STEM思想引領下的高中化學教學方法研究初探

【摘要】在課程改革背景下，傳統的高中化學教學方法難以滿足學生的真實需求，學生在課堂上的參與欲望和學習興趣呈現減弱趨勢。對此，文章將基于現階段高中化學課的教學現狀，探索將STEM思想融入高中化學課中的具體方法，從情境導向、實驗探究、問題引領、總結分析等多個角度，探索科學、技術、工程、數學知識與化學教學融合的路徑，讓學生在教學環節銜接自然、教學過程流暢、內容豐富和形式新穎的課堂上，夯實知識基礎，提高科學探究能力。

【關鍵詞】STEM思想;高中化學;教學方法

【基金項目】本文系2021年度甘肅省教育科學“十四五”規劃STEM教改實驗專項課題“國外與國內STEM教育校本教研機制比較研究—以英國倫敦與甘肅省中小學教師專業發展為例”階段性研究成果，課題立項號：GS[2021]GHBZX105。

作者簡介：楊芳恒（1978—），女，甘肅省定西市通渭縣第一中學。

STEM由科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四個名詞的首字母構成，旨在將科學、技術、工程和數學知識融合，打破學科之間的界限，以融合式教學作為教學的主要模式，推動知識的遷移與運用。在課程改革和教育發展的過程中，STEM這一跨學科整合式的教學模式，得到了教育者的廣泛關注，基于此背景，高中化學教師將其與化學教學融合，指導學生在特殊情境和討論交流環節中，有意識地利用科學、技術等學科的知識理解化學概念，解決化學問題。此方式有助于激發學生的學習興趣、培養學生的科學精神，讓他們具備實踐探索和綜合思考的能力。在開展課堂教學的過程中，教師要及時調整教學方案。

一、在高中化學教學中引入STEM思想的重要價值

在高中化學教學中引入STEM思想，其價值主要可體現在三個方面。

第一，教學方面。傳統高中化學課堂中，教師依據化學教材的編排順序，逐一講解教材中的理論知識和練習題，未能按照高中生的成長規律和實際學習能力篩選教學內容和教學形式，課堂上常常出現知識系統性差、學生理解不夠透徹的情況。而將STEM思想融入高中化學課堂，能夠將復雜的化學知識串聯起來，形成一個內部層次清晰的知識系統，讓學生依據數學、科學、技術和工程等學科的知識，合理地轉化化學概念和問題。在這一過程中，學生會更為全面地理解化學概念，參與化學課堂的積極性明顯提高，這也能提高化學教學效率。

第二，教師方面。在高中化學教學中融入STEM思想，需要教師同時掌握工程、技術等學科的知識，這對化學教師的專業能力和知識融合能力提出了較高要求。為了嫻熟地運用STEM思想開展化學教學活動，教師要在自我成長期和教學準備期參與集體培訓、開展自主學習，以提高專業素養和教學能力，更自如地駕馭化學課堂。STEM教育理念與化學教學的融合，有助于推動教師的專業成長和綜合發展[1]。

第三，學生方面。教師把STEM思想作為化學課堂教學的指導理念，將工程、技術等學科的知識與化學教學融合，改變了傳統的化學課堂教學模式，確立了高中生在化學課堂上的主體地位。當學生主動參與化學課堂后，既能掌握基礎的化學知識和實驗技能，又能自覺地運用數學、工程等學科的知識解決化學問題。在此過程中，學生的實踐探究能力、科學精神、綜合思維等皆能有所提升，在此基礎上，學生能以化學探究為起點，開啟科學探究之旅。這有助于促進學生的綜合發展。

二、STEM思想引領下的高中化學教學方法

本文將以新人教版高中化學選擇性必修3《有機化學基礎》第四章“糖類”“蛋白質”的教學內容為例，讓學生探究糖類、蛋白質等基本營養物質的屬性以及其與人的生命活動之間的關系，將數學、工程、技術等學科知識作為輔助元素，促使學生展開深入探究，讓他們在科學探索中挖掘知識內涵、感悟知識真諦，以此提升化學教學的實際效果。

在設計教學環節時，教師要依據課程教學的內容和STEM教育理念的實際要求，確定理論教學和實驗教學的目標，針對“糖類”和“蛋白質”等單節課的實際內容，教師可遵循STEM理念設定如下教學目標。

科學目標：明確葡萄糖、蛋白質的主要特征和其反應，能夠與生物等其他學科中分析和鑒別蛋白質、糖類的方式展開對比，將不同學科的知識融合。

技術目標：學會鑒別和提煉糖類、蛋白質等營養物質的基本方法和技能。

工程目標：了解醫藥等領域中葡萄糖試紙的基本生產工藝流程。

數學目標：能夠運用數學推理、分類等方法展開科學探究，確定化學實驗中材料的用量，培養學生嚴謹和辯證的思維態度。

在確定教學目標后，教師即可正式開啟教學活動，通過創設情境、組織交流討論等，將上述目標融入具體的教學環節和教學內容之中，以此讓學生自主學習和深入探究，讓他們明確化學原理，掌握基礎知識和技能，并形成科學精神和綜合思維。

（一）情境導向，激發學習興趣

在高中化學教學中，激發學生的學習興趣是最為關鍵的任務，只有學生產生強烈的探究興趣，他們才能自覺地分析和解讀化學知識，積極配合教師的課堂教學。因此，教師應把激發學生的學習興趣作為課堂教學的首要任務，根據情境導向原則，結合STEM教育理念，為學生創設生活化和視聽化的學習情境，讓他們在情境的引導下明確課堂學習的主要內容和具體方向，并能將現實生活中積累的數學、技術和科學等學科的知識經驗，運用于學習過程中。如此，學生的化學學習興趣會更為強烈，參與課堂教學活動的積極性也會明顯提高[2]。

基于情境導向的需要，教師把課程內容和高中生的現實生活經驗作為主要依據，引導學生回顧舊知、深度思考。在教學“糖類”和“蛋白質”時，教師可以在課堂導入階段創設生活化的情境，利用多媒體設備展示生活中常見的食物圖片，如雞蛋、蘋果、米飯和土豆等，提問學生：“這些食物中富含哪些主要的營養物質呢？”讓學生主動回顧初高中階段學習的化學知識，將新知識與舊知識聯系起來。而后，教師以具備技術性和探究性特征的“糖類和蛋白質是我們人體所需的基本物質，那么在現實生活中，你還知道這兩種物質被應用于哪些方面？我們應該怎樣鑒別它們？”這一開放性的問題，將化學教學與現實生活中的工程、技術等問題融合，讓學生結合生物科學、食品科學等相關知識，探究化學問題。在這一過程中，學生不僅能夠將化學知識與自身的實際生活聯系起來，也能從社會進步和工業發展的角度思考化學問題，這樣可以極大地調動他們的學習熱情。

（二）實驗探究，鍛煉實踐技能

實驗是化學教學的重要組成部分，在STEM教學模式中，為鍛煉學生的實踐技能、突出學生的主體地位，在學生完成自主預習任務、明確課堂學習內容后，教師可以指導學生開展實驗探究活動，讓他們利用在實驗中掌握的技術，引入數學思想，運用科學知識，在操作和探究的過程中闡釋相關現象，解決化學問題[3]。

在“糖類”和“蛋白質”的教學中，為鍛煉學生的實驗操作技能，讓其準確理解化學原理和概念，教師以小組實驗為載體，指導學生開展探究活動。教師提前準備4支試管，分別裝有葡萄糖、淀粉、蔗糖和稀釋的雞蛋清，但沒有給試管貼標簽，旨在培養學生的數學分類意識，讓他們運用科學技術明確這4支試管中裝的材料。同時，教師為學生提供基本的實驗材料，如碘酒、濃硝酸、氫氧化鈉、新制氫氧化銅，以及酒精燈、試管等基本道具，引導學生自主分組。在分組的基礎上，各小組運用信息技術手段，查閱與實驗相關的生物、物理等學科知識，將不同學科知識聯系起來，從不同角度理解實驗的目的，并在準確理解實驗目標的基礎上，進行小組實驗，利用教師提供的和自己搜集的材料解決性質判定的問題，了解糖類和蛋白質之間的區別，通過這一流程，學生的科學探索意識、實踐探究技能得到明顯增強。

（三）問題引領，解決實際問題

學而不思則罔，思而不學則殆。從古至今，問題意識都是人們應具備的基本素養，唯有不斷產生疑問，且能根據疑問展開探究，人才能在學習和生活中發展和進步。因此，在STEM思想的影響下，教師應堅持問題引領的原則，圍繞實驗探究環節產生的問題進行提問，鼓勵學生思考和交流，讓他們結合科學知識和技術操作過程理解知識，進而明確解決問題的具體路徑[4]。同時，教師也要適當地引出延伸問題，引導學生將所得結論和化學理論運用于解決其他問題中，以此提升學生的知識運用和科學探究能力。

針對上一環節的實驗過程，教師可向學生提出如下問題：1.如何鑒別四管不同的物質？具體方法是什么？2.蔗糖與葡萄糖都屬于糖類，那么為什么可用于鑒別葡萄糖的辦法，卻無法用于鑒別蔗糖呢？具體原因是？

在教師的啟發下，學生進行探討和分析，結合生物學科的基礎知識，從銀鏡反應、生成沉淀、淀粉遇碘變藍、蛋白質遇硝酸變黃等多個角度，回答上述兩個問題。

當學生初步具備探索意識和探究能力后，教師可將醫藥科學、技術和工程方面的知識與本課的教學內容結合，讓學生在深度思考、實踐操作的過程中，掌握基本技能，了解操作路徑。在學生展開探索之前，教師提出“糖尿病患者的血液和尿液的含糖量較高，如果你是一名糖尿病檢測人員，你該如何檢測糖尿病？”這一生活化的探究問題。針對這一假設性問題，學生從技術、工程等方面展開思考，明確糖尿病患者的血液、尿液中哪一種糖類物質的含量過高，應該用怎樣的技術手段檢測等，并運用數學知識計算不同方案的成本，最后確定試紙檢測法為時下最佳的檢測辦法。學生提出預設方案后，教師帶領學生開展技術操作活動，展示試紙檢測法的基本操作過程，即在試紙上沾葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶，并將其烘干，而后放到葡萄糖檢測儀中進行檢測，并繪制其反應原理圖，如圖1。

在整個過程中，學生不僅要將醫藥學中的科學知識融入化學知識中，還需具備基本的技術操作能力，明確工程量化生產中存在的具體問題，能利用數學運算技能解決計算問題。這一教學過程體現了STEM理念與高中化學教學的融合，有助于培養學生的科學精神、實踐探索能力。

（四）總結分析，提升綜合思維

經過前面的教學環節，學生的知識儲備量和實踐能力有明顯提高，在教學的最后環節，教師可將關注點再次集中于課堂導入時的問題，讓學生在首尾相接的教學模式中進行總結和分析，將化學知識與生活問題融合，促使他們將科學知識、實驗技術和數學計算能力等運用于解決現實生活問題中，長此以往，不僅能夠提高學生的綜合思維，還能提高他們的實踐能力[5]。

在學生完成糖類和蛋白質反應的化學實驗后，教師延續導入階段的問題：“針對現實生活中常見的雞蛋、蘋果和米飯等食物，我們該如何利用化學技能和科學知識分辨其中包含的營養物質呢？”在此問題的驅動下，學生根據實驗探究中獲得的經驗和知識，互相交流和分享信息，從不同角度探索解決問題的具體辦法、技術要點和工程步驟，在探索生活化實驗的過程中，明確生物學物質和化學物質之間的異同點。而后，根據本課的教學內容和實際情況，教師進一步布置具有拓展性的課后作業，要求學生運用本課學習的化學知識、科學技術等，鑒別不同地區特色食物中的基本營養物質，以此擴大學生的學習范圍。

結語

綜上所述，為推動化學學科教學改革進程，教師把STEM思想作為高中化學教學的指導理念，采用創設情境、實驗探究、問題引領和總結分析等策略，引導學生利用技術、工程和數學等學科的知識理解化學概念，分析化學問題，將多學科知識和技能融合，合理地轉化復雜的化學問題。這樣既可以增加化學教學的趣味性，也能讓學生的注意力集中于化學課堂上，讓學生采用多元化和創新化的方法解決化學問題，如此，高中化學教學會發生脫胎換骨的變化，教學質量也會得到明顯提高。

【參考文獻】

[1]王洪珠.STEM教育在高中化學教學實踐中的研究[J].數理化解題研究，2021（03）：73-74.

[2]伍軍.基于STEM理念的高中化學實驗設計研究[J].中學課程輔導（教學研究），2020（14）：18-19.

[3]甘思華.探討高中化學教學中STEM教育理念的滲透[J].中學教學參考，2020（17）：72-73.

[4]石嫦芳.stem思想引領下的高中化學課教學方法研究[J].新課程（中學），2019（04）：28-29.

[5]李輝紅.STEM理念下開展化學實驗課的實踐研究[J].課堂內外（高中教研），2021（07）：72.