案例：色谱技术
问题情境：“生活中有很多混合物，比如：血液、空气、食物等等，不计其数。科学家设计了许多方法分离混合物，其中有一种方法是色谱技术。那么，什么是色谱呢？海报被雨水淋湿后，上面的字会模糊，这就是一个色谱的例子。”
技术原理：利用待分离的各种物质在气相或液相中的分配系数、吸附能力和亲和能力等的不同达到分离混合物的目的。
技术类型：基于上述原理，介绍了纸色谱法、薄层色谱法、凝胶色谱法和气相色谱法等四种常用的基本分离方法。
拓展创新： （1）识别被雨水浸透的纸画上的固定相和流动相； （2）设计一个实验方法，用纸色谱法分离一种混合物并获取混合物中的纯样品。
学生掌握色谱这种重要的实验室技术的同时，也了解了色谱技术在生活与工农业中的应用。例如教材告诉学生便携式气相色谱仪与质谱结合在一起可用来测定空气中的污染性气体。
1.3工业技术
工业技术是指用于工业制造和农业生产中的手段和方法。《化学：概念和应用》在第六章化学反应和平衡、第八章元素周期律、第十章物质的动力学理论、第十二章定量化学、第十四章酸、碱和pH、第十七章电化学共6章中设计了工业技术内容（见表1），包括“合成氨”、“空气的分离”、“提高生成物的产率”、“硫酸的制备”、“碳和合金钢”等。
“提高化学合成中生成物的产率”被编排在第十二章定量化学中。从硫酸的用途、经济效益和重要性等方面来说明技术的开发与社会、经济、环境等因素有着密切的关系。
案例：“提高化学合成中生成物的产率” 技术
问题情境：“硫酸的产量一度被作为衡量一个国家经济发展水平的重要因素，产率是提高产量的决定因素。那么，如何提高硫酸的产率呢?”
技术原理：生产硫酸常用两种方法—铅室法和接触法。
铅室法是工业生产硫酸的第一种方法，由于这种方法生产的硫酸纯度较低，质量百分数仅有60～80 %，现已不常用。但是其生产成本低，在对硫酸纯度要求不高的情况下，可以采用此种工艺。
接触法的生产成本比铅室法稍高，但是方法简便，硫酸产品纯度高，质量分数可达98%，产率高且没有污染环境的副产物，因而被广泛采用。接触法共有四个步骤（用化学方程式表示），
第一步： S(g)+O2(g)=SO2(g)
第二步： 2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)（催化剂作用下进行）
第三步： SO3(g)+H2SO4(l)=H2S2O7(l)
第四步： H2S2O7(l)+H2O(l)=2H2SO4(l)
技术评价：从成本、催化剂、产物的质量、产率和污染环境等几个方面比较，最终确定使用接触法。接触法生产硫酸的原料丰富、产品纯度高、产率高，且无污染环境的副产物。像接触法这样的合理且经济的化学生产技术我们称之为绿色化学技术，是现代工业生产过程所倡导的。
拓展创新：假设用煅烧硫铁矿的方法生产二氧化硫，写出化学方程式。硫酸是怎样用于生产盐酸的，写出化学方程式。
2美国高中化学教材中技术教育的编排特点和启示
2.1编排特点
教材中的技术教育内容是以“技术(Technology)”栏目形式呈现，镶嵌在化学知识逻辑顺序的主线上，设置在知识教学内容之后。技术教育内容是化学知识教学的真实问题情境。技术教育与科学知识有机融合，达到相互促进，给予学生完整的技术教育的作用。
2.1.2以系统的技术教育内容展开，体现化学知识-生活问题-技术创新
每个“技术(Technology)”专栏都包括技术发展史或技术发明背景、技术原理及技术设计、技术应用类型、技术讨论等4个子题目。教材在化学知识内容后，以学生已有的生活经验和化学认识水平为基础，引入技术的发明背景；然后引入技术原理；再列举技术的应用实例；接着引导学生分析评价该技术的设计。这种顺序使学生认识到技术是以严密的科学知识为基础的，技术是进行科学研究不可或缺的科学方法；让学生感知化学知识转化为技术产品的过程，形成根据科学原理设计、制作产品的技术观念，发展学生利用化学材料的特殊功能制造出合格产品的技术能力，引导学生认识实际化工生产技术问题的复杂性，了解技术不仅可以解决问题也可以制造新问题，技术的开发不可避免地涉及到效益及代价的权衡，技术的开发必须评价该技术对环境和社会的影响等各方面问题；最后让学生讨论该技术在解释和解决生活和生产中的实际问题时所发挥的作用，培养学生解决问题的能力。
2.2启示
培养具有技术素养的现代公民， 提升学生的科学素养和技术素养一直是美国科学教育的主旋律[4]。在学科教学中渗透技术教育，在学科教学活动中，以拓展的方式培养学生的技术意识、技术观念和技术设计能力等是美国实施知识的实用性教育即技术教育的重要途径[5]。美国高中化学教材中的技术教育内容分析与评析对我国高中化学选修模块“化学与技术”教学的启示如下。
2.2.1化学与技术教育的展开应以化学知识为基础
技术教育内容例如技术的应用可以通过具体的技术实例，让学生直观和深刻地感受化学知识如何应用于技术。化学知识和技术的有效融合有利于化学知识的应用性教育，让化学知识的应用性和时代性更加外显，知识因技术而鲜活起来，有利于化学知识的拓展，从而有利于化学知识的深化。
2.2.2 基于化学教学的技术教育要重视学生技术素养的提高
技术素养包括技术知识、技术能力、技术思考与行为的方式，其中技术能力是技术素养的核心。通过技术发明背景、技术原理及技术设计、技术应用类型和拓展等4个主题可以有效地提升学生的技术素养。技术发明背景可以让学生感受化学技术发展的脉络，体会技术发展给人类和社会发展的贡献；技术原理可以使学生理解技术的科学基础。技术应用类型可以向学生展示技术在生产和生活中的具体应用，培养学生对技术学习的兴趣。拓展以问题解决为中心，通过开放的讨论、辩论和交流，促使学生思考，发生思维碰撞，激发学生创造的潜能，提高学生问题解决能力。
2.2.3 化学教学与技术教育的融合有利于学生创新能力的提高
创新能力包括创新思维和创新实践能力。美国高中化学教材中融入了多种与化学知识相关的技术类型，设置的拓展内容让学生利用所学的知识和技能解决实际生产和生活中的问题，为学生提供了进行科学实践的机会，有利于创新实践能力的培养。
2.2.4 化学教学与技术教育的融合有利于学生科学素养的形成
比如：教材中工业技术“硫酸的制备”从成本、产物的质量、产率和污染环境等几个方面综合考虑制定生产方案，有助于学生形成正确的科学价值观，正确认识技术与社会的关系，理解化学知识在改进技术、促进社会发展方面的重要作用。同时，将对科学技术的理解与整个人类、环境和文化系统的复杂性结合起来，并以此为根据对未来做出决策，有利于STS理念的渗透，有效促进学生科学素养的提高。
美国高中化学教材化学: 概念与应用中的技术教育内容，不仅为学生提供大量的应用各种学科知识的技术，还重视让学生了解技术的本质，形成技术意识、技术观念与技术能力等技术素养，形成对技术的兴趣、培养学生的创造意识和革新能力，在竞争激烈的技术世界中，为自己开拓一个更为广阔的天地。 这种编排理念与方式对我国新的高中课程结构中各技术模块的教材编写与教学有一定的启示。
参考文献：
[1]陈亦人.现代科学技术概论[M].杭州：浙江科学技术出版社，2005.
[2]周青,杨辉祥,倪俊超.论技术教育的重要性[J].课程.教材.教法, 2004, (9): 64～68.
[3]徐杰.让学生为技术世界做准备—美国技术教育改革的新动向[J].物理教师，2005,(9):50～53.
[4]周青,赵永春.美国高中化学教材中的职业生涯教育[J].外国中小学教育,2007,(4):60～65.
[5] John.S. Phillips, VictorS. Strozak, Cheryl Wistrom.CHEMISTRY: Concepts and Application, Glencoe/McGraw-Hill, copyright 2005.
