基于STEM 教育下的中學化學教學模式初探

吳金霞

（甘肅省民勤實驗中學，甘肅民勤 733399）

中學化學作為一門重要的基礎學科，其教學有效性直接影響著學生理性思維的發展，故必須不斷更新和完善其教學方法。科技的發展不斷推動著教育領域的創新，在此背景下，STEM 教育得到了廣泛的應用和推廣，其強調科學、技術、工程和數學的綜合應用，旨在培養學生的創新思維和實踐能力。因此，此教育理念下的中學化學教學模式必將有更多創新，以顯其靈動特色，吸引學子之注意力。教師應當引導學生解決實際問題，培養其自主學習與合作學習能力，以促進其創新思維與綜合能力之發展。

一、基于STEM 教育下的初中化學教學特點

STEM 教育崇尚學科交融，初中化學教學亦可與科學、技術、工程、數學等學科緊密結合。如此，學生在學習化學時，可運用數學的知識解決化學方程式中的計算難題；或借助物理的原理闡釋化學反應的奧秘。如此一來，學生方能更高效地領悟與應用化學知識，培養跨學科思維及綜合解決問題的能力。通過這些特點，初中化學教學可以更好地促進學生的綜合素質和創新能力的全面發展。此外，化學是一門實驗性極強的學科，需要學生進行實踐探究與實驗操作，以體驗化學現象，培養科學觀察、實驗設計與數據分析的能力。故而，STEM 教育理念下的初中化學教學可通過設計實驗或項目，使學生通過實踐探索化學知識，培養其科學思維與實踐能力。

二、基于STEM 教育下的初中化學教學策略

（一）問題驅動，創設科學情境

1.激趣導入：提出生活化問題

生活化問題可以引發學生的好奇心和求知欲，使他們主動去探索和解決問題。提出生活化的問題方便創設科學情境，能激發學生的學習興趣和主動性。抽象的化學知識和實際生活場景的有機結合可以讓學生更主動也更容易地理解和應用所學知識。而教師借此滲透相應的科學知識，可以培養學生的科學素養。以“金屬資源的利用和保護”這部分內容為例，我們可以提出以下兩個問題：第一問，在日常生活中，我們使用了很多金屬制品，比如鐵鍋、鋁箔等，你有沒有想過這些金屬是如何被提取出來的？這些金屬的來源是什么？是否有可持續利用的方法？這個問題能夠引導學生思考金屬資源的來源、提取方法和可持續利用的可能性，激發他們對金屬資源的重視；第二問，如今，人們越來越關注環境問題，那么在金屬資源的利用中，我們應該如何平衡經濟發展和環境保護的關系？有哪些措施可以在金屬資源的利用和保護之間找到平衡點？這個問題通過結合環境保護和經濟發展的議題，引導學生思考金屬資源的可持續發展和環境保護的重要性，可以喚起他們的環境意識和創新性思考。而在提出問題的過程中，教師可以采用開放性問題和引導性問題的結合方式。開放性問題可以激發學生的思考和討論，而引導性問題則可以幫助學生準確定位和解決問題的方向。同時，問題應該具有現實性和可行性，與學生的生活經驗和興趣相關，能夠引發他們的探索欲。這樣，通過提出生活化問題，可以激發初中生的化學學習興趣和動力，促進他們在科學情境中的思考。

2.引發好奇：提出展望性問題

初中生好奇心強，對未知領域充滿探索欲，在化學教學中提出展望性問題可有效引發他們的求知欲。而展望性問題通常與前沿科學研究、未解決的問題或待解決的難題相關，能夠激發學生的思考和探索欲望，促使他們主動去尋找答案。展望性問題為學生提供了一個追尋知識的動力和目標，可以讓他們在科學情境中體驗到探索未知的樂趣。以“水的凈化”這部分內容為例，教師可以在完成基本教學后提出以下兩個展望性問題：（1）目前的水凈化方法主要有過濾、消毒等，但還存在一些難以解決的問題，比如如何高效地去除水中的微量有機物和重金屬污染，如何解決水質安全與可持續發展之間的矛盾等。請你展望一下未來的水凈化技術，你認為有哪些可能的創新和突破？這個問題可以引導學生思考現有水凈化技術的不足和未來的發展方向，激發他們對科學技術的研究和創新的興趣。（2）面臨著水資源日益緊張的問題，人們開始探索一些非傳統水資源，比如海水淡化、廢水回用等。請你展望一下未來的水資源利用與再生技術，你認為有哪些可能的突破和創新？這類問題可以引導學生思考水資源利用的可持續發展問題，激發他們對于非傳統水資源利用和再生技術的探索和創新思維。而在提出展望性問題時，教師可以將學生引入前沿科學領域的研究和技術應用，讓他們了解當前的科學難題和研究方向。問題要既能鼓勵學生發散思考，又要能引導他們思考問題的關鍵點和可能的解決方案，以引發初中生的鉆研欲望，激發他們追求知識的動力。

（二）多元互動，引導創新思考

1.利用現代技術，提供豐富的學習材料

傳統教學模式下的化學課堂往往較為枯燥，通常以教師的單方面的知識輸出為主。而基于STEM 教育理念的化學課堂則需要師生之間進行充分的互動。為此，教師可以利用現代信息技術提供豐富的學習材料，以豐富學生的學習體驗，引發他們對知識的探索。比如，可以通過互聯網提供教學視頻、在線課程、電子書籍、實驗模擬等。這些資源可以覆蓋課程的不同方面和學生的不同需求，使學生能夠通過多種途徑和角度進行學習。因此，教師可以借此在初中化學教學中滲透當代化學技術。具體而言，可以通過以下幾個方面實現：第一，借助現代教學設備引入現代科學研究成果，可以展示一些關于當代化學技術的真實案例，例如有關新型材料、新能源等方面的研究成果和應用實例，讓學生了解到當代化學技術的前沿發展；第二，播放展示化學實驗促進現代技術發展的視頻，讓學生了解當代最新的化學技術，如紅外線光譜儀、質譜儀等，讓學生感受到現代化學技術的應用；第三，利用移動應用提供個性化和交互式的學習材料，即讓學生通過手機應用根據自己的興趣和學習進度選擇學習內容和學習方式，隨時隨地學習。移動應用往往還能提供與課程相關的小游戲、互動模擬實驗、學習筆記等，學生可以通過參與游戲、模擬實驗和查看學習筆記來深入了解知識，以提高學習效果。

2.利用網絡平臺，引導學生即時性交流

基于STEM 教育下的初中化學教學，可以與網絡技術相結合，即引導學生在網絡平臺進行即時性交流，以提高他們的自主學習能力。通過網絡平臺，學生可以受自己的興趣驅動而學習，從而參與到各種討論和交流活動中，與同學們和老師互動，分享學習體會和問題解決方法。這不僅可以提高他們的信息技術應用能力，還可以促進他們的學習效果和學習興趣。具體來講，我們可以在網絡平臺上建立學習社區或是班級微信群等形式的交流平臺，以提供一個即時性、互動性強的學習環境。教師則可以鼓勵學生在這個平臺上互相提問、回答問題、分享學習資源、討論學習進程等。比如針對“常見的酸和堿”這一課題，教師可以設立一個專門用于討論“常見的酸和堿”的論壇，讓學生在論壇上提出自己遇到的問題、分享理解和解題思路，并進行針對性討論。通過這種交流方式，學生可以從不同的角度和解題思路中獲得啟發和幫助，進行更多的創新思考。教師則可以提出一些引導創新思考的問題，如提出一個開放性問題，讓學生思考如何將所學的化學知識與科學技術相聯系，并應用于解決現實問題。而借助網絡平臺，教師還可以通過瀏覽學生的互動結果給出肯定或提供改進意見。另外，教師也可以參與到學生的線上交流活動中來，提供一些新的解決問題的思路、方法等，以保證學生的交流能更加有方向、有針對性和有效。再如，教師可以引導學生在網絡平臺上分享自己整理的學習資料、筆記和習題解析等，并互相交流，以形成互相學習的氛圍。如此一來，通過師生互動，雙方可以就課內外知識進行充分探討，學生的學習和思考可以不再拘泥于課本，而且學生之間可以進行思維碰撞，產生新的好的想法，不斷激發創新性思考。這對他們的化學知識的吸收能起到促進作用。

（三）協作探究，促進學科融合

通過引導學生協作探究，可以培養學生的合作意識、團隊精神和解決問題的能力。同時，學生也能夠體會到不同學科之間的聯系與融合，加深對綜合學科的理解，為將來的科學研究和解決實際問題打下堅實的基礎。在協作探究中，學生可以通過團隊合作，利用多個學科的知識和技能，解決實際問題，以加深對不同學科之間關聯性的理解。比如，在學習酸堿中和反應的過程中，教師可以組織學生分成小組，每個小組的成員可以代表不同的學科背景，比如科學、技術、工程、數學等。接著，教師提出有關酸堿中和反應的實際問題，如“如何利用酸堿中和反應？”小組成員可以共同討論，并從網絡中搜索相關資料，從自己小組所代表的學科本質的角度出發，進行針對性探討，如“工程”小組可以搜索到酸堿中和反應與工程學科的如下聯系：在工程中，酸堿中和反應被廣泛應用于廢水處理和污染物凈化領域，工程師們可以利用酸堿反應中生成的鹽，將廢水中的有害物質中和掉，從而達到凈化水質的目的。組內探討的過程中，學生逐漸認識到化學在工程領域發揮的作用。可見，這樣的探究式學習能讓學生自主探索化學與各個學科的知識和技能的融合點，從而全面、深入地理解相關知識點，并提高綜合思考能力。

（四）梳理思路，強化數據分析

1.回顧實驗過程，提煉數據

化學實驗是化學教學中必不可少的環節，因此，引導學生回顧實驗過程，提煉實驗數據十分有必要。學生回顧實驗過程能對實驗中使用的化學概念、實驗步驟和儀器設備等內容進行針對性復習和鞏固，從而加深對實驗設計和操作技巧的印象。引導學生回顧實驗過程還可以讓他們意識到實驗中可能存在的誤差和偏差，為后續的實驗設計和數據分析提供更準確的基礎。而提煉實驗數據是一個更重要的數據處理步驟，可以幫助學生從繁雜的實驗結果中提取出重要的信息。實驗數據的提煉可以使學生更全面地了解實驗現象和實驗結果的規律性，并能夠將數據與理論知識相結合，從而進行更深入的計算、分析和推測。在這個過程中，他們可以鍛煉觀察能力和數據分析能力，進而提高實驗研究水平。這可以促進化學與數學的融合，并提高學生對這兩門學科融合的認知。為此，教師要加強引導學生回顧實驗過程。比如，在學生完成“人類重要的營養物質”這一課題下的實驗后，教師可以如此引導學生回顧：第一，重播相關實驗視頻，引導學生觀看，鼓勵他們總結實驗過程，讓他們回憶實驗目的和實驗的背景；第二，在視頻播放到實驗操作關鍵階段時，教師可以對重要環節進行慢放，并對現實關鍵步驟的部分暫停，讓學生回顧自己在實驗中的相關操作；第三，讓學生將記錄的實驗數據進行進一步提煉，如濃度、質量、體積等，以此培養他們嚴謹的科學思維。

2.整理數據信息，加強分析

在學生完成化學實驗后，教師要引導他們對實驗數據進行細化整理和分析，讓學生更清晰地看到數據之間的關系和趨勢，從而進一步加深對化學現象和理論的理解。在此過程中，學生可以發現實驗結果背后的規律和機制，探索化學反應和反應條件之間的關系。這將有助于他們對化學知識的掌握和應用。整理和分析實驗數據是培養學生科學思維和數據處理能力的重要環節，需要學生觀察和分析實驗結果，針對性分析有用的數據。這將培養學生對細節的關注和觀察的能力。而且他們需要運用邏輯推理和統計分析的方法尋找數據中的規律和趨勢，并進行科學解釋。這對他們的邏輯思維、數據處理能力的發展都是十分有利的，仍以“人類重要的營養物質”這一課題為例，教師可以通過以下步驟引導學生整理和分析實驗數據：第一階段，即在實驗結束后，教師可以要求學生整理實驗數據，并將其整理為表格、圖表等形式。這將幫助學生更加直觀地看到數據之間的關系。同時，教師還可以引導學生按照實驗的不同條件或參數對數據進行分類和整理，以便進行比較和分析。第二階段，教師可以引導學生對實驗數據進行系統分析，如解釋計算邏輯等。教師則可以通過提問的方式引導學生對數據進行解釋，讓他們自主揭示其中隱含的規律。這樣，通過引導整理和分析實驗數據，可以培養學生的實驗設計能力和科學研究能力，為他們今后的學習和職業發展奠定良好的基礎。

三、結語

總而言之，本文對基于STEM 教育下的中學化學教學模式進行了初步探討。通過創設科學情境、多元互動、協作探究和強化數據分析等策略的應用，可以提高學生的實踐能力、跨學科思維和創新意識，促進學生綜合素質的發展。然而，對于這一新的教育模式，還有很多問題需要進一步研究和探索。未來的研究可以通過實踐探索和項目設計來驗證這些教學策略的有效性，并進一步完善中學化學教學模式，以適應STEM 教育的發展和變革。