基于問題式學(xué)習(xí)，開展STEAM教學(xué)

李友銀 石璞 李晉凱

摘要：STEAM教育主要是以基于項目的學(xué)習(xí)或問題式學(xué)習(xí)為主要教學(xué)（學(xué)習(xí)）方式。本文是以一個真實的學(xué)習(xí)情境，即人們對鋁鹽溶液中逐滴加入NaOH溶液生成氫氧化鋁沉淀的質(zhì)量（m）與加入NaOH溶液的體積（V）之間量的關(guān)系認識出現(xiàn)偏差，采用小組合作的形式，以問題為導(dǎo)向，借助數(shù)字化實驗、信息技術(shù)進行科學(xué)探究，通過把科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）、藝術(shù)（A）和數(shù)學(xué)（M）多學(xué)科知識的融合，進行知識遷移，對溶液pH與NaOH溶液的體積（V）之間的變化曲線進行數(shù)學(xué)處理，建立反應(yīng)時Al（OH）3沉淀的生成、溶解和NaOH量之間的變化關(guān)系圖，從而糾正了人們對Al（OH）3沉淀生成與溶解耗堿量認識的偏差，培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維、設(shè)計能力和問題解決能力。

關(guān)鍵詞：氫氧化鋁沉淀?問題式學(xué)習(xí)?STEAM教學(xué)?數(shù)字化實驗

當(dāng)前，STEAM教育已成為我國進一步深化課程教學(xué)改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和選拔模式、提升學(xué)生科學(xué)與創(chuàng)新素養(yǎng)的重要抓手。為了加強創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，我們課題組進行了STEAM教育的實踐與研究。

鑒于人們對鋁鹽溶液中逐滴加入NaOH溶液生成氫氧化鋁沉淀的質(zhì)量（m）與加入NaOH溶液體積（V）之間量的關(guān)系的認識出現(xiàn)偏差，開展STEAM教育的教學(xué)設(shè)計如下。

教學(xué)目標

1.在探究鋁鹽與NaOH反應(yīng)模型的過程中，體驗設(shè)計探究方案、綜合運用化學(xué)知識以及數(shù)學(xué)抽象、計算機編程等跨學(xué)科知識解決問題、建立模型。

2.學(xué)習(xí)數(shù)字化實驗的操作方法，培養(yǎng)實驗?zāi)芰Γㄓ^察能力、提取信息的能力和動手能力等）。

3.通過實驗探究，學(xué)習(xí)研究問題的科學(xué)方法（發(fā)現(xiàn)問題——猜想假設(shè)——實證研究——分析、得出結(jié)論），培養(yǎng)交流合作、對話溝通能力、批判性思維以及分析和解決問題的能力。

教學(xué)流程

探究是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式，設(shè)計是技術(shù)和工程學(xué)習(xí)的重要方式。在本次教學(xué)實踐中，科學(xué)探究與工程設(shè)計得以凸顯，數(shù)學(xué)抽象得以運用，其教學(xué)流程如下：

教學(xué)反思

1.STEAM教學(xué)是通過把多個領(lǐng)域內(nèi)學(xué)科知識和技能的教與學(xué)整合到一種教學(xué)范例中，使學(xué)生學(xué)習(xí)的零碎知識變成一個互相聯(lián)系統(tǒng)一的整體，這樣就消除了傳統(tǒng)教學(xué)中各學(xué)科知識割裂、不利于學(xué)生綜合使用解決實際問題的障礙，是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方法。在本課例中，為建立鋁鹽和氫氧化鈉溶液間的相關(guān)模型，學(xué)生運用了科學(xué)：化學(xué)學(xué)科核心知識（鋁的兩性知識、水溶液中的離子反應(yīng)、平衡常數(shù)的計算等），技術(shù)：數(shù)字化實驗與計算機編程等，工程：探究過程的設(shè)計，數(shù)學(xué)：數(shù)學(xué)抽象、圖形繪制，解決了中學(xué)教學(xué)中長期存在的一個誤區(qū)（三角形模型），建構(gòu)了鋁鹽和氫氧化鈉反應(yīng)的梯形模型。學(xué)生在STEAM學(xué)習(xí)過程中，深化了對科學(xué)知識的理解，提升了科學(xué)與工程學(xué)實踐能力，提升了思維的品質(zhì)和創(chuàng)新能力，培育了綜合運用不同學(xué)科知識解決問題的能力。

2.STEAM教學(xué)通常關(guān)注實際問題、注重在真實的情境中開展學(xué)習(xí)。本課例以中學(xué)常見的鋁鹽和氫氧化鈉溶液反應(yīng)為真實情境，教師作為學(xué)習(xí)的設(shè)計師，讓學(xué)生通過項目學(xué)習(xí)的方式，自主設(shè)計、探究反應(yīng)過程中氫氧化鈉溶液體積、氫氧化鋁沉淀和溶液pH的關(guān)系。學(xué)生發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的三角形模型和已有的知識相悖，提出質(zhì)疑，通過數(shù)字化實驗和用pascal語言編程驗證，再運用數(shù)學(xué)抽象、建模的方法得到了“溶液pH與NaOH溶液體積關(guān)系”模型。最后，學(xué)生運用已有的化學(xué)知識進行計算，在科學(xué)論證的基礎(chǔ)上，建立了“Al（OH）3沉淀質(zhì)量與NaOH溶液的體積關(guān)系” 梯形模型。這種基于問題、基于設(shè)計、基于項目的真實情境下的學(xué)習(xí)，能有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與實踐能力，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)習(xí)的過程成為一個分享的過程，更是一個創(chuàng)造的過程。

3.在實際教學(xué)中，學(xué)生主動提出了應(yīng)用計算機編程設(shè)計驗證，說明課堂不是教師單方面?zhèn)魇谥R的場所。學(xué)生的知識面寬廣，課堂上應(yīng)該是能者為師，教師要放下架子向?qū)W生學(xué)習(xí)。不斷學(xué)習(xí)是教師唯一不變的屬性，我們要為未知而學(xué)，為未來而教。

參考文獻：

[1]北京師范大學(xué)等.無機化學(xué)（下冊）[M].4版.北京：高等教育出版社， 2003：673.

[2]李友銀，石璞.鋁鹽與氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀的實驗探究[J].化學(xué)教育，2016（5）.

責(zé)任編輯：丁?蔚