STEM理念在中學(xué)化學(xué)特色課程中的實(shí)施與思考

鄺燕妮

【摘 要】用“豬油的華麗轉(zhuǎn)身”的教學(xué)案例具體說明STEM理念在中學(xué)化學(xué)特色課程中的實(shí)施，為STEM理念在課程中的實(shí)施提供參考和建議。

【關(guān)鍵詞】STEM；化學(xué)；特色課程

【中圖分類號(hào)】G423.06 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】2095-3089（2019）10-0262-02

一、STEM理念

STEM理念起源于美國(guó)，它為越來越多人所知，是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)理念，是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）和Mathematicss（數(shù)學(xué)）的簡(jiǎn)稱，目的在于培養(yǎng)綜合素養(yǎng)高的科學(xué)家、技術(shù)人員、工程師、數(shù)學(xué)家和綜合素養(yǎng)能力強(qiáng)的公民，這種提法與我國(guó)新課程的改革目標(biāo)是不謀而合的。《2017中國(guó)STEM教育白皮書》發(fā)布，國(guó)家已明確把STEM教育納入國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展政策，由此可見STEM教育實(shí)施的重要性。在運(yùn)用STEM理念的教學(xué)過程中，提倡學(xué)生在做中學(xué)，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)方式從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)化為主動(dòng)獲取，在課程學(xué)習(xí)中嘗試小組合作交流、設(shè)計(jì)探究并解決問題，從而獲得多學(xué)科的綜合知識(shí)和綜合素養(yǎng)（包括科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)素養(yǎng)）的提升，這對(duì)教學(xué)提出了更高要求。

二、STEM與化學(xué)特色課程

STEM的教學(xué)原則是解決實(shí)際生活中有意義的問題。我校化學(xué)特色課程是一門“生活化的課堂”，是一門內(nèi)容很豐富的綜合實(shí)踐課程，上課的很多素材都來源于生活，科學(xué)探究性強(qiáng)，而且保證每一周都有兩節(jié)課的時(shí)間上課，不用受課時(shí)緊張和考試壓力的限制，這些都為STEM理念的實(shí)施提供了很好的土壤和空間，同時(shí)可以提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和滿足學(xué)生多樣化的需求。下面以筆者在化學(xué)特色課程中實(shí)施的“豬油的華麗轉(zhuǎn)身”為例加以說明，提供一些參考和建議。

三、“豬油的華麗轉(zhuǎn)身”教學(xué)案例與分析

本文選取人教版選修五第四章第一節(jié)“油脂的性質(zhì)”這一內(nèi)容，教學(xué)案例是與該部分內(nèi)容相關(guān)的延伸知識(shí)，課題為“豬油的華麗轉(zhuǎn)身”，原理是利用油脂的皂化反應(yīng)制造肥皂，并對(duì)肥皂進(jìn)一步加工，最后制造出各種精美形狀的手工皂。

針對(duì)“豬油的華麗轉(zhuǎn)身”的活動(dòng)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了以下的教學(xué)過程：

開題、確定研究目的，收集資料（科學(xué)）→整合資料、形成初步實(shí)驗(yàn)方案（科學(xué)）→確定實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究（技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）→合作交流與評(píng)價(jià)→優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究（技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）→匯報(bào)成果和心得體會(huì)

在實(shí)踐過程中，需要融匯科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等方面的知識(shí)，主要以小組合作交流的形式完成教師安排的任務(wù)，教師主要起引導(dǎo)者的角色。

1.開題，確定研究目的，教師提出任務(wù)，學(xué)生收集相關(guān)資料。

【教師】這是豬油和幾塊手工皂，同學(xué)們知道它們之間有什么聯(lián)系嗎？

【學(xué)生】難道從豬油可以制造出手工皂？

【教師】沒錯(cuò)！豬油是油脂的一種，通過油脂在堿性條件下的水解反應(yīng)可以制造出肥皂，反應(yīng)原理如下：

〖XC40.JPG；%30%30〗

用制出的肥皂經(jīng)過加工，便制造出精美的手工皂了。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)老師提供的信息，確定這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)，收集資料，形成制作的初步方案。

【學(xué)生】分組交流，討論，確定任務(wù)目標(biāo)，收集資料。

【設(shè)計(jì)意圖】把該研究活動(dòng)當(dāng)做一個(gè)工程活動(dòng)，工程（Engineering）活動(dòng)是一個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)，有明確目標(biāo)，讓學(xué)生明確本項(xiàng)目的目標(biāo)，才能更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)，研究。

2.開發(fā)形成初步實(shí)驗(yàn)方案。

各小組經(jīng)過討論，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案，如何從豬油中得到手工皂？

【教師】提醒在方案的實(shí)施過程中要注意的問題。

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。

3.整合資料、形成初步實(shí)驗(yàn)方案。

【教師】給學(xué)生提供所需的藥品、儀器（如下圖），提醒學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程注意觀察和記錄現(xiàn)象。

〖XC41.JPG；%30%30〗

【學(xué)生】根據(jù)小組的設(shè)計(jì)方案，找到所需的藥品、儀器，分工合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

【設(shè)計(jì)意圖】在實(shí)驗(yàn)探究過程中，激發(fā)學(xué)生大膽猜想，小心求證，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)的素養(yǎng)。

4.合作交流與評(píng)價(jià)。

【教師】組織學(xué)生分享小組的成果，找出閃光點(diǎn)及不足，并提出改進(jìn)方法。提出改進(jìn)的問題：（1）在相同條件下如何析出更多的肥皂？（2）如何調(diào)節(jié)肥皂液的PH值？

（3）如何使制得的手工皂的顏色調(diào)和得更均勻？（4）如何使制得的手工皂更潤(rùn)滑些。

【學(xué)生】分享小組的成果，討論老師提出的問題。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

第一次實(shí)驗(yàn)成果如下圖：

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生通過交流、分享，相互學(xué)習(xí)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。

5.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

【學(xué)生】?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：①實(shí)驗(yàn)藥品的用量加大幾倍；②把飽和食鹽水改成食鹽晶體；③用冰水代替冷水冷卻；④在皂化過程中不斷地滴入酒精。

【設(shè)計(jì)意圖】增強(qiáng)學(xué)生的探究意識(shí)、科學(xué)精神，從工程實(shí)踐的需求出發(fā)體驗(yàn)科學(xué)探究的精神。

6.匯報(bào)成果。

【學(xué)生】各小組把整個(gè)研究過程創(chuàng)作成PPT向大家匯報(bào)。

【教師】聆聽各小組的匯報(bào)，總結(jié)各小組的整體情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。“豬油的華麗轉(zhuǎn)身”這個(gè)特色課程我們把它作為了一個(gè)工程項(xiàng)目進(jìn)行研究。整個(gè)項(xiàng)目我們經(jīng)歷了開題、確定研究目的、收集資料；各小組整合資料形成初步實(shí)驗(yàn)方案，確定實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用我們所學(xué)的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)產(chǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，得到初步成果；各小組進(jìn)行交流與評(píng)價(jià)，找出在制作過程中的閃光點(diǎn)與不足；接著重新優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。在這個(gè)過程中，我們體驗(yàn)了科學(xué)生產(chǎn)的不容易和有產(chǎn)品出現(xiàn)的喜悅感。

【設(shè)計(jì)意圖】回顧整個(gè)研究實(shí)踐項(xiàng)目的過程，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)問題，動(dòng)手實(shí)踐，加深整個(gè)項(xiàng)目的整體印象。

四、教學(xué)反思

1.本項(xiàng)教學(xué)設(shè)計(jì)，融合了跨學(xué)科的思想，很好地體現(xiàn)了STEM理念。

（1）S（科學(xué)素養(yǎng)）油脂的知識(shí)，油脂的皂化反應(yīng)原理。

（2）T（技術(shù)素養(yǎng)）托盤天平的使用，油脂水解條件的控制，制作肥皂過程中PH值的調(diào)節(jié)，探究的每個(gè)過程都是技術(shù)運(yùn)用的過程。

（3）E（工程素養(yǎng)）學(xué)生在整個(gè)項(xiàng)目中就是“工程”的設(shè)計(jì)者和踐行者：從確定研究目的→開發(fā)方案→形成方案→實(shí)驗(yàn)探究→交流與評(píng)價(jià)→優(yōu)化設(shè)計(jì)方案→再實(shí)驗(yàn)探究。這整個(gè)過程學(xué)生運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)和技術(shù)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)解決實(shí)驗(yàn)過程中的問題，其實(shí)就是技術(shù)與工程的融會(huì)，充分體現(xiàn)和培養(yǎng)了學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)和工程素養(yǎng)。

（4）M（數(shù)學(xué)素養(yǎng)）STEM教育理念中，數(shù)學(xué)素養(yǎng)指的是學(xué)生在發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解析和解決各種情況下的數(shù)學(xué)問題時(shí)進(jìn)行分析、推斷和有效交流思維的能力。在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)數(shù)據(jù)的記錄和整理，對(duì)PH的調(diào)節(jié)處理，優(yōu)化方案后按比例加倍投料再生產(chǎn)，這些都涉及到學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力也就是培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。

在實(shí)施STEM理念的教學(xué)過程中，筆者不是把科學(xué)與工程簡(jiǎn)單地堆積起來，而是引導(dǎo)學(xué)生把學(xué)到的零散的知識(shí)與機(jī)械過程有機(jī)融合在一起進(jìn)行探究世界，很好地促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展。

2.在項(xiàng)目實(shí)施過程中也存在如下不足。

（1）對(duì)個(gè)別問題考慮不夠周到。

從豬油制作出肥皂的過程，由于實(shí)驗(yàn)室條件的限制，沒有很好的干燥條件，沒有進(jìn)行產(chǎn)率和成本進(jìn)行記錄、計(jì)算，其實(shí)這也是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)很好的素材，沒有充分利用好。

（2）拓展延伸內(nèi)容不夠。

在制造手工皂過程中用到色素，但沒有進(jìn)行色素提取的小實(shí)驗(yàn)，其實(shí)這也是一個(gè)很好的延伸素材，可以由學(xué)生嘗試去探討，進(jìn)行研究提取，該項(xiàng)目?jī)?nèi)容會(huì)更豐富。

五、結(jié)束語

總的來說，“豬油的華麗轉(zhuǎn)身”這一課程選材貼近學(xué)生生活，學(xué)生是實(shí)踐活動(dòng)的主體，小組成員相互合作，解決問題。學(xué)生收獲的不僅是學(xué)科的知識(shí)，更是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等素養(yǎng)的整體提升，很好地體現(xiàn)了STEM理念的實(shí)施。“豬油的華麗轉(zhuǎn)身”只是活動(dòng)的載體，是化學(xué)學(xué)科中的冰山一角。化學(xué)本身是一門充滿科學(xué)探究的“生活化”課程，很多活動(dòng)和理論都不是孤立單一的，蘊(yùn)含的許多素材例如物質(zhì)的制備、分離提純、化學(xué)工藝品的制作等都涉及到STEM的理念。只要我們深入了解、挖掘教材，多引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)，尋找生活中有意義的情境，就可以找到很多融合的知識(shí)去實(shí)踐；STEM的理念在課程實(shí)踐中就自然而然地生根發(fā)芽，煥發(fā)出生機(jī)與活力，從而培養(yǎng)出更多有綜合學(xué)科素養(yǎng)的人才！

參考文獻(xiàn)

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[注]廣州市教育研究院科研課題“STEM課程實(shí)施促進(jìn)學(xué)校特色課程創(chuàng)新的研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：GZJY2017-105）的研究成果之一。