基于STEM 理念的高中化學教學實踐探索

王 瑾

（甘肅省蘭州市第五十九中學，甘肅蘭州 730060）

所謂STEM 理念，具體是指融合了科學、技術、工程、數學四門學科的課程教學活動的統稱，主要培養學生四方面的能力和素養。其一，科學素養，運用科學知識來認識自然界；其二，技術素養，使用更多的信息技術手段來開展實踐探索活動，理解并評價技術的運用情況；其三，工程素養，對于技術工程設計與開發過程進行理解；其四，數學素養，發現問題、描述問題、解釋原理、解決問題的能力的統稱。在高中化學課堂上運用該理念可以更好地解決實踐教學中的問題，培養學生良好的實踐探究意識、跨學科學習意識。

一、在高中化學教學活動中運用STEM 理念的具體要求

首先，教師要針對STEM 教育理念進行深層次的研究，對于其四個組成成分，即科學、技術、工程和數學分支的相關內容要做到熟練掌握。

其次，教師要熟練運用現有的溝通交流媒介來獲悉學情，了解學生對于高中化學課堂教學活動以及STEM 教學理念的相關看法，并且發現學生的不足之處，并進行引導和指正，幫助學生提高學習效率，掌握更多的有用知識。

再次，要結合高中化學教材中的諸多教學模塊來開展STEM 理念的實踐運用活動，如探究模塊、實驗活動模塊、研究與實踐模塊等。對于選修教材發展中的化學科學、化學與社會以及實驗化學三個系列的內容，要進行綜合實踐，運用STEM 教學理念來開展教學設計工作，豐富高中化學課堂教學的內容和形式。

最后，要不斷提高對學生的要求，基于最近發展區間理念來開展化學教學設計以及教學活動，確保知識講解的連貫性、完整性、系統性和學生學習的獨立性與科學性，讓學生對于學科之間的關系有更加深入的了解，提高高中化學教學活動的有效性。

除此以外，高中化學教師還要熟練地運用新技術手段搜集和STEM 教學理念相關的教學音頻、視頻以及素材，并將其應用到課堂教學活動中，提高課堂的知識容量，提升教學效率和教學內容的呈現效率。設計富有探究性的問題情境，積極培養學生良好的思維習慣、探究習慣和參與習慣，讓學生運用STEM 理念來開展探索活動，體現出教師應有的指導作用和保障功能。

二、STEM 理念在高中化學教學中運用的具體策略

（一）開展項目化教學活動，深化STEM 理念的實踐研究工作

如何將STEM 理念的科學、技術、工程與數學等不同領域的專業知識和技能融為一體，為學生的知識與技能學習活動提供支持，需要教師開展體系化的研究工作，設計更多的高中化學教學項目，以項目的形式來滲透更多的內容，豐富實驗教學和其他理論教學的相關內容。以金屬的腐蝕和保護為例，教師可以設計相應的金屬腐蝕實驗項目、金屬保護項目、生活中的金屬腐蝕現象研究項目，以此為依托開展STEM 理念的實踐研究活動。教師可以將學生劃分成多個小組，分配以上項目，由學生自主選擇實驗所需要的金屬類型和其他的實驗器材、實驗藥品，自主挑選實驗場地，如實驗室或家庭廚房等。由學生自己設計項目內容，并且開展項目化的實踐探索工作，決定實驗的目標、原理和環節。學生可以小組為單位，也可以個體為單位來完成項目的設計任務并執行任務。教師要參與其中，和學生共同完成項目的探索工作，提高項目設計的規范程度、項目目標的落實效率、項目的監督和保障水平，確保學生安全實驗、高效實驗。在最后環節，教師要組織學生回顧和驗證相關實驗的原理，對于金屬活動性順序表進行準確的記憶和科學的運用。

在此過程中，學生會運用很多的數學知識來計算金屬和相關藥品器材的使用量，會從工程設計的角度出發，探討實驗設計的合理性和有效性，會從科學的角度探討相應的化學原理，同時會從技術的角度開展論證活動，如現有的實驗室器材和相應的實驗環境能否完成項目的研究設計和執行任務。這體現了STEM 教學理念，師生之間的交流互動更加深入，達到了項目化學習的目標，也讓高中化學課堂教學更加高效，學生的主觀能動性得到體現。在項目化學習的最后階段，教師要對學生的表現進行如實記錄，對學生的項目目標達成情況進行科學的評價，同時，要針對高中生在項目探索過程中出現的問題進行有針對性的指導和幫助，提高項目活動的有效性，助力高效課堂的形成。

（二）積極打造STEM 教學模型，形成完善的化學教學實踐方案

教師除了要開展項目化教學工作，引導學生自主設計化學學習任務，完成學習活動，鞏固學習成果以外，還要優化設計學生的學習過程，形成系統化的STEM 教學模型。教師要依托《普通高中化學課程標準（2017 年版）》的相關要求開展跨學科知識整合工作，制定項目性教學目標，滲透STEM 教學理念，構建更加完備的STEM 教學活動模型，形成教師引導活動、項目活動、學生主題活動。

以項目活動為例，按照流程可以形成四個層次的活動，分別是確立課題激活舊知、知識拓展設計方案、實施項目檢驗過程、驗收成果整合知識，然后在此基礎上形成完善的化學教學實踐方案。在第一層次要確立課題，打造更加完善的知識載體。STEM 教育是以跨學科知識為載體，圍繞著科學知識、操作技術、工程活動以及數學運算來進行開發工作，化學教師要為學生建立真正的問題情境，激發學生討論的積極性，產生學習動機。在第二層次要注重知識的拓展，進一步形成化學實踐教學方案，引導學生深入教學主題開展拓展延伸活動。在該階段，教師應提供拓展資料，完善方案，培養學生跨學科知識的整合能力。第三層次則是項目的實施階段和檢驗階段，要求學生有序開展項目操作活動，運用技術、工程、數學和科學領域的知識來完成項目任務。在該階段，教師應注重培養學生的問題挖掘與研究能力，使他們掌握更多的實踐操作技術。第四層次則要對研究成果進行驗收，對所學知識進行整合，而STEM教學模型很好地體現了四學科交叉融合的特征。在項目探索活動結束之后，教師要對實驗的結論和成果進行驗收，鼓勵學生進行一系列交流總結活動，內化所學知識，以達到融會貫通的層次，并且將其遷移運用到現實生活中去解決問題。

（三）合理運用信息技術手段，助力高中化學教學實踐探索工作

在基于STEM 理念開發高中化學課堂教學模式的過程中，教師應當嘗試運用信息技術手段來提高實踐探索的效率，搜集更多的信息技術教學資源來豐富課堂教學的內容，優化教學形式，培養學生濃厚的學習興趣和探索欲望。在此過程中，教師可以將更多的生活現象，以及生活中的實驗拍攝成短視頻帶到課堂上來。比如，在對生活中的有機物進行教學之前，教師就可以拍攝相應的有機物的圖片或者視頻，還可以鼓勵學生自己去完成這樣的拍攝任務，從衣、食、住、行等各個角度來搜集素材，如此，既能夠加深學生對于有機物的理解，又能夠幫助學生發現更多的生活現象，認識到化學學習和現實生活之間的聯系。然后引導學生去分析酸奶的配料表、可樂中的添加劑種類、衣服面料的成分，并且分析其中有哪些有機物，了解它們具體的化學性質和物理性質，將其拍攝成視頻或照片提交給教師。如此，學生學會從科學的角度、工程的角度以及技術的角度去分析這些素材和課堂教學內容的匹配程度，體現了STEM 理念的相關要求。教師還可以從STEM 理念的要求出發，從互聯網上搜集相關的教學資源，如視頻和音頻，并結合學生學情以及四大領域研究的實際情況來進行優化設計，培養學生多學科交叉學習的能力，豐富學生的課堂學習活動，這也讓高中化學教學探索更加深入和有效。教師還可以在教學評價與總結的過程中，運用信息技術手段來提高學情的反饋效率，優化教學設計，發放電子調查問卷，鼓勵學生線上作答，及時反饋。教師還可以通過微信、QQ 來進行線上家訪，了解學生的課下學習情況，并對學生的學習進行評價。這些都是教師可以采用的教學手段，相信會更好地助力化學教學實踐探索工作順利進行。

（四）開展自主性探究活動，彰顯STEM 理念特點

基于STEM 理念的高中化學教學實踐探索活動要尊重學生的主體地位和核心需求，引導學生在STEM 理念的指導下開展個體探究活動、小組合作探究活動，和教師以及其他學生保持密切的交流。課前，要求學生積極配合教師的備課工作，提出具體建議，以幫助教師更好地優化STEM 理念滲透背景下的高中化學課堂教學設計活動；在課堂上，教師應劃分合作互助小組，布置基于科學、技術、工程和數學等四個領域的相關知識和實用技能，開展小組合作任務探索活動，突出學科交叉和學科融合的特點，打破學科壁壘，提高化學實驗和其他理論知識的學習效率；在課下，為了培養學生的自主探究習慣，讓學生嘗試著運用計算機、手機等工具從互聯網上獲取更多的學習資源，并在學習的過程中進行綜合運用。教師需要在教學活動中打造更加完善的知識鏈條，提高教學活動的完整度。教師可以開展課下自主性探究設計活動，如設計社會調研活動、家庭實驗活動、習題訓練活動等，彰顯STEM 理念的特點。教師要對學生的自主性探究活動保持密切的關注，引導學生進行合作，投身于化學實踐探究活動中，學到更多的知識與技能。除此以外，師生要強化自我總結工作，對于自主性探究活動中出現的一些問題進行及時的分析。教師要對教學情況、學生的學習情況進行評價，幫助大家查漏補缺共同提高，只有這樣才能更好地踐行STEM 理念的要求。

（五）深入開展基于STEM 理念的高中化學教學評價活動，鞏固高中化學教學實踐探究成果

在對高中學生以及部分化學教師進行問卷調查以后發現，STEM 理念會對其學習活動和教學活動產生很大的影響，不論是開展項目化的學習活動，還是開展STEM 教學模式的設計活動，學生的表現都比以往更好，教師的指導也更加及時。但這并不意味著STEM 理念的實踐運用活動已經達到了盡善盡美的程度，仍然還有一些問題亟待解決，這就需要強化教學評價活動。在高中化學課堂上，教師要利用更多工程、技術、數學、科學等學科的評價方法，針對學生的課堂表現進行跨學科式評價，尤其是要針對學生學習動力的培養狀況、跨學科解決實際問題的能力的培養情況、項目的完成度，以及彼此之間交流協作的情況等進行綜合評價。教師要采用師生交互式評價、學生組內評價、學生自我評價等多種評價方式來開展探索活動，這樣才能真正提高教學工作的有效性，鞏固來之不易的STEM 理念運用成果。除此以外，教師還需要考查學生的STEM 素養，將STEM 素養考核納入學生的學習評價體系，以此來完善高中化學教學評估模式，體現出學生的發展特點和發展現狀，提高化學教學的有效性。在此基礎上，教師需要進一步加強學情的反饋和教學設計的優化，并配套教學資源的挖掘，從而打造高效課堂，讓項目化學習的共同實施探索活動可以更加深入。

總而言之，基于STEM 理念的高中化學教學實踐研究工作取得了突破性進展，高中化學教師對于STEM 理念的認識水平逐漸提高，導入了更多的科學、技術、工程、數學領域的相關知識來優化設計高中化學課堂，帶領學生認識化學世界，了解自然界的客觀規律，在尊重自然界規律的基礎上改造世界，解決一系列實踐活動中的難題，并將數學作為技術和工程學科的基礎工具來開展相關的實踐探索活動。教師通過研究STEM 理念以及高中化學教學的現狀來設計更多的高中化學教學模式，導入了項目教學活動、游戲教學活動、層次教學活動以及小組探究式教學活動，極大地豐富了課堂教學活動，并重點依托高中化學課堂來打造更多的教學項目，體現了STEM 理念的核心要求，綜合培養學生的科學素養、技術素養、工程素養和數學素養，使學生形成了良好的學習習慣和思維習慣。在接下來的研究活動中，教師需要基于STEM 教學理念來開展更加高效的課堂評價活動，以及學生學習成果鞏固活動，幫助學生更好地認識自己存在的學習問題，提高自己的實踐探究能力和意識，相信會對學生的學習與成長產生積極的推動作用。