化学教学中学生科学风险认知及其能力的培养:中学生认知

化学教学中学生科学风险认知及其能力的培养

由于风险认知对日常生活和工作的保障作用，所以风险 和风险认知是学校教育的重要内容。美国曾于1996年颁布 《国家科学教育标准》（National Science Education Standards，NSES），2013年又颁布了《新一代科学教育标 准》（The Next Generation Science Standards，NGSS）。1998年，Kumar和Berlin在解读NSES中有关科学、技术与社 会（STS）的教育理念时，研制了一个涵盖 NSES中所有关于 STS内容的评价工具。该工具包括15项标准，其中的第9项就 是“风险与效益”。[3]虽然NGSS已经将NSES中的“科学与 技术” “从个人和社会视角所见的科学”等内容整合成了 “STSE（即科学、技术、社会、环境）教育”，但对应“风 险与效益”的主要内容并没有改变。STS或 STSE教育，也是 我国新世纪以来中学科学或物理、化学、生物等课程标准所 规定的教学内容，并且在标准中有关STSE的部分还直接引入 了“风险”一词。如初中科学课程标准在“当代重大课题” 的主题中指出：“在科学、技术与社会发展的同时，也出现 了生态环境恶化、资源枯竭等一系列问题。解决这些问题， 一方面，要靠科学技术的进一步发展；
另一方面，还要对科 学技术的应用所可能具有的风险进行前瞻性研究，尤其要注 意科学技术与社会环境的协调发展”。[4]所以，对中学生 进行风险和风险认知教育，让他们形成科学潜在风险的正确 认知，既可以防止产生对科学顶礼膜拜、奉若神明的过度依 赖现象，又能防止产生“谈科色变”“警惕科学”[5]的极 度恐慌心理，从而以正确的科学价值观和一定的风险认知能 力，享受科技创造未来的幸福人生。

二、科学风险的存在与发生的根源 虽然风险是不确定和不可预知的，但从已经发生过的风 险入手，分析科学风险的存在及其发生的根源，不仅有利于提高公众的风险认知水平，而且有利于教师优化培养学生科 学风险认知能力的相关举措。科学风险是客观存在的，其发 生的根源又是多元化的，在分析科学风险发生的根源时，不 同学者有不同的视角。[6]从个体所拥有的科学知识的性质 以及运用科学知识时所持有的态度来看，科学风险存在与发 生的根源主要包括以下几个方面。

第一，科学知识不确定性所带来的风险。在自然世界里， 由于受人类实践范围和认识能力的限制，科学知识或规律的 真理性是暂时和相对的。1756年前后，俄国化学家罗蒙诺索 夫在进行金属煅烧实验时，发现金属煅烧后的增重是由于金 属与空气结合的结果，于是他便最先表达了化学反应中的质 量守恒规律。法国化学家拉瓦锡在运用天平定量研究化学反 应前后的质量变化时，发现了化学反应中质量守恒规律的普 遍性，并在1789年出版的《化学纲要》中对质量守恒定律进 行了清晰的表述。质量守恒定律的发现，使得化学科学由定 性研究走向了定量研究，并有效地促进了化学科学的发展。

20世纪初期，人们又发现高速运动物体的质量会随运动速度 而发生变化，而且实物和场可以相互转化。1905年爱因斯坦 提出了相对论，并根据相对论推导出了著名的质能转换公式， 这时质量守恒和能量守恒两条定律便合并成了一条定律，即 质能守恒定律。由于科学规律内含不确定性，即使完全依据 科学规律，也可能导致科学风险的发生，这也使科学风险成 为了科学知识的内在属性。如果无视这种风险的存在，把科学看作解决一切问题的灵丹妙药而对科学过度依赖，主观上 就会丧失科学风险的意识，从而加重科学知识的不确定性对 人类社会可能造成的危害。

第二，科学应用反映延缓所带来的风险。科学应用的直 接不良后果容易被发现并得到相应的控制，而间接不良后果 往往在时空条件变化以及人类认识水平提高之后才显现出 来。DDT（二氯二苯基三氯乙烷）曾是20世纪60年代以前广 泛使用的一种杀虫剂，它不仅能减少病虫害，提高粮食产量， 而且能有效地杀灭蚊蝇、体虱等传染疾病的害虫，从而大大 减少疟疾、伤寒等的发病率和死亡人数。瑞士化学家米勒因 发现DDT的药效，于1948年获得诺贝尔医学奖。1962年美国 生态学家卡逊在《寂静的春天》一书中，详细描述了DDT等 杀虫剂对人类环境的灾难性破坏。从20世纪70年代开始，世 界各国相继禁止了DDT的生产。

1997年，瑞典卡罗林斯卡医 学院的评委会曾公开表示歉意，为1948年的诺贝尔医学奖授 予DDT的发明者而感到羞耻。2000年7月，针对热带地区疟疾 死灰复燃的现象，世界著名的科学杂志《自然》药物学分册 载文呼吁在发展中国家重新启用DDT，以解决暂时没有DDT合 适替代品的问题。2006年9月，世界卫生组织正式解除对DDT 的禁令，允许其在可控的范围内限制使用。[7]DDT的兴衰和 重新归来，就是源于科学应用的延缓反映。在科学高度发达 的现代社会，任何一个科学家个体都不可能获得各个学科的 完备知识，也不可能对科学应用的延缓效应所带来的风险都有充分的预见。

第三，不按科学规律办事所带来的风险。虽然科学规律 或科学知识可能内含一定的不确定性，而且有关的不确定性 也可能对人类社会造成相应的危害，但是面对正确的科学规 律，特别是根据科学规律制定的预防风险的策略，心存侥幸， 不按规律办事，最终一定会酿成巨大悲剧。2014年6月，我 国稀有金属工业的开拓者之一、94岁高龄的工程院院士李东 英在畅谈人生感悟时指出，“发现规律很重要，尊重规律更 重要……最不愿看到不按科学规律办事，给国家带来各种损 失”。[8]2015年8月 12日发生的天津港瑞海公司危险品仓 库特别重大火灾爆炸事故，造成了非常严重的生命财产损失， 虽然事故调查组暂时还没有给出最后的定论，但它是不按科 学规律办事给国家带来各种损失的例证。其中一个不争的事 实是发生爆炸事故的瑞海国际物流有限公司危险品仓库的 选址不符合有关要求。2001年国家安监局颁布的《危险化学 品经营企业开业条件和技术要求》规定，大中型危险化学品 仓库应与周围公共建筑物、交通干线（公路、铁路、水路）、 工矿企业等距离至少保持 1000m。而实际距离该危险品仓库 500m的地方就有海滨高速、津滨轻轨，约600m处更有多栋高 层居民住宅，这样一旦发生危险品爆炸事故就会导致诸多次 生危害。虽然我们不应该过度依赖科学，但也不能不尊重科 学，因为不按科学规律办事就可能埋下风险的祸根。

第四，科学伦理失范所带来的风险。由于社会功利性等多种因素的影响，导致了科学伦理的失范现象。前文提到的 “从3·15晚会上，我们又学到了哪些化学知识”的帖子， 其中所涉及的“与食品相关的化学知识”，其实都属于非法 添加非食品添加剂的问题。三聚氰胺具有极高的含氮量，不 法分子将其作为婴幼儿奶粉的添加剂，以提高不合格奶粉的 含氮量，导致了多起婴幼儿泌尿系统结石病例。苏丹红是一 种化学染色剂，该分子中的偶氮结构决定了它的致癌性，并 对人体的肝肾器官具有明显的毒副作用，但有不法分子将其 添加到了有关食品之中，便有了含苏丹红的一系列红色食品。

“塑化剂”又叫增塑剂，能增加塑料的延展性、弹性及柔软 度，是一种化工添加剂。而为了确保饮料的良好外观、口感 与保质期，需要添加一种叫作“起云剂”的食品添加剂。由 于“塑化剂”也具有“起云剂”类似的效果，价格又仅为“起 云剂”的20%，于是有不法分子施展偷天换日之计，用塑化 剂取而代之。但是“塑化剂”的毒性远大于“三聚氰胺”， 能直接削弱人体的免疫功能。另外，还有吊白块、瘦肉精等 等，这些风险的源头直接指向不法分子科学伦理的严重失范。

如果在科学研究领域内部出现科学伦理失范现象，将可能给 人类社会的稳定、发展以及自然生态环境带来更大的风险。

三、培养学生科学风险认知能力的若干举措 面对不能确定和不可预测的风险，要培养学生的科学风 险认知能力，应该通过渗透绿色理念、培育探究品格、建构 科学伦理等相关措施，让学生在自己知识的范围内，对已有科学风险发生根源及其控制方法充分认知的基础上，针对科 学知识本身的性质以及运用者的态度可能导致的科学风险， 提高他们的科学风险认知水平，为降低或避免因个体认知缺 陷等原因所导致的科学风险打下基础。

（一）渗透绿色理念 在2015年3月24日的中央政治局会议上，出现了一个让 人耳目一新的概念——“绿色化”。追溯起来，这个被作为 生产方式、生活方式和价值取向的“政治性”新理念，与STSE 教育所倡导的人类与自然和谐、与环境友好的绿色理念有一 定的关联。其中绿色化学理念，主要是指利用化学技术和方 法降低或消除化学产品设计、制造与应用过程中有害物质的 使用与产生，使生产的化学产品或过程更加与环境友好，从 而将其中可能产生的风险降到最低限度。由于绿色化学理念 是要从源头上阻止污染的发生，所以在化学教学中渗透绿色 理念，有利于学生逐渐形成对与化学相关的研究或实践活动 的谨慎态度，以及遵守实验操作规范和按科学规律办事的习 惯，并提高他们对相应科学风险的认知和防患意识。

21世纪以来的中学化学课程，非常重视自身所具有的帮 助学生“树立绿色化学思想，形成环境保护意识”的教育功 能，并且在相应模块的教科书中编入了绿色化学的有关内容。

如人教版高中《化学2》在“环境保护与绿色化学”的标题 下，介绍了环境问题和绿色化学理念的含义，以及“原子经 济性反应”在控制环境污染、保障人类可持续发展等方面的作用。[9]高中《实验化学》则编排了“化学实验的绿色追 求”的课题，更为系统地介绍了绿色化学的含义和使用化学 品的5R（即reject、reduce、regenerate、recycle、 reuse） 原则，以及与之对应的拒用危害品、减量使用、再生、循环 利用、再生利用等化学实验绿色化途径，并设计了电解水与 氢氧混合气爆鸣、氯气生成与性质等微型实验，让学生在亲 自操作微型实验完成有关实践活动的过程中，体验微型实验 等措施对环境保护的意义。[10]因此，要在化学教学中渗透 绿色理念，首先要充分利用教科书，以教科书中的绿色化学 知识为切入点，让学生充分理解绿色化学的具体内涵和相关 要求。在结合教科书实施绿色理念教学的同时还应该注意到， 较为系统介绍绿色化学理念的《实验化学》是高中化学选修 模块，这并不是所有高中学生都必须选择的，而且化学在初 中课程中就已经开始独立设科，所以化学教学还应该将绿色 化学理念贯穿于中学化学教学的全过程。由于化学是一门以 实验为基础和特征的科学，在化学教学的全程中渗透绿色理 念，除了结合化工生产等有关内容进行必要的语言“强调” 以外，实验教学是渗透绿色理念的重要途径。在实验教学中， 教师要加强实验的改进和优化，对于可能产生CO、、、 HCl 等尾气的实验要尽可能使用尾气收集或处理装置，同时注意 对废液和废渣的集中无害化处理，减小实验中的“三废”对 师生健康的影响，或者因其扩散而可能引发的潜在风险，为 学生做好践行绿色化学理念的示范。除此之外，对于其他教师开展化学实验研究所形成的，诸如包括国家、地方、学校 等层面的较为系统的微型化学实验课程资源等成果，[11]也 要注意在自己教学实践中的借鉴和吸纳，从而努力使化学实 验实现微型化、全封闭和无排放的绿色效果，使绿色化学理 念深深地扎根在学生的心田。

（二）培育探究品格 WWw.dYLw.NEt 品格是指品性和性格。探究品格不仅包括探究能力，同 时也表现为乐于探究、惯于探究和勇于探究。在近年来的化 学教学实践中，关于培养学生探究能力的话题受到广泛重视， 特别是课程方案和课程标准在化学等课程中引入科学探究 以来，广大教师将科学探究视作课程改革的突破口，在实践 中积累了许多提高学生探究能力、养成探究习惯的成功经验。

在针对科学风险认知教育提高学生探究品格的语境中，教师 除了结合化学实验的安全性教育，教给学生实验室的有关操 作规范和意外事故的处理方法，使学生掌握防止化学实验中 出现意外以及处置可能意外的策略，以保障化学学习活动的 正常进行，并巩固和提升学生对化学科学的探究兴趣与探究 热情以外，还应该结合相关教学内容，用常见的有毒气体或 液体的泄漏等化学风险事件的原型创设教学情境，让学生根 据有关物质的理化性质，并利用自己掌握的化学知识，讨论 形成防止风险发生以及处置风险的应急措施，培养学生沉着 冷静的应对态度和勇于探究的科学品格，为学生应对生活中可能发生的风险奠定一定的基础。

化学是一门与生活密切相关的科学，人们的衣食住行都 离不开化学。但是，随着化学与生活密切程度的增大，社会 生活中化学风险事件发生的频率也不断增大。仅2015年4月， 就在湖北钟祥和江苏仪征等地发生了多起自来水厂氯气的 泄漏事件；
近年发生的PX（英文p-xylene的简写，中文名为 对二甲苯）项目爆炸，更是引发了部分地区人们“谈P色变” 的心理反应。化学教学融入社会事件，并以化学风险事件的 原型创设教学情境，其主要目的是为了让学生认识到科学可 能潜在风险，强化学生的风险认知，同时培养学生的探究品 格，使学生学会针对不同化学物质采取防止风险发生以及处 置风险的应急措施。所以，在具体的教学中教师要围绕教学 目标进行正面引导，防止这些社会事件引起学生对化学的过 度恐惧心理。也就是说，“在教学中融入社会事件，不是为 了向学生呈现社会事件，而是要让学生积极地面对社会事件 ……并学会理性科学地面对和解决问题”。[13] （三）建构科学伦理 伦理是指人与人、人与自然的关系以及处理这些关系的 规则。虽然“伦理”主要属于人文素养的范畴，但“科学伦 理”则属于科学素养的重要组成部分，也是基础教育课程改 革中培养学生科学素养的重要任务之一。初中科学课程标准 在“课程目标”的STSE部分就明确要求学生“了解有关正确 运用科学技术的伦理问题”。关于科学伦理的含义，可以理解为每个人在自由生活的同时必须承担不可推卸的对他人、 社会、自然的责任，绝对不能为了某些私利而危害人类健康 和公共安全。所以，化学教学要为每一个学生建构相应的科 学伦理，帮助他们避免因为个人的原因使科学潜在的隐患转 变为现实的风险或危害。

在“从3·15晚会上，我们又学到了哪些化学知识”的 帖子广泛流传之后，有人跟帖指出，“报道中那一件件一桩 桩的恶劣行径，罪魁祸首不在于化学，而在于使用化学的那 些黑心奸商……刀子在歹人手里是凶器，而在善良的人手中， 就是正义之剑！”因此，化学教学首先不能回避科学的双刃 剑作用，而且要让学生认识到科学的两面性是客观存在的， 像“氯气是有毒的消毒剂”等现象是自然界普遍而必然的事 实，同时还要让学生体会到致力于发挥科学技术正面作用避 免其消极影响的研究，对于社会及环境和谐发展的重要意义。

在此基础上，再结合具体教学内容，介绍科学家恪守科学伦 理的故事，或就类似非法添加非食品添加剂、“硫酸伤熊” 等事件，开展科学伦理道德问题的专题讨论，以促进学生科 学伦理的积极建构，全面提升全体学生包括科学伦理在内的 科学素养。

Keefer认为，基于社会性科学议题的道德思维（moral thinking）教学模式主要包括以下基本环节：（1）找出问 题中的道德议题；
（2）确定问题中的相关知识和未知事实；

（3）提出解决方案；
（4）提供采用某一方案的理由；
（5）考虑有结论不同的争议时所需采用的替代方案；
（6）鉴别 和评价道德对方案的影响；
（7）提出可供选择的解决方案 [14]。化学教学在利用有关社会事件帮助学生建构科学伦理 的过程中，可以参考这一模式，引导学生养成有证据地思考 问题，理智地处理问题，民主地对待不同的意见，综合地看 待问题，从而形成正确的科学价值观以及与风险认知所对应 的决策能力。

总之，科学风险是潜在而可能随时发生的，包括化学学 科在内的科学教育必须通过多种途径培养学生的风险认知 能力，让他们既有风险意识，知道风险发生的可能根源，又 力所能及地预防风险的发生，更加不会因为不按科学规律办 事或科学伦理失范使自己成为风险的源头，同时在感知到可 能的风险发生时还能采取积极的应对措施，将风险引起的危 害降低到最低程度。