STEAM教育視角下高中化學課外融合實驗的設計與實踐

曾逸帆 吳春儀

摘 要：在新課標改革發展的進程中，對學生綜合素質提出了更高要求。隨著現代信息化技術快速發展，人類研究領域的開拓，保證社會經濟發展水平全面提高。在高中教學中，需要重點融入STEAM教育的理念，使得科學、技術、工程、藝術、數學相互融合，培養學生全面發展的能力。本文針對STEAM教育視角，明確高中化學課外融合實驗具體設計措施，進一步增強學生動手操作能力，提高學生化學綜合能力以及核心素養，促進學生全面發展。

關鍵詞：STEAM教育;高中化學;課外融合;實驗設計;實踐

在化學新課標改革背景下，要高度重視科學探究和化學實驗核心地位，通過化學實驗提高學生實踐探究水平，并且充分運用實驗知識來增強學生學習效果。在高中化學實驗教學中，應該對學生科學素養、科學能力進行全方面培養，提高整體的教學效果。由于高中化學實驗教學效果無法達到預期要求，高中生實驗操作技能薄弱，缺乏足夠實驗興趣。常規化學實驗中藥品消耗量非常大，具有明顯的污染性，目前普遍利用仿真實驗或者做成交互式微課、項目式學習有針對性地選擇探究。通過課外化學實驗方式，能夠為學生提供非常多的實踐機會，增強學生動手操作能力。

一、STEAM教育的具體理念

STEAM教育包括科學、技術、工程、藝術、數學5種學科，通過不同學科之間的相互融合，培養學生解決問題的實際能力[1]。在高中課程教學中，最關鍵的目標是培養學生的學科素養，使學生根據生活中遇到的各種問題進行分析，并且結合所學知識加以解決，增強學生學習能力。當前在高中實驗教學中，教師往往會根據已有的教學經驗進行教學，很多學生也都習慣性被動接受知識導致學生學習主動性欠缺，缺乏足夠創新精神。通過STEAM教育可以根據學生的發展認知規律進行判斷，增強學生核心素養的培養。STEAM教育融合了情境教學等多種模式，能夠提高課堂教學整體效果，增強學生學習的主動性和積極性，鼓勵學生主動參與到課堂教學之中，提高課堂教學的整體水平。在STEAM教育理念下也能夠從小幫助學生掌握科學思維、藝術思維、工程思維、技術思維和數學思維，針對存在問題進行全面分析，增強整體學習效果。

二、STEAM教育視角下高中化學課外融合實驗的具體意義

（一）促進多學科知識內化

融合實驗主要是通過對不同學科之間的內在聯系進行分析，打破學科界限，使學生通過多重角度對問題進行分析與探究。俗話說：“數、理、化不分家”。數學與物理、化學等學科之間的內在關聯非常密切，通過化學課外融合實驗也能夠達到事半功倍的效果。在高中化學教學中，并不能夠單純孤立化學知識，是需要通過化學、生物、物理等相關學科知識構建立體化學習網絡，幫助學生培養嚴謹思維邏輯方式，對數學、化學、物理、生物等相關知識綜合利用，全面提高學生的理性思維，在日后生活和工作中遇到問題也能夠通過多重角度進行分析與判斷。化學實驗是學生掌握化學理論知識的重要方式，需要高度重視化學概念，通過動手操作等方法，提高對化學知識的掌握能力，增強學生學習的主動性和積極性[2]。

通過一次電池實驗研究，引導學生從電子傳遞的角度理解化學能轉化為電能的特性和這種轉化的綜合利用價值。對教育方法進行討論、比較和總結。多媒體教學設計思路使用課堂內學習探索和課堂外調查的組合，使學生更合理地理解初級電池的技術產品，感受到開發新電池的重要性和化學動力源可能引發的環境問題，初步形成了更加客觀準確的能源觀點。

（二）在探究中激發學生的科學思維

化學課具有非常強的趣味性和開放性的特點，所以在課上對理論知識學習之后，課外開展融合實驗，可以使課上與課下的界限被打破，鼓勵學生充分利用業余時間，對常見化學知識進行深入探究。在課外融合實驗設計中，需要充分發揮自主探究優勢，根據學生實際生活環境，選擇恰當教學規律。通過對實驗地點、實驗時間、實驗器材、實驗過程進行充分評價，幫助學生發揮想象力和創造力，使化學融合實驗更加充滿趣味。在課外融合探究中，還要融合多重理論知識，使化學實驗探究內容豐富與完善，鼓勵學生積極參與到課外化學融合實驗之中，增強整體的學習效果。在課外融合實驗設計中，教師應該積極增強對學生認知能力培養。不僅要幫助學生對化學知識產生濃厚的興趣，而且還要鼓勵學生充分利用所學的化學知識進行思考，培養學生獨立思考探究能力。通過融合實驗的方式，也可以使學生的學習由被動變為主動，充分激發學生科學探究的潛能。

（三）提升學習的深度與廣度

在課外化學融合實驗設計時，最重要的是幫助學生吸收、理解相關知識，提高學習整體水平，培養學生綜合探究能力。通過STEAM教育，可以打破課程教學邊界，促使學生在化學實驗中對數學知識、物理知識、生物知識進行多方面的分析，以化學實驗為載體，促進多學科有機融合，使得課堂教學整體效果全面提升。在高中階段培養學生的實踐探究能力，可以全面幫助學生增強思維認知水平，提高變通能力，使得實驗過程變得更加高效。在STEAM教育理念下能夠全面提高學生化學實驗的主動性和積極性，幫助學生對化學知識有著更深入的理解，增強學生動手操作的整體能力[3]。STEAM概念的活動設計應結合學生現有的知識和經驗和身心發展水平，創造實際的科學探究情況，學生的學習過程是解決實際問題和完成實際項目的過程。探索Fe3O4磁流體實驗以學生的提問為設計靈感，密切跟隨教科書中鐵化合物的內容，與最尖端的科學磁流體知識相關聯。利用中學現有的實驗條件，探索 Fe3O4 磁流體的制備。學生在教師的指導下獨立設計計劃，在整個過程中，教師在特定情況下具體化學習任務，與中學學習情況相結合，使整個探索活動充滿活力和活力，將學生的科學精神培養到實際生活中。

三、STEAM教育視角下高中化學課外融合實驗的設計思路

（一）創設學科融合的問題場景

在STEAM教學理念下，實驗設計目標必須讓學生在解決問題過程中增強動手操作能力和思維邏輯水平，學科融合的重點并不是針對化學實驗的具體操作模式進行分析，而是需要重點關注不同的學科知識特點進行深入的分析。并且創設相應的問題場景，幫助學生對化學知識進行多維度學習與認知，提高學習的整體效果，使化學知識更加牢固。在融合學科教學中，要重點關注化學知識的立體性特點，促進學生知識遷移的能力，提高學生整體認知水平。在遇到其他同類問題時，也能夠快速回憶起化學實驗的操作特點，使得化學學習更加高效[4]。

課時，教師就可以將物理知識中的分子熱運動的知識相互融合，幫助學生構建真實的生活場景，在課外融合實驗設計中培養學生自主創新能力，促進學生與學生之間的深度交流，提高最終教學的整體效果，而且將物理知識與化學知識相互融合，也可以促使學生真正認識到化學知識的重要性。在日常生活中也能夠加強對化學知識的積累，鼓勵學生對化學知識產生濃厚的興趣。通過物理知識與化學知識的相互融合，讓學生能夠通過不同角度分析問題，提高學生學習水平。

（二）從生活中尋找實驗材料和器材

在高中化學課外融合實驗設計時，教師需要保證實驗的內容與學生的生活相一致，盡量做到就地取材，無論是實驗試劑還是實驗材料，都應該是隨手可得，避免給學生造成困擾。例如：在設計化學實驗中，教師可以讓學生對廢舊材料進行改造，實現重新利用，變廢為寶。根據所學的知識進行實驗探究設計，增強學生的參與熱情。在課外實驗設計中還需要重點關注學生的認知能力和動手操作能力，確保實驗設計安全高效。在化學實驗設計中，通過向上排空氣法的實驗設計，利用氫氣與物理學中的大氣壓強相關知識進行融合，幫助學生對化學知識進行準確把握，使學生的知識體系更加完善，還能夠對所學的知識加以鞏固，在課外融合實驗設計中要高度關注學生的真實水平。通過恰當場景激發學生的代入感，增強最終的設計效果。

（三）搭建系統化的知識體系

知識結構體系的構建，可以幫助學生對所學的知識進行充分整理與融合，并且與學生的生活經驗相連接，幫助學生形成符合自身的認知發展規律，滿足學生自主學習的要求。在化學知識體系構建時，要嚴格按照課程標準和教材內容，對現有的知識點進行補充與分析，使學生在熟悉的場景下對化學實驗進行探究。而且還要確保學生將其他學科的知識相互融合，真正使得化學實驗設計的內容變得更加豐富。在融合視角下，需要高度關注融合實驗的設計特點，確保實驗設計的內容滿足學生實際需求，還要根據具體情況，分析學科之間的內在聯系，確保拓展融合的效果全面提高。在知識層面，教師可以通過電子的移動方向，電阻大小的影響因素，酸堿性質變化等內容進行拓展說明，也可以通過對數據采集和處理能力進行說明，增強學生的學習效果確保物理實驗更加高效[5]。

在STEAM教育視角下，通過高中課外實驗融合設計可以激發學生的學習熱情，提高學生主動參與的興趣。而且也可以幫助學生將不同的理論知識相融合，增強學生的整體學習效果，提高課堂教學的整體水平。真正激發學生學習成就感，滿足學生的好奇心。但需要注意的并不是所有實驗都能夠通過STEAM教育的方式進行分析，否則很容易造成教學內容過于混亂，無法達到教學目標的預期要求。STEAM教育視角對高中化學實驗課外融合設計，可以幫助學生在真實生活場景中運用所學的相關知識和特點進行分析，強化教學設計的整體質量。在今后的實驗設計中，需要按照情境設計問題創設，知識引導實踐應用的流程，幫助學生真正提高學習能力。在教學評價設計中，需要根據學生完成實驗內容的具體情況進行合理化評價。運用STEAM教學理念可以幫助學生主動學習，增強學習的整體效果，提高教學設計的主動性和積極性。

結束語

STEAM理念是全新的教學模式，通過課外融合實驗能夠有效激發學生的學習興趣，也是化學學科的重要組成，在新時期要高度重視對不同學科之間的知識融合，促使學生全面綜合發展，在未來教學實踐中，教師應該高度重視STEAM教育理論知識，提高自身的教學能力，充分運用現代化的教學方法和教學思維，提高學生學習滿意度。

參考文獻

[1]楊淑賢.培養學生創新實驗設計能力的項目式學習的開展研究[J].中學課程輔導（教師通訊），2020（17）：62-63.

[2]鎖瑋、吳曉紅、馬欣.依托手持技術的STEAM教學案例設計——以《碳酸鈉與碳酸氫鈉》為例[J].教育與裝備研究，2020，36（06）：68-72.

[3]沈曉云.基于STEAM教育理念的“溶液配制及分析”化學實踐教學[J].文理導航（中旬），2019（10）：68+70.

[4]許亮亮，張知為，王簡文，范清源.基于STEAM理念的高中化學創新實驗研究——四氧化三鐵磁流體的制備和性質探究[J].化學教育（中英文），2020，41（09）：84-86.

[5]許亮亮、鄒正、馬嘉源.基于STEAM教育的高中化學創新實驗研究——以“化學紅綠燈振蕩反應最優條件探究”為例[J].化學教育（中英文），2017，38（21）：55-59.