基于STEAM教育理念的初中化學“QELTS”教學模式初探
——以九年級人教版“水的凈化”一課為例

文∣賀玉婷 胡珍珍

一、研究背景

隨著人類知識領域的擴展，專業學科的系譜邊界漸漸模糊。跨界與學科整合的思潮讓科學、數學等學科得以在生活的不同層面建構聯結。課程是橋，聯結著教育者與受教育者的學習課題，于是產生了課程統整理念，應運而生了STEAM教育。[1]分科教學已經不能滿足時代進步的人才培養需求，不同的學科之間本就不存在絕對的界限，它們都是相輔相成的。目前存在的分科教學會讓學科之間的距離拉大了，不利于學生綜合知識體系的建構以及從部分到整體的推理演繹，并且割裂了教育與實際問題的聯系。[2]

(一)實施STEAM教育符合社會發展需要

缺乏創新型人才和綜合素質人才已經成為中國經濟由高速發展向高質量發展的瓶頸。因此，要培養創新型人才和具有綜合素質人才這一目標，也對青少年的學習提出了更高的要求，一方面要求學生理解與掌握知識技能，另一方面也要求學生提高學科知識之間的聯系與統整，培養思維整合的意識。[3]學生不再是被動地接受教師單一的知識講授，而是要自主建構知識與實踐探究操作，我們要提高學生的隱形能力如人文精神、社交能力等，滿足知識經濟時代的特殊發展，培養時代緊缺的創新型人才。[4]

(二)實施STEAM教育符合化學改革需求

化學新課程改革是順應當今時代人才需求的必由之路，其理念的更新變革是靈魂步驟，理念的最終落實要在具體的課堂教學過程中。[5]在《全日制義務教育化學課程標準》中，強調“以生活為背景，讓學生解決生活中的化學實際問題；多途徑、多方位、多角度將化學知識滲透到生活中，以培養學生的思維探究和主動操作意識”。《普通高中化學課程標準(2017年版)》明確強調了學科的時代性、整體性，并且在教學評價和教學建議之中，強調教學內容要貼近生活應用和社會實際，重視化學與其他學科之間的聯系，以及情境教學的創設。[6]這恰好和STEAM教育理念相一致，而初中化學是培養青少年化學知識與能力的初步階段。

由此，本文試圖通過設計基于STEAM教育理念的初中化學“QELTS”教學模式，尋找出能夠符合我國化學課程標準和人才培養需求的解決之道，為一線教師開展STEAM教育提供參考和依據。

二、基于STEAM教育理念的“QELTS”教學模式的構建

(一)“QELTS”教學模式的概念界定

經過理論與實踐，基于STEAM教育理念設計初中化學“QELTS”教學模式，如表1所示。該模式是基于情境為前提，以五大環節為基礎，以STEAM教育理念為引導。在教學過程中“QELTS”教學模式分為七大部分。首先分析基于STEAM教育理念的學習目標，再分析基于STEAM教育理念的學習任務，從而設計教學環節，包括創設情境、合作探究、制訂方案的設計融合、學習交流和成果展示，最后進行多元化的評價，如圖1所示。其中最核心的環節為“制訂方案”，制訂方案環節基于情境創設了問題、實驗、生活、技術、故事這五種情境，本課題研究的模式名稱的由來即是問題(Question)、實驗(Experiment)、生活(Life)、技術(Technology)、故事(Story)的首字母縮寫組合而成的“QELTS”。

筆者設計的教學模式共包含七個環節，其中STEAM教育理念分為兩個環節，分別是學習目標和學習任務的分析，這是教師教學過程中的課前準備。在課堂中，教師通過創設情境引入新課，以5人為一組，進行小組合作探究，在此過程中，教師做好指導工作并且要充分發揮學生在制訂方案中“Q”

表1 “QELTS”教學模式的核心分類

圖1 “QELTS”教學模式圖

(問題情境)、“E”(實驗情境)、“L”(生活情境)、“T”(技術情境)、“S”(故事情境)這五個情境中的主體作用，通過與STEAM教育理念的設計融合，整合多學科知識，體現整合、科學、技術、工程等特點，然后學生進行學習交流和成果展示。在最后的環節中進行多元化的評價，包括小組評價和教師的整體評價，反饋出本節課的優缺點，為下節課的教學計劃做準備。

“QELTS”教學模式注重教師的多學科素養和課前的教學制訂方案，以及學生在各個環節中的主體作用。“QELTS”教學模式各環節之間逐次遞進、環環相扣，教學流程清晰，富有邏輯性，可供一線教師借鑒和參考。

(二) “QELTS”教學模式在初中化學中的應用研究

1. “QELTS”教學模式的案例設計“水的凈化”

人教版《化學》九年級上冊第四單元課題二“水的凈化”教學設計如表2所示。在此之前學生已經學習了一定的化學實驗知識，但是將化學和生活實際相結合的能力還需要進一步提升。本節課有助于學生提高理論聯系實際的能力以及動手操作的能力，培養學生的發散思維和合作意識。

“QELTS”教學模式下“水的凈化”教學設計

課題名稱：水的凈化

(一)STEAM教育理念下的學習目標分析

科學(S)：掌握凈水原理，探究得到干凈透明的水需要怎樣的流程。

技術(T)：學習過濾操作并制作簡易凈水器，掌握制簡易凈水器的技能。

工程(E)：制作出簡易的凈水器并加以運用。

藝術(A)：設計凈水器的模型，畫出圖形。

數學(M)：能夠根據設定的情境，計算凈水器所需數量。

(二)STEAM教育理念下的學習任務分析

(1)凈水的原理。

(2)凈水的方法。

(3)過濾實驗操作。

(4)制作簡易凈水器。

(三)教學過程設計

1. 創設情境

(1)多媒體情境。

【教師活動】多媒體播放從太空中拍攝的地球照片，請分析不同顏色代表什么。

【學生活動】在情境中觀察總結，分析并思考。

(2)問題情境。

【教師活動】請學生回答地球上存在的水大多可否直接飲用；渾濁的水如何變得澄清；列舉自己所知的凈水方法，這些凈水方法的特點是什么？

【學生活動】用自己的語言描述剛剛觀察的地球顏色。回答教師提出的問題。

設計意圖：創設情境，引導學生進入課題內容，引導學生依據已有認知，從不同學科知識中獲取所需要的信息，體現STEAM教育理念的整體性。

2. 合作探究

【教師活動】請學生分組進行討論凈水處理方案，繪制實驗裝置草圖。

【學生活動】查閱資料，思考問題情境，分析凈水流程。

設計意圖：培養學生的合作意識。

3. 制訂方案

(1)問題情境(Q)。

【教師活動】生活中的飲用水是如何凈化來的？觀看教師實地走訪自來水廠的凈水過程視頻。

【學生活動】由視頻了解自來水廠凈水的過程并分組討論每一步操作的作用。

設計意圖：通過小組討論，回顧已有的生活經驗和不同學科知識。

(2)實驗情境(E)。

【教師活動】準備實驗物品：礦泉水瓶、紗布、小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉、活塞、玻璃小導管、燒杯、漏斗、濾紙、玻璃棒、帶鐵圈的鐵架臺、藥匙、錐形瓶、分液漏斗、橡皮塞等。

藥品：渾濁的河水、蒸餾水、明礬、活性炭、漂白粉。

【學生活動】掌握凈水原理，探究得到干凈透明的水需要的流程；設計凈水器的模型，設計凈水器草圖。

圖3 凈水器設計草圖

制作簡易凈水器，并不斷調整實驗材料放置順序，觀察現象并記錄分析，掌握制作簡易凈水器的技能。

圖4 簡易凈水器實物圖

設計意圖：教師提出科學的猜想和工程問題，鍛煉學生的創新意識和實踐操作能力，體現STEAM教育理念的科學(S)和工程(E)。

(3)生活情境(L)。

【教師活動】回收市場上小型家用凈水器，如圖5所示，帶領學生分析其內部構造。

圖5 家用凈水器

【學生活動】動手拆卸凈水裝置，觀察其內部構造，結合資料掌握其凈水的原理。

【教師活動】根據小組制作的凈水裝置，記錄一次凈水多少毫升，需要多長時間？每小組5人，每人每天飲水量為800毫升，一次需要多少個凈水器才能同時凈化800毫升水？

【學生活動】根據設定的情境，依據凈水裝置一次能夠凈水的量，估算在特定時間里需要多少個凈水裝置才能滿足要求。

設計意圖：在具體真實的情境中動手操作，深化理論知識，體現STEAM教育理念的技術(T)和數學(M)。

(4)技術情境(T)。

【教師活動】出示圖6，給學生演示過濾方法，讓學生自學過濾實驗操作，分組合作。

圖6 過濾

【學生活動】學習過濾操作并凈化渾濁的河水，掌握制簡易凈水裝置的技能。

設計意圖：提高學生興趣，改善學生的學習狀態，鍛煉學生動手操作和應用知識的能力。體現STEAM教育理念的科學(S)和技術(T)。

(5)故事情境

【教師活動】教師提出讓學生設計一套模擬自來水廠凈水的裝置，為流落荒島的魯濱遜進行雨水凈化，獲取飲用水，體會生活之水來之不易。

【學生活動】根據所學內容，兩兩合作，設計出一套完整的裝置。

設計意圖：將分散的知識整合成完整的知識，體現STEAM教育的科學(S)、藝術(A)、工程(E)的融合以及培養愛護水資源的意識。

4. 學習交流成果展示

【教師活動】教師走動觀摩并針對問題進行指導。

【學生活動】學生小組代表發言，展示實驗設計及記錄，闡述實驗結果與猜想是否一致，并分享計算凈化效果情況。

設計意圖：學生通過小組交流，講述實驗過程與結果，鍛煉學生的語言表達和交流能力。

5. 評價

(1)教師讓學生各小組之間相互評價，便于知識的交流和表達能力的提升。

(2)教師通過分析及聽取小組評價后給予中肯的評價和鼓勵，適當表揚表現良好的小組，對于實驗失誤的小組給予正確的指導、鼓勵，增加學生下次實驗的信心。

三、結論與反思

(一)“QELTS”教學模式優勢

1.能夠提高學生的創新意識和學習興趣

初中教育的對象是正值青春年少的學生，他們正處于思維最為活躍的時期，正是培養創新思維以及主動思考、分析、判斷能力的最佳時期，于是構建基于STEAM教育理念的“QELTS”教學模式符合該階段學生的學習，通過借助多媒體教學和實驗室實驗能拓寬教學的廣度和深度，能提高學生的創新意識、學習興趣和學習效率等。

2.能夠形成全新的學生學習觀和教師教學觀

在傳統課堂中，學生身份單一，不注重學生自我知識建構和自我知識探索以及合作得新知的能力。基于STEAM教育理念的“QELTS”教學模式的教學更符合人才培養的需求，該模式改變了以往的學生學習觀，不僅注重學習成績，更注重學生能力的培養，學生學習更加具有趣味性、積極性、探究性；而以往教師因為教學時間有限、任務繁重等原因，一味地進行知識的灌輸，課堂呈現的是“教”與“被教”的關系，但是在基于STEAM教育理念的“QELTS”教學模式中，課堂沒有“教”與“被教”的明顯界限，教師不囿于課本和黑板，而是有效地借助教學媒介，教師由“教”者變為“導”者，是師生共同思考、各抒己見、共同探索的過程，從而實現教學相長。

(二)如何進一步實踐“QELTS”教學

1.重視情境化的設計與建構

初中化學所包含的知識與生活和周邊環境息息相關。例如，手機與高分子材料有關、炊具與金屬有關、衣物與化學合成材料有關等。利用生活情境來創設學習情境，更加便于理解記憶，學生更加容易了解化學知識在生活中的角色。化學知識和問題源于生活，情境創設途徑可使知識具體化和生活化，有助于知識的吸收應用。

2.完善硬件和軟件

基于STEAM教育理念的“QELTS”教學模式與傳統的教學模式相比，對多媒體和實驗室的條件有更高的要求，多媒體起著演示、模擬及輔助的功能，并且還有在線視頻的功能等，只有完善的設備，才能有更好的教學。對于實驗室的藥品、儀器和器械工具應準備妥當，需要一定的經費支出。“QELTS”教學模式從理論研究走向實踐教學，硬件與軟件都落實到位是必要條件，只有這樣 才能更好地使“QELTS”教學模式高效順暢地應用。而未能長期實踐應用該教學模式主要有兩方面的原因，一是中考備考任務重，時間有限；二是STEAM教育理念沒有明確的規則要求，缺乏相應的教學條件，資源配置欠缺。

3.提升教師的知識和能力

中學化學教師應該加強對STEAM教育理念的學習理解，增強在教學實踐中靈活運用該理念的能力，培養全科教學的思維，以便更好地創設課堂情境，以及對“QELTS”教學模式的實踐應用。