“STEM”教育理念下的初中化學教學實踐

李國建 何建華

摘? 要：“STEM”教學實踐是一種有意義的教學實踐.基于“STEM”視角，教師要在情境中研發項目主題，在探究中實施項目主題，在遷移中推進項目主題，在應用中深化項目主題.在初中化學“STEM”教學中，教師要相信學生、賦能學生、賦權學生，引導學生積極主動地踐行“STEM”學習.以此有效地提升學生的綜合學力，發展其綜合素養.

關鍵詞：“STEM”理念；教學實踐；初中化學

中圖分類號：G632??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：1008-0333（2024）14-0116-03

收稿日期：2024-02-15

作者簡介：李國建（1980.10—），男，江蘇省南通人，本科，中學一級教師，從事中學化學教學研究；

何建華（1981.10—），女，江蘇省南通人，本科，中學二級教師，從事中學化學教學研究.

基金項目：江蘇省南通市教育科學“十四五”規劃2021年度課題“基于STEM課程理念的初中化學教學實踐研究”（立項編號：GH2021348）.

培育學生的核心素養已經成為當下初中化學教學的根本目標和追求.核心素養不僅要求教師要引導學生掌握知識，更要求教師在教學過程中能積極主動地引導學生應用相關學科知識去解決現實性的問題.“STEM”教育就是綜合應用科學、技術、工程、數學等相關學科知識的綜合性、跨界性教育.基于“STEM”教育理念的視角，教師要引導學生展開豐富性、多樣性的化學學習實踐.“STEM”教育理念下的初中化學教學實踐，是一種項目化的跨界實踐.

1 在情境中研發項目主題“STEM”教育理念下的初中化學教學實踐，不是單一性的知識教學實踐，它不同于一般性的初中化學課堂教學.一般性的課堂教學，是以化學“知識點”為載體，以“課時”為組織教學單位.而“STEM”理念下的化學教學，一般是以主題性的“項目”為載體、方向，它融會貫通多學科知識，因而往往超越碎片化、孤立化的“知識點”，超越機械的、單一的“課時”.作為教師，組織實施初中化學STEM教育，首先應當設計、研發項目主題.只有項目主題明確了，學生才能積極主動地搜集相關的化學學習實踐資源、素材，朝向項目主題方向邁進［1］.

提煉、抽象、概括項目主題，要求教師深入研究化學學科的本體性知識，同時也要求教師深入研究學生的具體學情.比如在教學“實驗室制備二氧化碳”這一部分內容之后，學生發現廢物缸中有不少的殘留物.由此引發學生的思考：這些殘留物中的固體顆粒成分是什么？液體成分是什么？這些廢液、廢渣如何處理？在情境中生發出問題，這樣的問題對于學生而言，是一個真問題，因而也是一個有研究價值的問題.在上述“實驗室制備二氧化碳”教學實踐中，對“廢液”“廢渣”等的處理，屬于生態學、環境保護中的“三廢處理”（還有一個是指“廢氣”）.因此，這一問題不僅具有個體性意義，同時更具有社會性、生活性意義.同時，這一問題也不僅僅是學生個體的問題，而是屬于學生群體的問題.通過這一項目主題的研發、設計，不僅提升學生的化學、數學等跨學科素養，同時培育學生的社會責任意識.教學中，先讓學生設計實驗方案，引導學生探究殘留物“是什么”“酸堿性怎樣”“怎樣去除”等相關子問題.由此，建構學生主題項目化學習的“子項目”，讓學生的化學學習走向豐富、生動、有趣.

2 在探究中實施項目主題“STEM”教育是一種注重跨學科實踐的教育理念和模式.實施“STEM”教育，必須引導學生展開跨學科、跨界的探究.只有通過探究，才能有效地培育學生的科學素養、數學素養以及工程素養等.作為教師，不僅要引導學生提出相關的項目化活動主題，同時也要引導學生圍繞著項目化主題展開綜合性的實踐活動.在化學教學中，教師要引導學生從項目化主題出發，喚醒學生的多學科跨界學習知識經驗，并引導學生展開立體性、綜合性的工程化設計.基于“STEM”理念的化學教學，是一種項目化、綜合性的教學，它能有效提升學生的學習力，發展學生的綜合性、跨界性的素養［2］.

如在學生學習了“酸堿鹽”這一部分內容之后，教師為學生創設一個具有實際意義的真實性的情景，利用湖南衛視《向往的生活》節目，將學生帶入“化肥與生活”的主題情境之中，讓學生認識到“化肥”的重要作用、價值.在此基礎上，自然而然地引導學生提出這樣的主題——“化學肥料的查詢程序”.圍繞這一項目化主題，引導學生進行綜合性、立體性的項目化學習的工程設計：［項目一］讓學生認識到化肥的種類、作用、利弊；［項目二］引導學生進行軟件設計，即“如何快速地查詢到各種化肥的性質以及如何有效地推薦化肥”.在引導學生完成“項目二”的活動時，筆者重點引導學生從下面幾個方面展開思考、探究、設計、研發.一是確定作物的信息和癥狀；二是查詢到不同的化肥的性質；三是引導學生選擇不同種類的化肥，進行不同種類的化肥推薦，并且重點在推薦的理由上；四是引導學生優化化肥推薦譜和軟件，并且不斷地豐富軟件的功能，從而讓學生更有效地掌握化肥與日常的生產、生活之間的關系.在項目化學習過程中，學生將化肥分為了“氮肥”“磷肥”“鉀肥”“復合肥”，并借助計算機中的相關軟件完成“化肥推薦原型設計圖”.有了這樣的“化肥推薦原型設計圖”，就有效地建構了化學學科知識與生活之間的關聯.在生活中，就可以根據農作物的癥狀、農作物的面積等，通過計算核計出相關的“化肥用量”.學生將化學學科知識與數學學科知識、計算機學科知識以及生活知識等有機結合、實施.這樣的一種項目化的學習活動，不僅充分體現了“STEM”理念，同時更激發了學生的化學學科學習的興趣，調動了其化學學科學習的積極性，讓學生積極主動地融入化學學科學習中，同時深刻地感受、體驗到化學學科知識的意義和價值.

3 在遷移中推進項目主題初中化學學科“STEM”教育，秉持“教學評”一致性的原則，努力讓教師的教、學生的學與對教學的評價一致，從而讓學生的化學綜合性的項目化學習成為一種有效的學習.在實施“STEM”教育中，教師不僅要引導學生自主探究，同時還要引導學生主動遷移，從而讓學生積極有效地推進項目化主題學習.積極有效的遷移，讓學生的化學“STEM”學習成為一種有效學習.

如一位學生在商場購物，發現一些食品的包裝袋都是充滿著某一種氣體.基于這樣的發現，該生提出了這樣的問題：包裝袋充的是什么氣體？如何獲得包裝袋中的氣體作為樣品做進一步的研究？這樣的問題，是學生在生活中遇到的問題，同時是一種帶有化學實驗味道的問題.基于學生的“真問題”，在教學中將之作為項目化學習的主題，即引導學生展開“如何抽取氣體”的研究.在項目化教學中，學生積極主動地遷移知識經驗、生活經驗等，提出了“抽取氣體”的方法、“排水”的方法等.如學生嘗試“應用醫用注射器抽取魚鰾內氣體并且測量其體積”，嘗試“應用排水法測定空氣中的氧氣的體積”等.在項目化實驗過程中，學生積極主動地遷移實驗經驗，并展開自主性、自能性的探究.有學生利用注射器直接抽取魚鰾內的氣體并測量其體積；有學生在水下刺破魚鰾，并用排水法手機魚鰾內氣體并測量其體積；有學生采用“控制變量法”，用酒精燈、鐵架臺、試管、帶孔的橡膠塞、彈簧夾等器材，對等體積的水和空氣進行壓縮，并比較壓縮的程度等.在項目化的主題活動中，學生積極主動地調用自我的已有知識經驗、生活經驗、活動經驗等，展開了實驗探究.在這個過程中，學生會積極主動地設計任務、畫圖標識、計劃步驟、原型試驗等.在項目化教學過程中，學生還對相關的問題展開微觀性的思考，如有學生提出“如何比較氣體和液體分子間隙的大小”等相關問題，從而讓學生的項目化學習活動走向深入，走向深度.

4 在應用中深化項目主題引導學生展開初中化學的“STEM”綜合性能學習，要讓學生對相關的多學科知識進行綜合性的融合、應用.在初中化學STEM教學中，教師要致力于培育學生的自主學習能力，提升其數學、科學、技術、工程等的綜合性素養.要在課程研發思路、內容設計、實施過程等方面，進行深入的探索、探討.在初中化學“STEM”教學中，教師不僅要引導學生建構知識，更要引導學生遷移知識、應用知識.知識的應用過程，是學生“STEM”綜合素養的重要標識，是學生“STEM”學習力的重要確證與表征［3］.

以“STEM”課程——“自制凈水器”的教學為例，這一課的教學目標是“深刻理解過濾、吸附等的凈水過程”.傳統的化學教學，往往就是教師做一個演示性的實驗，或者引導學生做一個演示性的實驗，完成“過濾”“吸附”等的操作過程.這樣的一種教學過程，難以激發學生的興趣、調動學生的積極性.筆者在教學中，將“過濾”“吸附”的實驗設計研發成項目化的“做凈水器”活動，不僅要求學生從化學學科視角來思考、設計，同時還要求學生從相關學科視角如物理學學科、生物學學科的視角，來設計、實踐.在這個過程中，學生不僅要思考、探究“離子”（化學學科）等的處理，同時還要思考分子等的處理（兼顧物理與化學學科），思考、探究“體積”“密度”（物理學科）等相關問題，思考、探究“微生物”的處理（生物學科）等的問題.在教學實踐中，學生自主準備了相關的材料如“氫氧化鈣”“活性炭”“過濾紙”“攪拌棒”“沙子”，綜合應用物理的、化學的等學科知識展開實踐探索.通過物理學、化學、生物學等的方法，學生深刻地認識到，“凈水器的功能”其實就是過濾掉水中的“漂浮物”“重金屬”“細菌”“病毒”“余氯”“泥沙”“鐵銹”“微生物”等.通過對相關學科知識的應用、實踐，學生不僅有效地解決了現實問題，同時也深刻地認識到各學科知識并不是孤立的，在實踐中往往是交織在一起綜合應用的.

5 結束語

基于“STEM”視野的初中化學教學，是一種綜合性、實踐性的教學.作為教師，要有意識地提升學生的綜合探究能力、實踐能力.精心設計“STEM”項目主題，促進學生積極主動地參與項目化活動.要以解決真實問題為原點，以制作產品為導向，融入、滲透相關學科知識，從而讓學生的學習過程更有意義.在互聯網、大數據背景下，教師還可以引入相關的信息科技，如手機、平板、電腦等，從而建立線上線下即時交互、真實與虛擬融合的學習方式，進而讓學生的化學學習更生動、更鮮活、更有趣、更有效.

參考文獻：［1］

朱鵬飛.學科核心素養的研究進展及其對中學化學教學的啟示［J］.化學教學，2017（1）：8-15.

［2］ 任偉，李遠蓉，馬坤鶴，等.基于STEM教育下的中學化學教學模式初探［J］.化學教與學，2015（7）：10-12.

［3］ 田潤，丁偉.基于化學實驗的STEM 項目：設計檢測Co2+濃度的技術方案［J］.化學教學，2016（11）：43-47.

［責任編輯：季春陽］