淺論中學化學科學風險認知教學

梁雪峰+倪娟

摘要：在化學教學中有必要對學生進行科學風險認知教學，強化對科學風險的認識、成因的分析以及習得相應的防范措施，此為科學素養的重要內涵之一。中學化學學習中，學生對科學風險認知易有兩種傾向，一是缺乏科學風險意識，二是對科學風險的非理性態度。中學化學教學中需要用恰當的方法增強學生的科學風險意識且引導學生了解規避科學風險的方法，讓學生具備相應的科學風險認知水平和防范能力。

關鍵詞：化學教學；科學風險；認知水平；防范能力

文章編號：1005-6629（2015）12-0038-06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

科學是一種人類通過特定的方法或手段來生產知識為目的的活動，包括關于人類、文化和社會的知識，以及運用這些知識去開創新的用途而進行的系統的創造性工作。由于人類認識的局限性，科學總是存在一定的不完備性，因此，科學也有風險?？茖W風險主要指科學活動及其結果的風險（例如過錯、事故、失誤、失敗等等），廣義的科學風險還包括在科學技術發展運用中給社會與人類帶來不良后果。即，現代社會中的科學風險主要是指那些由科學化的技術（science-basedtechnologies）或技術的科學化（the scientification oftechnologies）而引起的潛在社會威脅。其極端的例子比如，大面積的放射性污染、全球性的核能威懾、有毒化學品和生理性藥品的濫用等。所謂風險認知，是用來描述人們對風險的態度和直覺判斷的一個概念，廣義上，它也包括人們對風險的一般評估和反應；風險認知是恰當地處置和預防風險的基礎。對中學生而言，科學風險認知是學生對科學風險存在的可能性及現實存在的認知，包括對風險的評估，以及對風險產生原因、可能后果及防范措施的認識。

1 中學科學風險認知研究的現狀

1.1 國外研究現狀

科學風險認知問題已成為發達國家理科課程特色（Levinson，2012）。例如，美國科學委員會（NRC，2000）列出了14個國際性科學與健康議題，科學技術學會（NAE，2008）補充了太陽能、水資源等內容；Harold（2000）以公眾政策與道德等問題開發課程資源應用于教學?？傮w來說，內容多集中于核能問題（Slovic，1987）、轉基因食品（Levidow，2002；Sadler，2004；Scott，2011）、氣候問題（Boon，2009；Hanson，2010）等。在教學中，風險問題往往具有證據不完整、多種決策可供選擇等特征，要求學生突破常規思維解決新問題。國際權威期刊《科學教育》、《國際理科教育》等近年刊發大量理科教育案例，如Skamp（2013）以氣候全球變暖問題進行教學策略研究，Simonneaux（2009）在課堂教學中討論國家公園是否應該重新引入狼群，Borrows（2003）將安全與健康問題引入小學科學課堂教學。學界認為，對可能風險的論證可以促進學生科學技術知識的學習和對科學本質的理解，提高學生推理能力、形成批判性思維和創見性思維。風險認知研究主要集中在思維建模，如Keren（1991）以放射性污染為題探究學生知識對風險議題思考的影響。

1.2 國內研究現狀

我國科學教育文本強調科學與生活的聯系，但缺少對科學價值和社會事件分析導向；科學教育或媒體宣傳，常因追求轟動效應而使學生對科學產生畏懼；隨著西方20世紀末“科學大戰”以及“風險社會”概念的引入，學者開始關注教育領域思想變革。

國內對風險認知與科學教育的相關研究起步較晚，2005年國內學者莊友剛從社會學領域引入風險認知概念，2012年學者劉曉鷹提出風險認知的空間模型；科學教育領域則處于譯介階段，課程開發與教學實踐研究尚未見諸公布。

科學技術的社會應用及其影響對科學教育提出新的挑戰。人們認識到規避和應對現代風險刻不容緩，另一方面科學發展與社會進步密不可分，由此產生的種種不確定性帶來了個體決策能力形成的環境?；陲L險認知的科學教育，既是學生理解科學的新視角和新挑戰，又是更好適應未來社會生活的學習方式。本文主要討論在中學化學教學中如何實施科學風險認知教學，幫助學生形成科學風險的理性認知。

2 中學化學科學風險問題及認知水平

2.1 中學化學科學風險問題

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，也是一門實踐性和應用性很強的科學，在人們的日常生活、工農業生產以及科技領域都蘊涵著許多化學知識，也面臨著科學風險的挑戰?，F列舉化學涉及科學風險問題部分內容見表1。

現代風險認知賦予科學教育新內涵，要求學生適應可能風險所需要的社會意識、創新能力和科學精神。中學化學教學中常常會面臨具有一定科學風險認知的過程，例如在學生探究設計、實踐操作化學實驗過程中。另外，在日常生活中也常有類似的這樣的過程，如水、電、火、氣的使用等等。

2.2 科學風險的理性認知水平

理性認知表現為通過思考、分析和經驗進行判斷而非通過沖動、一時的感覺來理解事物?？茖W風險的理性認知表現為學生面對復雜條件的科學問題，具有一定的決策能力，即：經過研討、爭論與權衡利弊、形成結論（自我捍衛）并為此提供證據的能力。學生科學風險認知水平與其外顯行為表現、內隱思維表現和決策能力之間的關系見表2。

公眾對科學風險的認知必然會影響到公眾對待科學技術及科技風險的態度，國家諸多涉及公眾的科技決策，都須爭取公眾的理解和支持，公眾的態度是決策者決策的依據之一；公眾對科技風險認知是科技管理者和決策者不能夠忽視的重要問題；公眾對科學風險的認知程度將直接影響社會風險大小。20世紀后半葉以來，公眾對科學風險的認知現狀，一是因對科學的了解很有限而導致對科學風險的了解也很貧乏，二是因不斷出現在公眾視野中的一些核技術的、化學的、生物的等產生巨大社會危害的事故，使公眾對科學的態度、科學風險問題開始變得充滿矛盾，甚至有些敵意。

在化學教學實踐中發現，作為社會公眾一分子的中學生，對于科學風險的認知，常表現出與社會群體的相似性，呈現出兩種不良傾向：一種是科學風險意識的缺乏，另一種就是對科學風險的過度反應。這兩種錯誤的科學風險認知都在一定程度上阻礙學生科學素養的提升，因此中學化學教學需要重視科學風險認知的教學。

2.3 中學化學科學風險認知教學的意義

對科學風險缺乏認知的學生，在學習中常表現為草率而魯莽，缺乏審慎嚴謹的科學態度，什么都敢碰，什么都敢做，什么都不計后果。而對科學風險有過度反應的學生，在學習中則常表現為畏首畏尾，瑟縮不前：化學藥品不敢取用，害怕“中毒”；將試管中的蒸餾水放在酒精燈上加熱的操作也不敢進行，害怕“爆炸”；縱然是點燃一根火柴，也像是引爆炸彈一樣恐懼。這兩種情況，都是缺乏科學風險理性認知的表現?？茖W風險是真實的，而科學技術對人類社會發展的好處也是真實的。人們在現代化學奇跡的包圍中度過一生，卻念念不忘化學污染；人們使用來自核電站的清潔電力，卻又害怕核事故的發生；對飲用水進行氟化處理使得齲齒成為過去，但對化學物質的恐懼剝奪了氟化水給社會帶來的許多益處。有學者注意到，許多人為一千年后可能會泄漏儲存的強放射性核廢料而不安，但卻對每年殺死成千上萬人的開車、飲酒、吸煙等熟視無睹；一些風險，比如臭氧層破壞、溫室效應等，盡管是低概率的和遙遠的，卻仍然長期威脅著人類。要想提高公眾對科學風險的認知水平，必須采取有效的途徑來實現公眾對科學知識、科學技術及科學風險的了解。中學化學中通過科學風險認知的教學，既可以讓學生明白這些風險的存在，強化學生規避科學風險的意識，又可以消除學生對風險的恐懼，增強學生規避科學風險的能力，從而促進學生科學風險認知水平的提高。

3 中學化學科學風險認知教學的策略

風險認知提供了科技社會的多種影響因素和發展可能，促成學生對他人、自然和社會的理性抉擇，并以“責任”衡量自身行為。對缺乏科學風險認知意識的學生而言，他們缺少科學審慎態度，頭腦中沒有形成科學風險的概念，也就談不上具備擁有某種措施防范風險的意識；對科學風險有過度反應的學生而言，他們常處于恐懼中，往往縮手縮腳，畏懼害怕，想不到如何去防范和消除風險。在課堂教學中，對于前者，需要按照“科學風險是存在的——輕舉妄動可能會造成傷害——必須采用某種策略規避”教學思路進行設計；對于后者，需要按照“科學風險的確存在——只要通過恰當的方法，就可以消除這種風險”的教學思路進行設計。

3.1 強化學生規避科學風險意識的教學策略

針對科學風險認知水平較低的學生，通過教師課堂教學的改進和優化，有助于增強他們規避科學風險的意識。

3.1.1 場景展示法

對于科學風險意識缺乏的學生，需要用直觀形象、驚心動魄的場景來使他們受到震撼，產生深刻的印象，從而警惕并記住可能的風險。在保證安全的情況下現場顯示，其效果總是無可替代的。比如針對有些學生草率地將氫氣點燃的操作，不妨將氧氣與氫氣混合，裝在透明的塑料袋中，然后用火柴點燃塑料袋，就會出現非常震撼的場景：爆炸聲十分響亮、塑料袋瞬間變成碎片。然后讓學生假想：如果是玻璃儀器瞬間爆裂會有什么危險？如果是在工業生產中，大量高壓的氫氣爆炸會產生什么后果？……這必然會給學生很好的警示作用。

對某些具有一定危險的、不一定適合在教室或實驗室中演示的化學實驗，也可以采用視頻展示的方法來教學。比如稀釋濃硫酸的錯誤操作，可以播放以下視頻：將水加入濃硫酸中，液體劇烈沸騰，燒杯中霧氣繚繞，大量液體向四周飛濺等。再結合教師的講解，學生在掌握知識的同時，科學風險的意識也必然會得到加強。

3.1.2 風險體驗法

曾經讀過瑞士教育家裴斯泰洛奇的一段教育日記：為了讓孩子知道“人們不應該觸摸一切自己不了解的東西”，他故意將一個燙手的雞蛋放在孩子面前，孩子立即把雞蛋攥在手中，結果手被燙了。在這種情景下，裴斯泰洛奇順利地表達出了他的教育主題。裴斯泰洛奇還為我們提供了科學風險認知教學的方法——風險體驗法：用一些風險小的實驗讓孩子“上當”，以此養成一種品格——規避風險的意識。

中學化學教學中也可采用這種方法。比如初學加熱蒸發實驗操作時，學生容易犯用手去取加熱后的蒸發皿而發生手被燙的情況。不過這些學生手被燙后，自然不會再用手去取熱的蒸發皿，而是想方設法去完成這個操作：用紙？用抹布？等冷卻后再??？最終發現還是使用坩堝鉗最好。這個過程中所產生的教育效果是會促使學生意識到科學風險的存在，增強規避科學風險的意識。

3.1.3 模擬再現法

讓學生對一些化學實驗首先進行討論，分析可能存在的風險，然后通過視頻或其他方式展示不規范操作帶來的后果。比如可燃性氣體燃燒，播放沒有驗純導致玻璃儀器炸裂的視頻等等，給學生留下“恐懼”的印象，風險的意識就會增強。

3.2 削弱學生對科學風險過度反應的教學策略

對于對科學風險有非理f生的過度反應的學生，常常在潛意識中夸大由風險帶來的后果的嚴重性，因此只要讓學生親眼目睹某個化學實驗的結果或者親自動手做這個實驗，使他們發現實驗結果其實沒那么可怕，使之感悟到這種風險的可控，那么恐懼之心便會得到一定程度的削弱。比如學生不敢做氫氣點燃的實驗，可以先由教師或者實驗能力較強的同學示范，然后鼓勵學生自己操作該實驗來進行教學。另外，經常讓學生動手做化學實驗，增加學生接觸化學藥品和實驗儀器的親近感，也是消除其過度反應的重要措施。

3.3 提高學生規避科學風險能力的教學策略

以化學實驗為例，在化學試劑的使用中，化學試劑取用量越少，產生風險的幾率越小?；瘜W實驗中，對于在沒有指明試劑用量的情況下應取“最少量”這一要求，不僅僅是從節約藥品的角度考慮，一定程度上也是從安全的角度來考慮的。對于可能出現風險的實驗，不妨指導學生先用極少量的物質進行相互之間反應、觀察現象，利用觀察到的實驗現象和學生探究體驗，逐步增強學生探究風險的勇氣，從而把握反應中的規律。最后再逐漸增大藥品試劑量，直到獲得滿意的實驗效果為止。

比如金屬鈉與水反應，如果產生的熱量使局部的水沸騰從而飛濺出來，是有危險的。因為反應產生的氫氧化鈉有強烈的腐蝕性，濺到眼睛里可能會導致失明。由這個風險導致的損失不可謂不大，但不能因畏懼這種風險而失去探究科學的勇氣，那么尋找策略規避風險才是最要緊的。如何規避這個風險？——熱量產生的多少與所用金屬鈉的量有關，因此只要取用的金屬鈉的量少一些，就可以規避這種風險。再如氯氣有毒，能強烈地刺激皮膚和眼睛，氯氣中毒可引起支氣管炎等呼吸道疾病，但終歸是要用氯氣做實驗的！如何規避這種風險？——盡量減少氯氣逸出，比如用注射器取用氯氣，或將氯氣配成新制氯水進行取用等，就可以基本消除這種風險了。

不同的科學風險產生的原因不盡相同，規避科學風險的策略設計總是以這些原因為出發點的。因此，要在化學實驗之前首先分析可能存在的風險，然后尋找產生風險的原因，最后在學生認識到風險產生的可能原因后，再引導學生尋找規避這些風險的方法?；瘜W課堂上的這些教學環節，總是在不斷地讓學生體驗并嘗試探尋規避科學風險的方法，久而久之學生規避科學風險的能力必然會有所提高。

4 中學化學科學風險認知教學的案例

蘇教版必修2中“天然氣的利用——甲烷”一節是高中有機化學的發端，由于常聽說煤礦爆炸，耳聞甲醛、苯等有機物的污染，有機磷、有機硫農藥的毒性，于是在很多對有機化學不甚了解的人看來，有機物總是跟毒性和爆炸聯系在一起的。因此利用這一節課的教學內容進行科學風險認知教學設計，對于有機化學的學習是極有意義的。

4.1 用天然氣做家用燃料中的科學風險認知教學

對于絕大多數學生而言，用天然氣做燃料已經司空見慣。不少學生并沒有思考過這里潛在的科學風險。其實就改用天然氣作燃料，需要具備的科學風險認知內容還是很多的。在課堂上不妨這樣展開教學：

[情境]某個小區的住戶一直用煤爐，為了改善居民的生活環境，社區決定將該小區改裝天然氣。但是有一個住戶卻因為害怕氣體有毒以及管道天然氣可能發生爆炸而不愿安裝天然氣。

[思考]你從這個住戶角度出發，思考他不愿意用天然氣做燃料可能考慮到哪些科學風險？

[設問]如果你是社區服務人員，你如何說服這位住戶消除這些顧慮，同意改裝天然氣？

在這段教學過程中，學生需要對這位住戶提出的多種可能存在的風險有充分的認識，如，天然氣爆炸的風險、氣體泄漏的風險、氣體中毒的風險、使用效果不好的風險、不會操作設備的風險等?！八伎肌钡倪^程有助于學生從多個角度理解科學風險的含義，“說服”的過程又需要學生從事件本身的利弊進行權衡，兩權相衡取其利，豐富“科學風險”這一概念的內涵，提高學生回避科學風險的認知水平，在思辯過程中增強相應社會生活的決策能力。

比如，針對可能出現的氣體泄漏的風險，有學生提出安裝警報器，并演示給他看，以此來打消他害怕氣體泄漏而未能察覺的顧慮。對于可能出現中毒的風險，有學生提議將天然氣通入金魚缸中，金魚仍然自由自在地游動來說明天然氣沒有毒。但當在密閉的房間里或通風不良時，如果天然氣燃燒不充分，就會生成有毒的一氧化碳氣體，而導致中毒。因此，任何情況下使用天然氣，都要注意通風，以防中毒。通過學生對應用天然氣的風險和規避風險方法的討論，使學生學會了分析和尋找規避科學風險的措施。

4.2 甲烷和氯氣的取代反應中的科學風險認知教學

跟上面的科學風險認知教學重在科學風險意識的增強和規避科學風險方法的討論不同，對甲烷和氯氣取代反應的風險認知教學可以放在探究科學風險的勇氣和方式上。筆者在實際課堂教學中是跟學生進行了討論，并根據對話的結果進行實驗，教學片斷如下：

[師]甲烷和氯氣發生取代反應的實驗，對混合氣體進行光照會有實驗風險嗎？

[生]有可能會發生爆炸。

[師]為什么？

[生]氫氣和氯氣混合光照就會發生爆炸。

[師]氫氣和氯氣混合光照后會發生爆炸，那是否代表甲烷和氯氣混合光照后就一定會發生爆炸？

[生]（意識到上述邏輯推理可能有問題）遲疑地說：不一定會發生爆炸吧？

[師]同學們記得氫氣和氧氣發生反應中，學習過爆炸極限？

[師]同學們擔心實驗過程中發生爆炸，老師今天是用不同體積比的甲烷和氯氣做這個實驗，還是不做這個實驗改放錄像？

[生]（躍躍欲試狀）老師做實驗吧，用不同體積比的甲烷和氯氣做一下，試探一下爆炸的可能性。

[師]系列實驗：在五個相同的塑料袋中分別注入不同比例的甲烷和氯氣（各塑料袋中甲烷均為20mL），用不同強度的光進行光照（白熾燈最大功率100W，旋轉開關，就會出現不同的亮度；強光可使用指數24的閃光燈或250W高壓汞燈）。

[實驗結果]“-”表示無爆鳴聲，“+”表示有爆鳴聲。

[實驗分析]（1）無論是強光還是中強光，在光照強度相同的條件下，隨著氯氣量的增加（甲烷和氯氣的體積比減少），光照后發生爆炸的可能性會增加；（2）在甲烷和氯氣的體積比相同的條件下，隨著光照強度的增加，光照后發生爆炸的可能性會增加。

[實驗結論]保持甲烷和氯氣的體積比大于1：4（即氯氣不能太多），且用弱光照射，就不會產生爆炸。

通過上述討論和實驗，學生不但收獲了知識（知道了在有機反應中，相同的反應物在不同的條件下會發生不同的反應，得到不同的產物），還成功地獲得了規避該實驗風險的方法，且在科學風險防范認知過程中建立和提升自信心。

5 中學化學科學風險認知教學的誤區

提到中學化學中的科學風險認知教育，很多人就會想到，化學在為人類創造財富過程中伴生出的令人聞之色變的災難，以至于不少人對科學技術產生了抵制、責難等情緒，并出現了對科學風險的過度反應。筆者曾聽過一節以科學風險認知教育為主題的“天然氣的利用——甲烷”的公開課，課堂上這位老師將科學風險認知教學的側重點定位在了濫用氟利昂導致臭氧層被破壞上。其實，本節課教學的主要內容與氟利昂并沒多大關系，要討論氟利昂可以在鹵代烴一節討論，也可以在催化劑的催化原理一節討論。就科學風險認知的認識上也是片面的：對學生而言討論天然氣使用中的風險、氯氣使用的風險、甲烷和氯氣反應的風險等，要現實而且貼切得多。在討論科學風險問題的過程中，教師必須充分準備，知道哪些風險是可以人為控制、完全避免的，哪些風險是科學家們正在努力攻克、未來有望解決的，哪些風險是無法回避的自然災難等，一定要給予學生“科學風險是可以消除和避免的”等具有積極意義的結論，否則徒增學生對科學風險的恐懼情緒。

總之，只有在中學化學教學中注意引導學生認識到科學風險的存在，指導學生分析科學風險的成因，探究應對科學風險的辦法措施，才能使學生消除對科學風險的畏懼感，形成必要的科學風險意識，提升學生的科學風險認知水平，從而增強對化學學科的學習興趣。