基于STEM教育視野下的初中化學實踐探究

張義

摘 要：STEM教育是指科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematic）。[1]它是一種強調學科之間相互融合和整合的一種教育，即在教學過程中滲透著科學、技術、工程和數學這四部分內容。[2]其特征主要體現為趣味性、豐富性、實踐性、創造性，STEM教育過程是能很好地體現科學素質和化學素養的教學過程，是非常適合初中化學教學的一種教育。

關鍵詞：初中化學;STEM教育;實踐

STEM教育不是單一的只以知識為中心，而是一種教學方式多樣化的以學生為中心的授課模式;教學評價也是多樣化的，沒有唯一的標準，顯示出全方位多角度對學生學習效果的評估，能夠更好地發揮出每個學生的特長和優勢。化學從教育體系而言是相對獨立的科學學科，包含了數學、物理、生物等學科知識，如若將以上種種學科中相關的知識有機結合起來就是STEM教育的顯著特點，讓學生在學科融合中獲取知識，展現創新思維，在不斷地解決問題中鍛煉邏輯思維，從而提高解決實際問題的優勢。因此，STEM教育過程是能很好地體現科學素質和化學素養的教學過程，是非常適合初中化學教學的一種教育。

一、真實情境，細品STEM教育的趣味性

化學知識在我們的日常生活中有著廣泛運用。STEM教育理念要求教師從生活實際出發，將知識點巧妙地融入生活情境中，引發學生一定的認知矛盾，然后從情境中拋出問題，引發思考，激發學生進一步學習的興趣。以“問題驅動”的模式“自然地”帶動新課程的學習，從而使學生的學習過程變成了解決問題、完成目標工程的過程。學習變成了一個自發主動的行為，和傳統教學模式形成鮮明對比。

以“金屬的化學性質”為例，“教師呈現了一個用了十多年的鋁壺，拋出問題：生活中的鐵會很容易生銹腐蝕，為什么鋁能‘十年如一日呢？難道鋁和金一樣穩定嗎？”鐵容易在潮濕的空氣中生銹，金是一種穩定且昂貴的金屬，這是學生在生活中就能獲取的知識，而“鋁制品”作為一種生活中和“鐵制品”一樣常見的廉價金屬，慣性思維下，學生很自然會將其等同于“鐵”來看，和鐵一樣不穩定且容易生銹，但是老師卻帶來了一個“十多年都不生銹的鋁壺”，很大程度上沖擊了學生的原有認知，從而自然引發思考——鋁到底有哪些化學性質？

再以“水的凈化”這一節為例，水是一種學生較為熟悉的物質，風霜雨雪、江河湖海皆為水，但是也有學生較為陌生的水資源，如“地下水”“蒸餾水”“山泉水”等。學生對水的知識有一定基礎，但是往往停留在表層認知。面對這樣的情況，如果上來就引入“硬水”“軟水”的概念顯然無法達到理想的教學效果。所以教師在一開始先呈現了三種水的樣品，分別是：河流中的水（渾濁）、當地自來水、煮沸的飲用水。教師拋出問題：為什么前兩種水我們一般不能直接引用？一般情況下，學生能很快說出河水不能飲用是因為其中有肉眼可見的雜質。教師再問：如何去除這些固體雜質？通過回憶以往的知識，學生一般都可答出過濾。這就直接引出了新課內容“水的凈化”。講述完完整的凈化過程后便得到了自來水，教師接著提問：自來水看上去也非常清澈，為什么只有煮沸才可以飲用呢？自然過渡到“硬水”“軟水”的相關知識。綜上，教師將新課內容完全包含在一個真實的情境中，并以一個個環環相扣的問題串聯起新課內容，讓學生不僅學習掌握了新的知識，更是通過一個真實的情境真切體會到了“水的凈化過程”，體會到了“化學”對于社會生活的重要性。

由此不難看出，通過聯系生活實際觸發的問題，更能引起學生思維的共鳴，讓學生在生動有趣的氛圍中目標明確地學習是STEM教育貫徹的理念。從情境出發，由問題驅動，整個學習過程中教師只是指引者，學生全程參與學習，自主探究，在解決問題的同時不斷掌握新的知識和技能，再將其回歸于生活實際，服務于真實情境。STEM教育模式下的學習是有趣又實用的。

二、多元融合，探索STEM教育的豐富性

知識具有流通性和實效性，將所有學科割裂式地教學是不科學的。就化學的知識體系而言，與數學、物理、生物、地理都有一定的重疊性。因此在教學過程中，教師有必要注意學科的融合性，在解決問題的時候應該引導學生思考是否可以參考其他學科。

例如，在學習酸堿中和反應的過程中，為了探究NaOH和HCl是否發生了反應，即主要測定混合溶液的pH的變化。在傳統的學習模式下，我們一般利用pH試紙和酚酞來觀察混合溶液的酸堿變化，并確定反應終點。并利用數學知識做出溶液酸堿變化和加入鹽酸的體積的關系圖。然而，在實際操作過程中，由于試紙和指示劑以及人眼帶來的誤差性，常導致模擬圖像不夠精準，在學生的認知上形成一定的阻礙。但是隨著科學技術發展，該實驗可采用pH檢測儀直接測量混合溶液的酸堿度，并在PC端直接生成精確圖像，最后學生可以利用數學知識對圖像進行剖析，從而得出更為確切的結論。如：隨著稀鹽酸的不斷加入，溶液確實可變為中性（即圖像呈現pH=7），但是這個點的捕捉非常困難，只需極少量的鹽酸，利用膠頭滴管逐滴加入尋找反應終點的方法從理論上分析是具有很大偏差的，大家觀察到的溶液從紅色恰好變為無色這一現象其實無法確定此時反應恰好完成。在以上學習過程中，學生經歷了從觀察分析的定性思維到對測量數據的分析、歸納等定量思維的過程，在教學設計上通過眾多學科的有效結合，學生利用各學科所學的知識跨學科解決相關問題。同時也想讓學生了解溶液酸堿度在現代技術中的廣泛運用，充分體現了STEM教育理念中的工程、技術、數學、科學思想，使教育豐富多彩。

三、協作探究，感受STEM教育的實踐性

STEM教育理念注重學生積極參與到活動中，在“玩”中探索學習理論知識并培養工程思維，在“做”中思考并鞏固理論知識滲透技能的訓練。運用所學知識展開創新設計，既幫助學生鞏固了所學知識，又將其運用在真實的生活情境中，這一點在化學復習課中可有效利用，能達到不錯的效果。

例如，在復習酸堿鹽的相關知識時，教師設計了這樣的活動：

整個活動氛圍異常熱烈，幾乎所有學生都熱情地參與活動，通過小組協作，每個學生都做出了屬于自己的汽水。隨即教師拋出問題：檸檬酸是一種有機食用酸，它當然具有酸的通性，那么你知道汽水中的“氣”是怎么來的嗎？通過這樣一個簡單的問題，學生立刻開始檢索酸的相關通性，通過酸可以和碳酸鹽發生反應生成CO2得到自制汽水的反應原理，即2H++CO32-=H2O+CO2，同時也得出有機酸中也含有H+，為后續有機物的學習做了鋪墊。

在以上的案例中，雖然課堂秩序稍顯紊亂，但是從學生的參與熱情中不難看出，對于“玩”的活動，大部分學生都選擇主動投入，在輕松愉悅的氛圍中通過相互協作的實踐活動，回顧以往知識，又增加了新的體驗，潛移默化地培養了學生的科學探究意識和動手實踐能力，增強了課程的實用性。

四、實驗新穎，體現STEM教育的創新性

STEM教育理念要求教學過程充滿創造性，然而傳統的化學教學過分注重對基礎知識和邏輯思維的訓練，很大程度上忽略了對孩子發散思維和創新能力的培養。因此，化學教師在課堂上必須摒棄傳統的填鴨式教學，以教材中的化學知識為基礎設計一些創新環節。教師應在學生原有的知識基礎上選用一些貼近生產生活的新型材料的儀器來設計實驗，從而激發學生的創造力和想象力。

例如，在學習“金屬的化學性質”這一節時，為了比較鎂、鋁、鐵、鋅、銅和酸反應的不同現象，傳統的教學中，通常采用點滴板，但是由于點滴板容量有限，所能盛放的酸液較少，導致實驗現象不明顯。教師可以利用身邊的素材，指導學生將實驗器材進行一定的創新，以便更好地觀察實驗現象，同時更加有效地控制了實驗中的相關變量，體現了科學實驗的嚴謹性。

儀器改造如下圖：

以上實驗材料簡單易得，便于操作，方便學生自主探究學習，通過實驗儀器的不斷創新，同時也為嚴謹的科學增添了藝術感。每一次實驗儀器的改進創新都是科學和藝術的結合，是孩子們豐富想象力的體現。學生的創新設計過程就是對基礎知識綜合運用的升華。在整個創新的過程中，學生既感受到了知識的力量，也體會到了創造的樂趣，更體驗到了藝術的魅力。

在全面開展科學教育的新時代，STEM教育模式無疑是對科學教育的豐富和發展，以前的課程教學內容過分學科化、專門化、結構化，割裂了學科之間的關聯性和綜合性。STEM教育模式正是在這樣的背景下應運而生的。因此，教師應該與時俱進，拋開原有的觀念，銳意進取，大膽創新，以學生為課堂中心，充分發揮STEM教育的優勢，讓所有的初中化學課堂變得有趣豐富、多元融合，充滿實踐性和創造性，讓學生有能力將課堂所學回歸現實生活。但愿在STEM教育理念下茁壯成長的孩子將來也能將所學回饋于世間萬物，創造更美好的社會。[3]

參考文獻：

[1]劉小琴.STEM教育在初中物理電路部分教學中的實踐研究[D].南充：西華師范大學，2018.

[2]董靜.STEM教育在初中物理電路部分教學中的實踐研究[J].湖南中學物理，2018（11）：20-21.

[3]朱圣華.基于STEM教育視野下的初中化學教學模式探析[J].新智慧，2019（32）.