基于STEAM理念的五年制高職分析化學教學探索

楊慧

摘要：五年制高職分析化學中有許多問題在傳統教學模式下難以突破，而 STEAM 理念下多種學科和領域的整合式教學可以明顯提高教學的有效性，為分析化學的教學提供了新思路。本文以“酸堿滴定曲線的繪制”為例，將 STEAM教育理念應用其中，采用項目式教學的方式，把酸堿滴定與酸度計的使用進行巧妙整合，重點培養學生的分析化學核心素養和學習興趣，為教學實踐提供參考。

關鍵詞：STEAM理念;五年制高職;分析化學教學

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094-（2021）02/03C-0057-04

分析化學是研究關于物質的組成、含量、結構和形態等化學信息，及其分析方法和相關理論的一門科學[1]，是五年制高職藥學及其相關專業的專業基礎課。作為化學學科的重要分支，分析化學被譽為科學技術的眼睛，是人類認識化學世界的視窗和探索物質微觀世界的工具。分析化學的學習理論與實驗并重，既有系統性、邏輯性很強的理論知識，還需要扎實的實驗操作技能，更需要學習者樹立嚴格的“量”的概念，具有分析問題、解決問題的能力。但是，分析化學理論知識繁雜抽象、理解困難，各種公式計算推導所占比重較大，對實踐要求較高，需要學習者具備較好的化學基礎和較強的理工科思維。因此，學生的畏難情緒很嚴重，學習主動性不高，導致教師的教學效果不好。

一、分析化學教學現狀分析

五年制高職分析化學課程的教學，受到傳統學科課程體系下課程設置的影響，仍然是以學科為主線，一般按照教材章節順序采用傳授理論知識為主的授課方式，理論與實踐相分離，忽略了學科間的聯系和知識與生活、社會、工業生產的聯系。缺乏聯系實際的學習，不僅難以調動學生的學習積極性，也不能體現出職業教育的特色，不利于學生思維邏輯能力的培養和對自己學習能力自信心的養成。

學生知道分析化學的重要性，但大部分學生感覺自己對于原有的化學知識掌握不夠扎實，面對難度加大的分析化學，很不自信。如何將枯燥、難懂的化學知識變得通俗易懂，讓學生克服自身的畏難情緒，讓教材中的知識與學生的生活經驗相融合，從而激發學生學習的主動性和自信心，是五年制高職分析化學教學亟需解決的問題。

我們發現，相較于理論，學生對于動手操作更加有興趣，掌握也更快，更希望“動手”，在實驗中探索分析化學的知識，培養分析化學素養。因此，我們嘗試了在分析化學的教學中融入STEAM教育的理念，加強多種學科知識間的聯系，重新進行教學內容的整合，結合真實學習情景，手腦并用，培養學生的學習興趣，提高學生的綜合能力和促進STEAM素養的形成。

二、基于STEAM教育理念的分析化學教學思路與策略

1. STEAM教育概述

20世紀80年代，為打破學科間的固有界線，美國國家科學基金會提出了STEM教育。所謂STEM，即科學（Science）、 技術（Technology）、 工程（Engineering）、數學（Maths）四個學科的英文首字母縮寫。它強調跨學科的整合，培養學生的理工科思維和綜合運用知識的能力。后期考慮到藝術在人才培養中的獨特作用，又把它引入其中，形成了STEAM教育[2][3]。

STEAM教育雖然包含了五門學科，但不是簡單的疊加，而是希望能打破學科間的壁壘，通過在教學中解決具體的實際問題，把知識滲透于解決問題的過程中，培養學生的跨學科思維和學習能力。把STEAM理念應用于分析化學的教學時，也應該體現出這個特點。

2.教學內容的選取

按照傳統學科化的課程內容安排，分析化學主要分為化學分析和儀器分析兩部分。首先介紹實驗數據的處理方法，接著進入化學分析部分，主要是容量分析和重量分析，繼而進入儀器分析領域，涉及電化學、光譜法和色譜法的知識。這種順序條理清楚，邏輯嚴密，體現了學科教學的嚴謹性。但知識點都過于抽象，學生感到與自己的生活距離過遠，難以理解，靈活應用更是困難。為此，我們對分析化學的知識點進行重新梳理，挖掘內在聯系，將其中涉及的科學、技術、工程、藝術和數學五門學科重新進行整合，把分析化學的內容改造成以學生生活為起點的項目形式，通過序列化的問題有機串接起各學科知識，使課程要素形成有機聯系和有機結構[4]。

3.實施流程

學生之所以認為分析化學抽象、枯燥，很大一部分原因在于講授的內容與學生的生活嚴重脫節。為改變這種情況，需要將學科知識轉化為現實中的生活知識，以真實的生活情境為“引子”進行活動設計和流程分析，完成學科知識的學習和能力的提升。

把STEAM教育應用于分析化學，其核心目標是運用分析化學知識與相關學科的內容及工程思維，完成現實生活情境中的實踐性項目。分析化學中的學習通常以解決實際問題和探討分析方案為出發點，學生在教師的指導下，通過小組間的交流與探討初步設定方案;再通過與教師的討論和組間交流，對初步方案進行修改和完善。根據方案，準備相應的儀器設備和試劑;接著實踐方案的設計;最后由學生進行團隊成果展示，進行自評、互評和教師綜合評價。學生在項目學習中思考、討論、計算、設計，在問題解決的同時，獲得知識與技能。

三、基于STEAM理念的分析化學教學案例設計

以“酸堿滴定曲線的繪制”為例，介紹基于STEAM的分析化學教學整合與設計。酸堿滴定曲線是以所滴定的酸或堿的體積為橫坐標，以中和反應后溶液的pH值為縱坐標，體現酸堿滴定過程的曲線圖，是酸堿滴定中非常重要的內容。但是，現有教材中對于它的繪制是通過大量公式計算出來的，教師講解很費勁，學生不能理解推導過程，只能對結果死記硬背，更不能在酸堿滴定中靈活運用。因此，我們在設計中，把電化學的知識提前引入，引導學生利用酸度計，自制設備，結合數學模型處理數據，完成強酸強堿酸堿滴定曲線的繪制。

1.方案的討論與制訂

首先由教師根據預先設定的情景導入課程，教師引導學生查閱文獻、整理資料，主要是探究酸堿的定義、中和反應的實質、溶液酸度的計算、滴定的概念等問題，思考方案并與同小組成員討論，大家分工撰寫方案。教師根據學生的討論情況適當引導，補充電化學的一些資料，幫助學生認識酸度計，并應用于自己的方案中。討論后，由學生代表匯報本組的方案，經過修改完善，形成全班的總方案。

2.實驗材料的準備

方案中涉及酸度計、兩用滴定管等儀器的安裝和使用，學生通過查閱儀器說明書，參考理論資料，完成了滴定曲線繪制相關儀器的搭建和調試準備工作，學會了滴定管的操作原理，同時工程思維得到了鍛煉。在試劑配制上，雖然大部分的方法在《中國藥典》中可以查到，但是試劑的濃度、用量等需要學生自己計算。通過計算，鍛煉了數學能力，促進了學生對藥物分析中溶液配制相關知識的理解。

3.強酸強堿滴定曲線的繪制

模擬酸堿滴定的過程，借助酸度計，記錄不同滴定體積下溶液pH值的變化，繪制出0.1mol/L氫氧化鈉滴定液滴定0.1mol/L鹽酸滴定液的酸堿滴定曲線。為了能夠繪制出更精確的酸堿滴定曲線，學生查閱滴定管和酸度計使用的注意事項，校準酸度計，一遍遍嘗試化學計量點附近的半滴操作，滴定操作技能有了很大的提高。

4.學習成果的展示匯報

各組利用積累的素材制作 PPT，內容應包括方案的主要內容、儀器的安裝調試情況錄像、方案實施時的實時講解、成員的分工完成情況、每個成員的困難與解決方法等事項。各組選出一名成員展示本小組的成果，呈現方式由各小組自選，可以坐標紙手繪、借助軟件EXCEL繪制，也可以制作成視頻呈現。在這個過程中培養學生的藝術素養。隨著滴定曲線在自己手中逐漸呈現，學生對相關理論知識的理解也逐漸加深。

5.學習的總結評價

為了能更加全面客觀地評價學生的學習情況，堅持過程性評價和結果性評價并重的原則，評價分為個人評價、組內評價、組間互評和教師評價四個部分（詳見表1）。個人評價和組內評價傾向于學習過程中的評價，組間互評是對其他小組作品呈現效果的評價，教師評價綜合考慮各方面的因素，起到監督、引導和反饋的作用。這種多元評價體系，使學生在清晰認識自我學習特點的同時，增強學習分析化學的信心和興趣。

四、結語

基于STEAM教育理念的五年制高職分析化學教學促進了學生綜合素質的發展，理解了科學知識，明確酸堿滴定曲線的概念、繪制方法和作用;提升了技術素養，磨練滴定分析操作技能;增強了工程能力，搭建和調試設備，解決實驗中的問題;掌握了數學方法，學會計算試劑用量、尋找滴定液使用量和pH值的關系;培養了藝術人文意識，形成愛護環境、欣賞美的積極態度。總之，新的教學模式提高了學生學習的主動性，增強了自信心，培養了綜合素質，達到了較好的教學效果。

參考文獻：

[1]李維斌，陳哲洪.分析化學：第三版[M].北京：人民衛生出版社，2019：1.

[2]范文翔，張一春.STEAM教育：發展、內涵與可能路徑[J].現代教育技術，2018（3）.

[3]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究，2015（4）.

[4]鄭思晨.STEM+課程的系統解讀——基于本土化實踐的探索[M].上海：上海教育出版社，2018：142-157.

責任編輯：章躍一