新人教版化學教材STEM教育理念體現分析

(1.哈爾濱師范大學 a.教師教育學院;b.化學化工學院，哈爾濱 150025；2.雙鴨山市集賢縣興安中心校，黑龍江 雙鴨山 155100)

2017年教育部頒發的《義務教育小學科學課程標準》把STEM教育列入新課程內容。另有機構預測稱，中國3周歲至12周歲的兒童科學教育市場規模將從2017年的1 600億元上升至2022年的4 160億元。世界經濟論壇的一份報告顯示，2017年升小學的學生中，有65%的學生在未來做的工作目前甚至還不存在，目前所受的教育自然也無法培養他們應對這些工作的能力。種種數據表明STEM已經是教育者不可忽視的教育理念?！翱茖W會越來越明顯和重要，也是未來時代發展和科技強國道路上中國青年一代人最應該具備的基本素質”。從事STEM教育的創業者盧申彪接受采訪時如是說。教材作為教學目標、教學內容的載體，其書寫編排方式是備受關注的。因此研究新人教版化學教材STEM教育理念的體現分析對于教師組織教學具有重要意義。

一、STEM教育的概念

由美國發起的STEM教育是取自科學、技術、工程、數學四個英文單詞的首字母，旨在通過跨學科綜合性教育提高學生素質以鞏固自身的國際競爭能力。

科學是指經過歷史驗證、邏輯推理得出的有關事物本質和運動規律的內容。而化學學科的科學知識不僅僅包括元素及其化合物的結構、性質、互相轉化，還包括元素周期律等。化學學科的科學知識充斥著人們生活的方方面面，如食物的烹制，衣服的組成成分，交通工具的動力，現代建筑的水泥、玻璃、塑料等化工產品等等。所以學習化學不能形而上學，而要明白自己所學的知識是在生活中如何應用的。

人類的生產發展離不開方法手段，這就是STEM的“技術”。STEM教育強調分享、創造，強調讓學生體驗和獲得分享中的快樂感與創造中的成就感。有的項目還把STEM教育內容游戲化(將游戲的元素、方法和框架融于教育場景)[1]。所以,STEM教育理念中的技術更多強調學生的自主性。而化學學科的技術知識在生產生活、實驗室等場所都有所體現。

數學作為一種技術手段，是可以幫助人們作定量分析的。STEM教育理念中的“數學”作為一種工具學科是幫助人們理解量的關系、空間組成結構的手段方法，是將“科學”“技術”運用的方法依據。而化學學科作為一種應用技術學科，其實不僅僅需要數學知識，還需要數學思維。有機物空間立體構型、阿伏伽德羅常數計算、氧化還原計算、一定濃度溶液配制、pH值計算都離不開“數學”。

而工程是將“科學”“數學”“技術”綜合運用到生產生活中。這也體現了STEM教育的綜合性、跨學科性。STEM教育從本質屬性上可以理解為一類課程，即包含四大所謂“元學科”的一種課程。STEM教學實踐過程中，將上述四門“元學科”以完整的知識體系展示[2]，這也正是STEM教育理念強調的知識的系統整體性，而化學學科的自身特點也是符合STEM教育理念的。在化學學科中也包含著許多其他學科的知識。像丁達爾效應、噴泉實驗的物理原理，蛋白質變性、基本營養物質等生物知識，稀土、海洋資源等地理知識，題設字數增多對于學生語文閱讀能力的要求。將STEM教學理念運用到化學教學中是再合適不過的了。

STEM作為一種跨領域教育理念旨在培養綜合型人才，是符合我國“科教興國”戰略的。雖然在我國仍處于發展萌芽階段，但其重要性不言而喻。教材作為教學目標、教學內容的載體，其書寫編排方式是備受關注的。因此研究新人教版化學教材STEM教育理念體現分析對于教師組織教學具有重要意義。

二、近五年全國二卷STEM教育理念分析

(一)2015年全國二卷

1.選擇題部分

“食物干燥劑”的成分，阿伏伽德羅常數的相關計算，有機物的同分異構體計算,海水的開發利用共從四個方向出題，約占30分的分值，這還不包括一些運用規律的直接計算題。

2.非選擇題部分

以極具發展前景的清潔能源——氫能制取氫氣為考點，分值在4分；海洋中CO2存在形式，主要以光合作用作為依據以及海水回收環保問題，共計約7分。

2015年全國二卷選擇題中通過食物干燥劑的性質、選擇及反應原理考查讓學生了解到化學科學知識在實際中的應用。阿伏伽德羅常數的計算考查包括化學鍵計算、弱電解質離子的水解離子總數、氧化還原電子轉移、質子中子相關概念之間的關系。有機物主要考查酯類化合物性質及分子式、同分異構體的判斷。工業流程題中考查氯氣作為氧化劑的性質體現、粗鹽提純過程、從經濟角度選擇沉淀劑、尾氣處理等問題。非選擇題中考查環保問題、元素之間的轉化等問題。

可以看出試題仍是主要考查化學基礎知識，STEM理念更多體現在科學、數學兩個方面。

(二)2016年全國二卷

1.選擇題部分

涉及環境保護問題的燃料的燃燒產物分析、阿伏伽德羅常數的相關計算、有機物同分異構體的計算、活用自然資源——海水做電池等出題點，共計12分。

2.非選擇題部分

火箭燃料——聯氨的使用理由：既檢測了學生化學知識的掌握，又能對學生進行愛國主義滲透；化工燃料丙烯腈的產率計算及原因分析。共計約10分。

2016年全國二卷選擇題中通過考查燃料燃燒、環境污染與防治等知識包括溫室氣體主要成分、酸雨的導致因素。有機物除了考查有機物反應類型外，還考查了同分異構體的數量判斷。在考查原電池工作原理時，滲透了工業流程中體現的環保意識。在非選擇題中考查了聯氨作為常見的還原劑在工業中處理高壓鍋爐水防止氧化的原理，化工燃料丙烯腈的產率影響因素分析、選擇依據以及圖像分析。

可以看出除了基礎的STEM化學科學知識素養的培養，2016年的高考大題中增加了工程類素養能力的考查，這些知識沒直接體現在課本中，但卻是學生通過課本學習所應掌握的。

(三)2017年全國二卷

1.選擇題部分

結合生物知識蛋白質的組成成分，維生素D的使用用途，微量元素硒攝入量控制；阿伏伽德羅常數的相關計算；鋁制品表面耐腐蝕薄膜的形成過程分析。共計約18分。

2.非選擇題部分

建筑材料水泥中鈣含量的測量，測量過程中副產物成分分析；化工原料丁烯的制備與產率值分析及相應措施。共計約18分。

2017年全國二卷選擇題中考查了蛋白質基本組成元素是碳、氫、氧、氮，有些蛋白質還包括硫、磷等元素。這些科學知識由于比較細碎，很容易被學生忽視。同時這類與其他學科相交叉的知識點也要引起學生與教師的關注。阿伏伽德羅常數知識點結合了離子水解、氧化還原數值計算等知識點進行考查。原電池工作原理知識點考查是以鋁制品表面氧化膜耐腐蝕的生活實際知識為背景。在非選擇題部分，以水泥、化工原料丁烯這些工業生產原料為依托，結合鈣錳鐵等元素知識以及產率等生活實際問題。

可以很清晰地看到在2017年高考試題中，STEM理念出現頻次有顯著提高，這也體現了對學生相關素養的重視程度有所提升。

(四)2018年全國二卷

1.選擇題部分

除油污原理、漂白粉用途、中和胃酸、X射線造影檢查原理；SO2和氮氧化合物形成霧霾的過程分析，源頭探究及處理方法；阿伏伽德羅常數的相關計算；科學家新研發的“可呼吸”的二次電池工作原理分析。共計約24分。

2.非選擇題部分

作為最早使用Zn的國家化學史滲透；甲烷—二氧化碳催化重整的減少溫室氣體排放的選擇原料。共計6分。

2018年全國二卷選擇題中考查了常見化學物質的性質和用途判斷，包括中和胃酸、X射線造影等生活實際問題，題目難度不大。平時注意相關基礎知識的積累并能靈活應用即可。流程圖題背景設置為霧霾形成分析，情境真實，聚焦學科核心素養，既可以引導考生認識與化學有關的社會熱點問題，形成可持續發展的意識和綠色化學觀念，又體現了高考評價體系中的應用性和綜合性考查要求。原電池原理以我國科學家發表在化學頂級刊物上的“一種室溫下可呼吸的鈉、二氧化碳二次電池”為載體，考查了原電池和電解池的工作原理，很好地弘揚了社會主義核心價值觀個人層面的愛國精神，落實了立德樹人的教育根本任務。在非選擇題中結合化學史、環保進行命題。

可以看出2018年高考試題更加看重學生“技術”“工程”素質，這也反映出我國對綜合類人才的需求。

(五)2019年全國二卷

1.選擇題部分

蠶絲的成分，蠟的成分分析；阿伏伽德羅常數的相關計算；古代繪畫和彩陶的燃料成分分析計算；有機物的同分異構體計算。共計約18分。

2.非選擇題部分

常用的白色顏料立德粉制備流程的產物應用分析，結合物理原理的焰色反應；用于農藥、橡膠制備的重要有機化工原料——環戊二烯的轉化率等計算及提高措施，影響因素分析；從茶葉中提取的咖啡因成分分析。共計約26分。

2019年全國二卷選擇題中考查了中國古代傳統文化化學知識，引用語文的詩句考查蠶絲等的主要成分。在阿伏伽德羅常數計算一題中考查了質子數中子數關系，粒子的水解氧化還原以及共價鍵的技巧計算。考查沉淀溶解平衡曲線以中國四大發明之一的古代彩陶和繪畫為背景進行命題，滲透愛國主義教育。在非選擇題中工業流程題中考查了物理相關的焰色反應，以重晶石為化工生產原料生產立德粉。在實驗題中考查了從茶葉中提取咖啡因的原理和相關化學反應。

可以看到在2019年的試題命制中試題背景設置越來越貼近生活實際?？疾榈膬热菀膊粌H僅是化學基礎知識，逐漸增加了跨學科內容。這都是不可忽視的一個命題趨勢。

三、教學啟示

高考作為目前我國選拔人才的一個主要方式，其試題內容的呈現形式是師生都不能忽視的問題。教師要會分析高考試題的命題趨勢、出題熱點、高頻詞匯，從而調節自己的教學節奏。

根據近五年的高考試題分析發現，高考試題越來越多地呈現出綜合性知識的考核，跨學科跨領域并且滲透愛國主義、環保意識等教育。STEM教育理念正符合我們的培養目標，教師要學會運用，在平時的教學中注意化學“科學”基礎知識的學習，特別是與生活實際相關的營養物質之類的知識；要注意平時教學中的習題計算，特別是化學學科的一些知識技巧計算，以提高學生的“數學”素養能力；要注意教學過程不是簡單的知識學習，應注重學生的創造能力、動手能力的培養，提高學生的“技術”素質；要注意綜合性知識的練習，培養學生“工程”素質能力。

總之，教師要正視自身責任，以STEM教育方法為指導，將科學、技術、工程和數理等多學科有機融合，實現知識的整合，發展學生高階思維，并改善當前教學中存在的問題[3]。