[摘 要]绿色化学是体现STS内容的课程之一。在绿色化学教育中体现STS教育思想,是化学教育的一个重要课题。绿色化学教育应注重科学文化与人文文化的交融、多学科之间的交融和知识的综合性。在高等院校化学教育中应建立合理的绿色化学教育体系。
[关键词]STS教育 绿色化学教育
[中图分类号]G423.04 [文献标识码]A [文章编号]1005—5843(2004)03—0086—04
[作者简介]周晓明,深圳大学师范学院化生系(广东深圳 518060)
一、STS教育与绿色化学
STS(Science、Technology、Society)是在20世纪六七十年代逐渐形成的一个新兴的研究领域。它的出现是人类面对错综复杂而意义重大的全球问题和全球范围的社会问题,对科学技术给人类社会带来的深刻影响而产生的一种反思。人们把科学、技术与社会的相互关系作为一个独立的客体加以研究,就导致了STS的兴起。
科学技术发展是渗透着社会价值的过程。STS领域的中心任务一直是诠释科学技术的社会过程,把科学技术看成是一项复杂的事业,其中文化、政治和经济价值观念促进了科学技术事业的发展;反过来,科学技术又影响了这些价值观念和它们在社会中的形成。STS教育就是以对科学、技术、社会相互关系的理解为出发点,在STS研究的基础上所进行的科技和人文社科知识以及科技与社会关系的教育。其目的是使公民能够具有科学素养,以正确的价值观念认识和对待科学、技术,能参与有关科学技术的决策。STS教育的显著特征是改变了传统教育中专业化教育模式造成的自然科学与社会科学割裂的现象,填补了科学文化与人文文化之间的鸿沟,培养既具有科学技术知识又具有人文社会科学知识,既具有STS意识及价值观又具有实践应用能力的综合人才,这就为解决当今面临的重大社会问题提供了可能。
绿色化学诞生于上世纪90年代,是人类面对日益严重的环境问题造成的生存危机,重新审视传统化学而得到的新的科学思想和发展战略。其核心内涵是研究和设计没有(或尽可能少)环境负作用,在技术和经济上可行的化学品和化学过程。绿色化学一提出就受到了科学界、企业界和各国政府的高度重视。1995年美国总统设立了“总统绿色化学挑战奖”之后,世界各国也纷纷设立了众多绿色化学奖项,这不仅推动了绿色化学的发展,更使越来越多的人们认识到了绿色化学对社会进步、经济发展及化学界本身产生的巨大影响。
化学是一门与人类生活息息相关且有着很大社会需求的中心学科,然而,随着环境污染问题的加剧,很多人对化学产生了恐惧感,化学品几乎成了“有毒”、“有害”的代名词,随之而带来的社会伦理、道德、政策、法律等问题也愈加引起人们的关注。绿色化学给人类铺设了一条从根本上解决这些问题的必由之路,向人类展示了发展科学、造福人类,但不以牺牲环境为代价的新化学境界。它追求的是化学的完美,使化学变得更为清洁,更为经济,更加美好。绿色化学的诞生体现出科学、技术、社会的互动互因,是对STS思想的佐证,为STS教育提供了好的范例。
二、化学教育的重要课题
绿色化学对化学教育产生了巨大影响。2000年,美国化学会与美国环保局将获得“总统绿色化学挑战奖”和获得该奖提名的项目作为范例汇编成册,正式出版,供大学本科课堂教学之用。近年来,我国许多高等院校在大学本科和相关专业的研究生中也开设了绿色化学课程。目前,世界上已有几所大学设立了绿色化学学位,我国也有高校将绿色化学作为化学学科一个专业的研究方向招收研究生。绿色化学教育的实施是整个化学教育发展的必然,必将产生积极而深远的影响。
近年来,STS教育得到了世界范围的广泛重视,已成为当前国际科学教育改革的主导方向。20世纪90年代美国在其制定的《科学素养的基准》中明确指出:公民应该知道技术是如何起作用的,包括技术的替代方法、效益、风险和限制。这明晰地表述了STS教育的功能。事实上,随着科学技术在社会中的日益渗透,科学教育的纯学术化功能减退、社会化特征加强,这是理科教育改革的必然趋势。绿色化学是体现STS内容的课程之一,将绿色化学教育置于STS教育的大背景下,能够更好地体现出绿色化学的精神和本质,体现出STS教育思想,体现出科学教育的作用。它能够培养学生创新意识、实践能力、科学价值观和社会责任感,使学生了解社会、关心社会,正确地分析、认识现实社会中的问题。
(一)架起化学教育与人文教育之间的桥梁
当人们反思传统化学给人类生存带来的严重环境危机的时候,也不难看到传统化学教育存在的缺失。传统的专业化教育模式,其封闭式、单一型、专一化,必然造成学生视野、思维方式和观念上的局限,使学生难以客观、全面地认识化学科学和现实世界,这显然与现代科技的发展、现代化社会的需要不相适应。E·F·舒马赫在谈到教育时说:“科学与工程产生‘技术知识’,然而‘技术知识’本身是微不足道的,它只是不具目的的手段、一种潜力、一个没有完成的句子。就像钢琴不是音乐一样。‘技术知识’并非文化。……教育的首要任务是传授价值观念,传授如何对待生活。毫无疑问,传授‘技术知识’也是需要的,然而它总是第二位的。……不容怀疑,整个人类现在处于极大的危险之中,这并不是因为我们缺少科学技术知识,而是因为我们总是缺乏智慧,破坏性地运用这些知识”。我国著名高等教育学家潘懋元教授曾指出:“许多严重破坏生态环境的事例……应负主要责任者很多是我们高等学校培养出来的专门人才。”
如果考虑化学科学、技术在人类社会发展中,在日益加剧的环境污染带来的危机中的特殊角色作用,那么,绿色化学教育的首要任务,就应该是建立一种新的绿色观念体系,强调人类对环境与发展的责任感,培养学生以“科技与社会”之间和谐发展为基础的道德、伦理和科学价值观念,即具有STS意识。应该指出,“在今天,由于技本创新以及信息和传媒的全球流动,价值观和行为的变化加速了,并且可以迅速地扩展到世界的每一个地方!”学校的科学教育相对滞后,仍只注重知识的传授,很少涉及到知识的作用、价值观念的变化,以及科学技术对社会产生的巨大影响。这显然与STS教育思想相悖。而绿色化学教育与传统化学教育的差异,首先就应该是教育观念的更新。绿色化学教育应改变过去那种只关注化学科学的理论体系,忽视其应用价值和在社会层面上的反思,而重视让学生了解绿色化学的科学理念、思想方法、实用性和社会经济价值等,使学生能够从整体上认识化学科技及其应用过程和它的社会效应,深入理解科学的“双刃剑”作用,从而形成科学的价值观。
绿色化学赋予化学工作者的责任,即在设计一个“化学品”之前,就首先考虑这个化学品在整个生命周期过程中(从诞生直到消亡)对环境、对人类,以至对社会发展
产生的影响。这需要的不仅是化学科学技术,更需要一种道德规戒和行为准则,一份社会责任感。而21世纪的公民应该具有的基本“科学素养”,也正是一种规范行为的科学价值观念。因而,在实施绿色化学教育中,要使学生了解绿色化学既植根于科学的客观规律,又植根于人类普遍信仰与认同的价值需要,它本身就映射出科学文化与人文文化的交融和统一,是一种新的科技发展战略。它将使化学科技从随意走向规范,从稚嫩走向成熟,从低层次向高层次发展。这也是人类社会可持续发展的要求。
绿色化学教育应体现出社会、科学、自然的统一性和化学教育的目标相结合,科技知识与人文社会知识的渗透和交融,以及贴近社会生活、联系生产实际、反映最新科技、注重环境保护等特点。在绿色化学教学中,应注重介绍一些与化学科技发展相关的环境、伦理、道德、法律等人文社会方面的知识,如可持续发展理论、绿色GDP、我们面对的环境、如何认识人与自然、环境伦理、清洁生产、绿色标志、ISO14000环境管理系列标准、目前国际市场上新兴的非关税壁垒——“绿色壁垒”等等。应通过具体生动的案例分析,将绿色化学与科学、技术、社会有机地联系起来,在化学科学与人文科学之间架起桥梁,让学生了解化学与社会、化学与经济、化学与环境之间的相互关系,改变旧有的思维方式,以科学的眼光来观察社会中的矛盾和问题,形成科学的发展观、价值观。
(二)体现学科交融和知识的综合性
STS教育作为一个综合、整体的系统,从科学、技术、社会等方面多视角、全面地向学习者描绘科学世界的图景,从而引导学习者更客观、更全面地认识现实世界,并在这个过程中实现科学素养的培养。STS教育最终使受教育者具有多元化的知识结构和具有多方位的思考、判断、参与、决策的能力。目前,中学化学教育正体现出强调化学与社会生活的广泛联系,注重化学学科与其他各学科知识的融合,加强课程综合化的开发与研究的趋势。而大学化学教育虽然实行了“大文”“大理”的改革,扩展了学生的知识面,但因专业性和教材系统性等因素,在学科交融和知识的综合性方面仍然欠缺。绿色化学教育的实施则应该是我们在这方面进行有益尝试的一个突破点。
绿色化学是一个多学科交叉的广泛的研究领域。它与生物学、环境科学、生态学、材料科学、医药学、物理学、计算机科学等学科都有着密切联系。绿色化学的应用和发展,需要这些学科的知识做基础,而绿色化学也将带动这些学科的发展。
在绿色化学教育中可使学生了解通过多学科之间的相互渗透,突破原有科学规律和科技成果,产生新兴科学点或通过科学与技术的互补与合作来获得发展的过程。不仅可以开阔视野,而且还可以培养学生以绿色理念及科学的思维方法,驾驭化学与不同学科知识的综合能力和创造能力。例如,绿色化学中介绍利用可再生资源开发化工产品,就是从生物质中提取出蔗糖、葡萄糖做原料,利用生物技术在细菌发酵和(或)酶催化作用下生产出人们需要的化学物质,如美国政府补贴的用玉米生产燃料酒精的项。而计算机辅助绿色化学设计、超临界流体技术、等离子体技术、高能辐射技术等绿色化学技术都需要各学科知识的综合运用。美国总统绿色化学挑战奖获奖项目,给我们提供了各学科知识交融、渗透,发展化学科技的范例。此外,绿色化学在其广泛的研究领域中也综合运用了化学学科各门知识(无机、有机、分析、物化、环境化学等)。绿色化学作为STS内容的课程之一,不仅体现出人文、科技、社会学科在课程中的融合,还体现出化学科学理论体系的整体综合趋势,因此,绿色化学教育应该逐步形成一个综合的知识体系,对不同的学习对象采用不同的教学内容。
(三)倡导研究性学习,培养创新精神
绿色化学带来了一场科技革命。绿色的思想理念,点燃了人类怀疑、批判与创新的精神之火,使100多年来的传统化学工艺和技术受到质疑,甚至获得诺贝尔奖的项目也因对环境和人类的危害而被否定。“绿色”使人们建立了一种新的价值取向,人类开始为从根本上解决当今社会日益严重的环境危机问题,实现经济、社会、科技、环境综合协调的可持续发展而努力。
但在传统的科学教学中几乎从不涉及科学的局限、科学的本质和科学与社会的互动等重大问题,这种映射了畸形科学文化观的传统科学教育已不再适合时代要求。绿色化学教育要改变传统化学教学中学生那种“唯科学”的学习,除了体现在课程与社会、文化的情景联系和课程的综合性上,还要体现在学生的主动参与上,这可以借鉴STS教育的多种教学模式,进行社会调查、信息交流、专题讨论等。然而,更重要的是要倡导研究性学习,使学生能够经过分析、批判、综合、创新等思维过程,深入了解化学科技的实用性和社会价值,理解化学与社会的相互关系,培养探究兴趣和创新精神。倡导研究性学习,需要给学生创造一定的条件和促使其形成一种氛围。例如;对公众关心的“白色污染”问题,可以让学生课后查找一些资料,做一些调查研究,联系实际对问题进行深层次的探究。如:(1)本地区污染的严重程度及危害;(2)造成这种状况的原因,(3)现有的控制污染技术和措施:(4)从根本上解决这个问题的方法。然后,可以通过专题讨论,综合大家的认识,形成研究报告。类似的社会问题,如城市垃圾的处理、洗涤剂的绿色化问题、农药的使用、汽车尾气控制方法与技术、能源的合理利用、农产品的综合利用等等都可以作为研究性课题引入教学中,让学生研究和探讨,收集和处理信息,分析和寻找解决问题的方法,使他们在了解化学的实际应用过程和对社会生活的直接影响中,形成批判与创新意识,提高综合能力。
STS教育追求以人为本的思想在教学中的表现,即是强调学生的主动探究。而STS教育的目的就是培养既具有一定理论基础,又具有一定的创新与实践能力,关注现实问题,具有社会责任感的全新人才。
三、绿色化学教育的实施
绿色化学教育已经引起了广大化学教育工作者的关注,但总体上看仍处于起步阶段。目前,我国虽然很多高校相继为本科生和研究生开设了“绿色化学”课程,但仍有相当一部分学校尚未涉足。对绿色化学教育及教学内容、方法等的研究也相对较少。笔者以为,随着STS教育这一科学教育模式对我国高等学校科学教育影响的逐步深入,绿色化学作为化学学科STS教育的重要内容也将逐步完善,形成合理的教育体系。这也是化学教育工作者应该研究的一个重要课题。
(一)建立合理的绿色化学教育体系
绿色化学的教学内容主要包括:绿色化学的科学思想、绿色化学基本原理、绿色化学技术和绿色化学工艺等。绿色化学的科学思想和绿色化学基本原理是绿色化学的精髓,体现了科学价值观念和可持续发展的客观要求,可以使人们正确认识化学科学技术及其与社会的相互关系,形成绿色理念,这些内容是所有大学生都应该了解和学习的。而
绿色化学技术与工艺专业性较强,需要学生具有较高的化学基础知识,因而,这部分内容的学习对象应是化学、化工等专业高年级的本科生或研究生。
针对不同的学习对象,绿色化学的授课形式、教学内容、教学方法也应有所区别。对于非化学化工类专业的大学生,主要学习绿色化学的科学思想和基本原理,不求深度,授课可采取选修课、专题讲座等形式:对于化学、应用化学、化工类专业高年级本科生,应学习绿色化学的全部内容,需开设必修课。内容要有一定的深度和广度,使学生对绿色化学理论和一些基本的工艺和技术有较全面的了解和掌握。除课堂讲授外,还可以开出一些实验。对于上述专业的研究生,则应主要学习绿色化学工艺与技术,通过重点工艺剖析、现有工艺绿色化研讨、绿色技术开发研究等教学活动对学生进行创新思维训练。教学方式可采取教师讲授、师生研讨、学生创新设计相结合的方法。
(二)在基础课教学中渗透绿色化学
专门开出绿色化学课程可能会加剧大多数高校存在的教学课时紧张状况,而将绿色化学教育渗透于基础课教学中,既可以解决这个问题,又能使课程内容丰富且具有活力,取得良好的教学效果。例如:在基础有机化学中讲“石油的二次加工时”涉及到高质量汽油的获得,在教学时可以对其添加剂进行全面的、最新的知识拓展,提高汽油抗震性效果显著的添加剂是四乙基铅,但其最终产生的二氧化铅进人大气会造成严重的环境铅污染,因此寻找其他提高汽油辛烷值的化学物质一直是汽油无铅化的研究方向。近来,人们发现在汽油中加入相当数量的含氧化合物如甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚(TAME)等,可大大提高汽油的辛烷值。因此,这些绿色化学知识的渗透也可在“混合醚的合成”中进行。事实上,工业上MTBE的合成是通过酸催化下甲醇与异丁烯的反应实现的,这正是一个原子利用率为100%的实例。类似的可渗透绿色化学知识的地方有很多,如氟利昂的代用品、己二酸的合成、六六六DDT等农药、付氏反应的催化剂等等。在基础化学各门教材中,都可以找出一些能够渗透绿色化学内容的“知识点”,如:可产生环境问题的无机污染物、有机污染物、相关的现代分析测试技术和物理化学方法等等。教学中进行适当的知识加深与更新,可起到画龙点睛的作用,使学生在潜移默化中受到绿色化学教育。
(三)化学实验的绿色化
化学是一门实验科学。实验在培养学生良好的化学素质中的重要地位是其他任何教学内容所无法替代的。然而,大学化学实验中有毒、有害物质的排放以及由此造成的环境污染问题长期以来没有受到应有的重视。化学实验的绿色化,应该是绿色化学教育的一个重要研究课题。按照“绿色化学”的理念,化学实验应根据减少用量(Reduc—tion),重复使用(Reuse),可回收(Recycling),能再生(Regeneration),排斥有毒物(Rejection)等(5R)原则,从实验的“始端”就采取措施,确保实验者和环境均不受到影响。具体做法应该是:(1)对污染严重的实验进行改造,使之尽可能不产生(或少产生)污染物;(2)设计新的绿色化学实验;(3)避免使用(或尽可能少使用)有毒有害的试剂和溶剂;(4)采用微型化学实验;(5)考虑生成物的再利用。绿色化学实验的开展不仅能够减少环境污染,保护师生健康,增强师生的环境意识和社会责任感,而且也可以成为STS实验项目。
四、应该注意的两个问题
首先,绿色化学教育不是对目前化学教育的完全否定,也不只是在传统的化学教育内容中加进绿色化学的内容,它体现出现代科技与社会发展互动、科技教育与人文教育渗透等特征,所以它作为STS教育的重要内容之一,应该引起化学教育工作者的重视。绿色化学教育应既保持化学学科知识结构的严谨,又体现出STS教育的综合、开放、动态和发展。第二,绿色化学的迅速发展,要求我们不断地收集和处理信息,使绿色化学教育能及时反映其新进展、新动向,课程内容不断丰富、深化,使学生能始终了解化学科技发展的前沿。绿色化学教育肩负着提高公众的科学素养、培养未来自觉的“绿色化学家”的双重任务。