基于STEAM理念的初中化學實驗探究式教學

摘 要：首先概括了基于STEAM理念的初中化學探究式實驗的教學設計，然后以滬教版九年級上冊第二章基礎實驗1“氧氣的制取與性質”的探究性教學為例，從創設趣味情境，提出思考問題；引導學生質疑，加強探究體驗；鼓勵改進實驗，促進遷移內化等幾個方面，對STEAM理念下的初中化學探究式實驗教學策略進行分析，最后對STEAM理念下初中化學探究式實驗教學進行調查問卷調查和個案訪談總結.

關鍵詞：STEAM理念；實驗探究教學；初中化學

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）02-0124-03

所謂STEAM教育，是科學Science、技術Technology、工程Engineering、藝術Art、數學Mathematics各取首字母的合并統稱.實驗探究式教學與STEAM教育理念之間有著較高的契合性，在STEAM理念的基礎上開展初中化學實驗探究式教學，具有良好的研究價值，對培養學生核心素養，激發學生學習興趣，提高課堂教學效率具有重要的意義.

1 基于STEAM理念的初中化學探究式實驗教學設計

若想在初中化學探究式實驗教學中融合STEAM教育理念，教師可以按照以下幾個角度實施探究式實驗教學.

1.1 提出有價值的研究問題，并做出合理的假設

針對這個教學步驟，教師需要帶領學生通過各種途徑搜集實驗資料，并對化學知識進行全面的梳理.從教學目的上看，該步驟主要培養了學生收集信息、整理信息的數學素養.

1.2 設計科學的實驗方案

這個教學步驟需要學生認真思考、積極交流，并與教師細心溝通，營造融洽的互動氛圍，商討出合理的教學方案.從教學目的上看，該教學步驟主要針對學生求知欲望、探究精神等科學素養的培養.

1.3 帶領學生動手操作，鼓勵學生獨立完成實驗探究過程

該步驟需要學生們在討論的過程中確定可行的實驗方案，并能將設計的實驗環節全部落實.從教學目的上看，這對于學生動手實踐能力的提升大有幫助，可以有效提升學生的技術素養.

1.4 根據實驗數據，總結出最后的結論該步驟的關鍵點在于展示成果，教師可以讓學生以個人或團隊的形式與其他同學共享實驗結果.從教學目的上看，這可以培養學生歸納總結的語言能力，對于提高學生的藝術素養具有積極的影響作用.

1.5 對整個實驗環節進行全面復盤，綜合評價每名學生的表現

探究性實驗教學應當做到收放自如，當學生完成探究實踐之后，應當積極反思、多元評價，這樣才能及時做好查缺補漏工作，保障學生們化學能力的全面進步.從教學目的上看，這個教學步驟主要針對學生的工程素養.

2 基于STEAM理念的初中化學探究式實驗教學策略分析

針對以上教學設計，本文以上海教育出版社初中化學九年級上冊第二章《基礎實驗1·氧氣的制取與性質》的探究性教學為例，進行以下授課實踐.

2.1 創設趣味情境，提出思考問題

在實驗教學之前，教師可以提前準備幾個網上購買的便攜式氧氣呼吸器，讓學生體驗呼吸器，并對學生提問：一個小小的呼吸器居然能源源不斷地制造出氧氣，大家知道它是怎樣制造氧氣的嗎？針對這個問題，教師可以適當給予提示，以促進學生的深入思考.例如，呼吸器是否利用了光合作用？呼吸器的制氧原理是否屬于工業制氧的范疇？在提出工業制氧的概念之后，教師可以通過多媒體設備播放工業大量制氧的視頻，展示制氧環節，即空氣經過干燥和除去二氧化碳后，經加壓和降溫，形成液態空氣，再升溫至-196℃，分離出氮氣和液態氧氣.

以此為基礎，教師繼續提問學生：如果我們在平時生活中，想要通過化學知識來獲取少量的氧氣，該如何操作呢？隨后，教師帶領大家聯系舊知，回想有哪些學過的化學反應可以伴隨著氧氣的生成.通過交流討論，教師提醒學生們將這些反應全部記載下來，并逐個分析這些化學實驗的可操作性.例如，加熱氧化汞生成汞和氧氣，是否適合實驗室制氧？電解水實驗呢？在此基礎上，教師應提示學生，要從能源消耗、能源污染、操作復雜程度等多方面進行思考，盡量讓化學實驗既環保又節約，操作過程不會太過于繁瑣.學生們經過進一步的討論，不難發現汞有毒，容易造成環境污染.而水電解對電能的消耗較大，且操作過程比較復雜，生成的氧氣不易保存，二者都不適用于實驗室制氧.經過綜合性的考慮，排除掉多余選項，可以確認以高錳酸鉀藥品來制備氧氣.

2.2 引導學生質疑，加強探究體驗

關于高錳酸鉀制取氧氣的實驗，學生們經過前期的學習，大多只是初步了解該實驗的化學方程式，但對于實驗的具體細節，許多學生卻一無所知.為了有效加強學生的探究體驗，教師可以巧妙的引入一些干擾元素，引導學生不斷質疑，進一步促進新知與舊知之間的聯系，幫助學生迅速熟悉該實驗的細節與每一個操作要點.

如圖1所示，教師可以先通過電子白板展示實驗設計圖B與設計圖C，并詢問學生：大家認為哪一種設計圖比較適合這次實驗呢？通過簡單的討論分析，學生不難發現教師給出的陷阱.因為高錳酸鉀屬于固體，B、C兩張設計圖中明顯都有液體，都不是正確選項.當學生正確提出質疑以后，教師可以適當給予贊揚，并趁熱打鐵，繼續布置下一個陷阱：教師想要采用向下排空氣法來收集氧氣，大家覺得合適嗎？如果不合適，你覺得應該用什么方法？該問題旨在引導學生聯系舊知，通過以前的學習，學生可以回憶起向下排空氣法主要針對密度比空氣小且不與空氣反應的氣體.而氧氣密度明顯大于空氣，如果采用向下排空氣法，制取的氧氣會從瓶口流失，故而不適合.在此基礎上，學生經過再一次的質疑與思考，可以確定排水集氣法與向上排空氣法相對比較適合這次實驗.由此，學生也能認識到氣體的收集與氣體的密度與溶解性有關，在實驗理論的學習上又準確掌握了一處重要的知識點.

2.3 鼓勵改進實驗，促進遷移內化

在情境導入、質疑討論兩個教學環節之后，學生需要親手實踐，完成高錳酸鉀制取氧氣的實驗操作流程.但對于實驗中某些容易忽略的細節，教師還需要提醒學生注意.對此，化學教師可以先通過電子白板，播放一些失敗的實驗視頻.比如，有的學生在加熱高錳酸鉀的過程中，試管底部突然炸裂.有的學生操作實驗時，發現水槽中的水突然變紅了.還有的學生在制取氧氣時，不知該如何判斷氧氣已經收集完畢.針對這些問題，教師可以將課堂的主導權還給學生，讓學生以小組為單位，分析以上視頻中的錯誤細節，思考出現實驗事故的因素是什么，如何該對實驗進行創新改進.

當學生討論完畢后，教師可以按照實驗設計，連接好相應的實驗器械，并讓學生總結之前討論的結果，對不正確的地方進行調整.例如，裝有高錳酸鉀的試管管口并沒有略微傾斜向下，而高錳酸鉀加熱會生成水蒸氣，遇試管壁冷凝會回流，從而造成試管底部的炸裂，這也是需要改進的環節之一.試管口應當加塞透氣的填充物，如棉花.因為高錳酸鉀藥品為粉末狀，在加熱的過程中容易從導管中進入水槽，這也是水變紅的原因.最后，判斷氧氣是否收集滿，需要觀察細節.如排水收集法，要看氣泡是否從收集瓶中逸出.再如向上排空氣法，可以將帶火星的木條放置在瓶口，觀察是否出現復燃的情況.在此基礎上，教師可以適當的補充兩種收集氧氣方式的優缺點，如排空氣收集的氧氣雜質相對較多，排水收集的氧氣則比較濕潤.經過綜合性的交流和糾錯，展示出的設計成果如圖2所示.最后，教師帶領學生確認全部實驗細節后，可以讓學生完成最后的實驗操作，并妥善記錄實驗結果.

3 基于STEAM理念的初中化學探究式實驗教學總結

在完成實驗教學后，教師可以采用調查問卷、個案訪談的方式，分析本次探究式實驗的教學效果.

3.1 調查問卷與相關分析

發放調查問卷之前，教師可以先帶領學生對整個實驗過程復盤，為學生普及STEAM教育的理念，讓學生了解到每一個教學環節的目的是什么，有哪些想要培養的目標.并通過學生自評、學生互評等方式，引導學生反思自己在哪些方面的學習出現了進步，又有哪些地方存在著不足之處.然后，教師為學生發放調查問卷，針對性地提出問題，以分析STEAM理念與探究式實驗的結合情況是否達到預期的成效.通過多角度、多樣性的問題，判斷學生的學習興趣、思維能力、實踐能力、合作能力、創新意識等素質是否發生了明顯的進步.本次40人的學生群體經過問卷調查，最后的結果如圖3所示.可見大部分的學生在實驗興趣、實驗思維、實驗操作、實驗合作、實驗創新等方面都有了顯著地成長.僅有2人沒有明顯地變化，可見STEAM教育理念與化學探究式實驗的兼容性較強，可以有效提高學生的學習效率，對學生化學綜合素質地成長大有裨益.

3.2 個案訪談與相關分析

在完成問卷的基礎上，教師還需要進一步做好查缺補漏.比如，本次教學有兩名學生并未出現明顯的學習進步，可以針對個案來組織訪談工作，了解學生的實際情況，分析STEAM理念下的化學探究式實驗為什么沒有取得良好的教學成效，找出可以改正的教學細節.由此，教師充分貫徹了以生為本的教育原則，力求讓化學實驗教學做到精益求精.

參考文獻：

［1］陳克娜，談學兵.基于STEAM理念的初中化學實驗探究式教學的探索——以《空氣中氧氣含量的測定》為例[J].教育信息技術，2021（12）：25-28.

[2] 徐莉芬.基于STEAM教育理念的初中化學實驗設計與實踐研究[J].中學課程輔導（教師教育），2021（10）：31-32.

［責任編輯：季春陽］

收稿日期：2022-10-15

作者簡介：查維娟（1990.10-），女，江蘇省泰州人，本科，中學二級教師，從事中學化學教學研究.