STEM視角下的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

丁玉霞

STEM教育是當(dāng)前國(guó)際上頗有影響的教育思想。所謂“STEM”，是科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)的總稱，其價(jià)值旨趣在于為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。在初中化學(xué)教學(xué)中實(shí)施“STEM”教育，能夠引導(dǎo)學(xué)生將化學(xué)書本知識(shí)與生活世界對(duì)接，與社會(huì)生產(chǎn)結(jié)合，由此培育學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)。所謂“核心素養(yǎng)”，是指學(xué)生應(yīng)該具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和未來社會(huì)需要的關(guān)鍵能力和必備品格。在化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是實(shí)施STEM教育良好的課程載體。

一、在演示性化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)學(xué)生感知力

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的類型很多，有演示型實(shí)驗(yàn)、探究型實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)等等。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生舒展感官，不僅用眼睛，而且用耳朵、用大腦進(jìn)行觀察、思考，用雙手進(jìn)行操作，等等。從而在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)現(xiàn)象的觀察力、思考力，對(duì)化學(xué)探究的實(shí)踐力和創(chuàng)造力。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生往往容易關(guān)注顯性的現(xiàn)象，而忽視一些生成物。為此，教師要引導(dǎo)學(xué)生展開多角度觀察、思考。

例如在氧氣中燃燒的鐵絲，學(xué)生往往只關(guān)注顯性的強(qiáng)烈現(xiàn)象如火星四射等，而忽視黑色固體生成物（四氧化三鐵）；又如酸堿中和反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)到達(dá)等當(dāng)點(diǎn)時(shí)，指示劑酚酞變色時(shí)間極短，因此需要學(xué)生主動(dòng)捕捉瞬間現(xiàn)象，記錄瞬間現(xiàn)象。在某些化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生不僅僅需要用眼睛“看”，而且還需要用手去“摸”（如反應(yīng)中的放熱、吸熱現(xiàn)象），用鼻子去“聞”（氣體的氣味，如氨氣、二氧化硫等）。通過這樣的多感官感知，豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生形成對(duì)現(xiàn)象的本質(zhì)理解。

二、在探究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)展學(xué)生實(shí)踐力

基于STEM教育的理論視角，化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)以“問題”為載體，以“現(xiàn)象”為憑借，以“方法”為要素，讓學(xué)生自行思考、設(shè)計(jì)、探究，從而不斷發(fā)展學(xué)生的綜合實(shí)踐力。教學(xué)中，教師要引發(fā)學(xué)生的化學(xué)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生化學(xué)認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力。通過教師的啟發(fā)和學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到現(xiàn)象背后的化學(xué)本質(zhì)。

例如教學(xué)《氧氣》，我為學(xué)生準(zhǔn)備了幾種化學(xué)藥品，諸如氯酸鉀、高錳酸鉀、過氧化氫等。然后讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，展開探究性實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生探究過程中，教師要適時(shí)介入，促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)思考。如在搜集氧氣的環(huán)節(jié)，教師可以設(shè)問：“收集氧氣是用‘排水法好還是用‘排氣法好？”在實(shí)驗(yàn)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生將試管傾斜，并及時(shí)追問，“為什么試管口要比底部略低一些呢？”引發(fā)學(xué)生深度的化學(xué)思考。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，讓學(xué)生思考，“我們是先拿走導(dǎo)管還是先拿走酒精燈呢？”……如此，學(xué)生做思共生、學(xué)創(chuàng)合一，他們?cè)诮處煂?dǎo)引下，對(duì)自我化學(xué)實(shí)驗(yàn)展開有意識(shí)地反思、討論、交流等。學(xué)生不僅對(duì)化學(xué)知識(shí)掌握到位，而且養(yǎng)成了邊動(dòng)手實(shí)踐邊進(jìn)行化學(xué)思考、反思的良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。

三、在思維性化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)展學(xué)生思想力

化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅包括外顯實(shí)驗(yàn)，而且包括內(nèi)隱的思想，即化學(xué)思維實(shí)驗(yàn)。許多時(shí)候，學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)前、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)過程中以及動(dòng)手實(shí)驗(yàn)活動(dòng)后的思考、反思等都必須看成是化學(xué)實(shí)驗(yàn)完整的、有機(jī)的組成部分。某種意義上，思維實(shí)驗(yàn)比操作實(shí)驗(yàn)更具化學(xué)意義。在“STEM”視域下，學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)的生成不僅是對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、操作，更是對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行假設(shè)、設(shè)計(jì)、反思。

例如在做“鐵和硫酸銅的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師必須在實(shí)驗(yàn)前啟發(fā)學(xué)生思考、猜測(cè)，只有這樣學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)才更具效果。如“實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的反應(yīng)？”“反應(yīng)會(huì)有什么現(xiàn)象？”等問題，學(xué)生在問題導(dǎo)引下，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察才能更具指向性、針對(duì)性。同樣，在學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)后，也必須啟發(fā)學(xué)生思考，如“為什么硫酸銅和鐵的反應(yīng)總量沒有發(fā)生改變？”“這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了什么問題？”等。這樣的問題介入，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析、理解更加深刻。

四、在創(chuàng)新性化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造力

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中培育學(xué)生的創(chuàng)造力是實(shí)施STEM化學(xué)教育根本的價(jià)值訴求。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，能夠讓學(xué)生突破化學(xué)思考的慣習(xí)，掙脫思維的固有束縛、牢籠，突破理解的障礙。學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中玩，在玩中展開化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而不斷激發(fā)學(xué)生的“創(chuàng)想意識(shí)”。在這個(gè)過程中，教師要給予學(xué)生的創(chuàng)造性思考和實(shí)踐以扶持、眾籌。通過創(chuàng)新性化學(xué)實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生的主動(dòng)之意，呈現(xiàn)學(xué)生的理解之美，彰顯學(xué)生的解放之趣。

例如對(duì)于“CO2的性質(zhì)”，一般學(xué)生總是認(rèn)為“CO2不助燃任何物質(zhì)”。其實(shí)，只有在一般情況下才是如此。那么，在什么情況下對(duì)于什么物質(zhì)CO2還能夠助燃呢？筆者引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。從學(xué)生實(shí)驗(yàn)需求出發(fā)，首先需要收集CO2氣體，怎樣在短時(shí)間內(nèi)制取大量的CO2氣體呢？有學(xué)生認(rèn)為可以用大理石和稀鹽酸；有學(xué)生認(rèn)為可以用碳酸鈉粉末和稀鹽酸等。學(xué)生間展開了激烈的爭(zhēng)論，最后學(xué)生用少量洗潔精、碳酸鈉粉末和濃鹽酸，產(chǎn)生了大量的氣泡，快速向燒杯口上升并即將涌出。此時(shí)，教師用事先備好的燃燒著的木條放入泡沫中，木條一下熄滅，然后將燃燒的鎂條放入泡沫，鎂條燃燒更加劇烈，并且在表面上橫撐了黑色固體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，燃燒的鎂在CO2中燃得更旺。創(chuàng)新性化學(xué)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生的化學(xué)認(rèn)識(shí)向縱深推進(jìn)打開了一扇窗。在創(chuàng)新性化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生感性觀察與理性分析交織。他們?nèi)褐侨毫Γ蚁搿⒏袆?chuàng)、能創(chuàng)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)由此演變成學(xué)生的創(chuàng)想空間站、化學(xué)創(chuàng)客坊！

在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，讓我們?nèi)谌隨TEM理論，緊扣學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，和學(xué)生一起探究，進(jìn)而讓化學(xué)課程成為學(xué)生最有魅力的課程。

（作者單位：江蘇省南通市啟秀市北學(xué)校）