化學STEM課程及案例分析

方紅梅

摘 要：STEM是源于美國的集科學、技術、工程和數學為一體的綜合教育，是為打破學科間的界限，通過對學生應用學科素養綜合解決問題能力的培養，為社會的建設輸送綜合性的人才。在中學化學中實施STEM教育理念可以提高學生對化學學習的興趣，在化學的學習中感受各學科之間的緊密聯系。本文以工業生產中的“海水中提取鎂”為例，詳細闡述中學化學STEM課程中化學與其他學科之間的聯系。

關鍵詞：STEM課程;中學化學;海水中提取鎂;化學教學;教學案例

STEM是指科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics），強調的是在課堂上巧妙融合四門學科，進而培養學生的學科綜合的運用能力。在課程改革后，中學化學教材中的知識越來越貼近生產、生活實際，為STEM理念融進中學化學教學之中提供基礎保障。教師在中學化學教學中對學生進行STEM知識的融合，不僅要重視學生對化學知識的掌握，還要注重對學生進行化學學科外知識的了解，既可以開闊學生的知識面，又能最大程度地提高學生運用綜合知識解決問題的能力。

一、選取案例依據

鎂質輕、耐腐蝕性佳、減震性及耐沖擊性強、尺寸安定性高，在交通運輸、電子通信、醫療、軍工等行業中應用廣泛，而鎂在海水中的含量僅次于氯和鈉，因此開發利用海水這一巨大資源提取鎂在生產、生活中都有重大意義。“海水中提取鎂”在中學化學教材中居于電解飽和食鹽水制取氯氣、碘的提取、離子反應、氧化還原反應等基礎知識之后，且這一工程中涵蓋化學、科學、數學等學科知識，在此工程中進行STEM教育更能培養學生的學科素養。故在本文中以“海水中提取鎂”為案例，分析STEM理念在中學化學中的應有。

二、教學設計思路

從科學知識方面講，本課題以化學知識為主，主要涉及離子的富集、離子反應、電解熔融氯化鎂等知識;在鎂的提取過程中認識其物理性質、化學性質，以及在實際生產、生活中的應用，進而從課內引入課外，使化學知識由“學術性”轉變為“社會性”，教師的教學由“以學科為中心”轉變為“以學習為中心”。

從技術工程方面講，學生要通過已學知識和查閱資料，了解生產石灰乳的工廠所具備的條件，如技術先進、符合“綠色化學”、能最大程度地利用流程中的副產品;“海水中提取鎂”涉及多種工藝流程，如煅燒、沉降、過濾、電解熔融等。教師在教學過程中引導學生設計工藝流程，在小組討論和相互交流中精化工藝流程，對自己設計的工藝流程進行必要的改進，培養學生的探索精神。

從數學知識方面講，在整個教學流程中，數學作為輔助工具與化學知識相整合，如圖表的設計、鎂的提取率的計算，不僅培養了學生的數學素養，還提高了學生對數據的對比、分析能力，增強學生知識的運用能力。

三、教學流程

【創設STEM情境】使用PPT展示鎂及其合金在實際生產、生活中的應用，引導學生總結鎂的物理性質;以圖表的形式展示給學生海水中各元素的含量，以及全國各地對鎂及其合金的用量，進而讓學生認識到制取鎂的重要意義，使學生從課程之初就意識到STEM理念在課程中的應用。

【提出問題】從剛才的PPT展示中，我們已經了解到全國各地對鎂及其合金的需求量是很大的，我們已經學習過電解飽和食鹽水制取氯氣、碘的提取、離子反應、氧化還原反應等知識，那么問題來了：如果你是一位企業家，由于海水量巨大，你從眾多海水中資源的開發項目中選擇了“海水中提取鎂”這一項目，你會如何設計“海水中提取鎂”的工藝流程？

【工藝流程初探】依據教師提供的氯化鎂的熔點低、海邊貝殼的主要成分等信息，引導學生自主完成“海水中提取鎂”的工藝流程設計，畫出流程圖，以小組的形式呈現給全班學生，并說明小組在設計流程圖中所遇到的問題。

【疑難解答】首先對學生所做的流程圖加以贊賞，然后針對學生在設計流程圖中的疑問及涉及的知識點進行講解，鼓勵學生對自己設計的流程圖進行改進。如學生普遍反映無法快速有效的提取海水中鎂，我們便可以利用前幾節學到的元素的富集方法來展開，進而使學生對所學知識更加鞏固。

【工藝流程再探】通過教師對疑難問題的解答和對化學知識的講解，對所畫的流程圖進行改進，確定最終的工藝流程方案。此過程為學生應用綜合知識解決問題的過程，符合STEM教育中對學生工程素質的培養。

【交流評價】小組之間相互展示設計成果，每組推薦一人向全班同學介紹本組設計流程的原理和思路，以及對廠址的選擇方向，并回答其他同學所提出的問題。此階段為學生綜合能力的展示階段，學生在其中可以提高自覺的環境意識、責任意識等，為STEM教育理念的應用階段。

以上僅為STEM教育理念在中學化學教學中應用的一個小的案例，在中學化學的教學過程中，教師要多多嘗試開發相關案例。為保證此理念的實際意義，教師在中學化學教學中要轉變傳統的教育理念、開發關于STEM領域的校本課程及教材，并為學生提供課外STEM實踐機會。目前，在我國STEM在課堂中的應用尚處于嘗試階段，需要我們同仁再接再厲，探索將STEM理念融進中學化學教育之中的有效措施。

參考文獻

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