基于STEM課程理念的初中化學教學實踐研究

摘要：STEM課程理念下的化學教學注重學科整合、問題驅動和小組合作，旨在培養學生的系統思維、創新思維和實踐能力.本文探討了在化學教學中應用STEM課程理念展開教學的方法.通過實踐與研究，化學教學中的STEM課程理念能夠促進學生的綜合能力發展，為培養未來科學領域的創新人才作出貢獻.

關鍵詞：STEM課程理念；化學教學；學科整合；小組合作

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2024）20-0131-03

收稿日期：2024-04-15

作者簡介：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：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）.

在21世紀的今天，科學、技術、工程和數學（STEM）教育的重要性日益凸顯.STEM教育致力于培養學生的綜合能力和創新思維，將理論知識與實際問題相結合，使學生能夠真正地將所學應用于解決日常生活中的實際挑戰.作為STEM領域中的一門重要學科，化學教育也逐漸將STEM課程理念應用于教學實踐中.本文將以化學教學為例，探討在STEM課程理念下的實踐和研究.

1指向學科整合，搭建支架

1.1工具支架，探索空間結構

工具支架是指在教學過程中使用的各種教具、設備、模型等，旨在提供輔助、引導和促進學生學習的工具，它能夠提供直觀的視覺呈現.相比于書本中的文字描述或圖像，工具支架能夠將抽象的概念以立體模型的形式呈現給學生.

以“使用分子模型探索化學鍵的構成和化合物的空間結構”為案例，通過實際操作來展示工具支架在化學教學中的應用.首先，教師向學生介紹了分子模型的基本原理和使用方法.隨后，教師給學生發放了一些分子模型，讓他們根據給定的化學式組裝分子模型.通過這種實踐性的學習方式，學生在動手操作的過程中，深入理解了化學鍵的構成和化合物的空間結構.在分子模型的幫助下，學生能夠清晰地看到分子中原子之間的化學鍵的形成方式，他們可以通過拆解和重組分子模型，探索不同類型的化學鍵，如共價鍵和離子鍵.學生通過親自搭建分子模型，深入了解了原子之間是如何通過共用電子或轉移電子來形成化學鍵的.在探索了化學鍵的構成之后，學生進一步學習了化合物的空間結構，他們通過搭建分子模型，觀察和比較不同結構的分子，了解了分子間的排列方式以及空間結構對于化合物性質的影響.通過這個案例，學生不僅掌握了相關知識，還培養了觀察和思考的能力、實踐能力和科學思維.因此，合理利用工具支架，通過“探索空間結構”的教學方式，是貫徹STEM課程理念的有效方法[1].

1.2圖表支架，解釋相互作用

圖表支架是一種以圖表形式展示信息和數據的工具或框架，它可以幫助學生更清晰、更直觀地理解和解釋復雜的概念或關系.在科學、研究和教育領域，圖表支架通常用于展示數據、解釋模型或描述理論框架，它通過可視化的方式呈現信息，比傳統的文字或表格更容易理解和記憶.

在“探索元素周期表中的周期性規律并解釋原子結構和化學性質之間的關系”方面，教師可以使用周期表作為圖表支架來進行教學.以氫和鋰兩個元素為例進行詳細分析，氫和鋰在周期表中都屬于第一主族元素，擁有相似的原子結構.氫原子只有一個質子和一個電子，而鋰原子有三個質子和三個電子.通過觀察元素周期表的布局，學生可以發現氫和鋰原子的電子層結構具有共同的特點，即它們都有一個價電子.根據元素周期表的布局規律，學生知道了原子的化學性質主要取決于它們的價電子，氫和鋰具有相似的化學性質，能夠與其他元素形成化學鍵，參與化學反應.通過分析，學生可以清楚地看到元素周期表的周期性規律和元素的原子結構之間的關系.

2聚焦問題驅動，深化思維

2.1知識建構問題，發展系統思維

知識建構問題的核心是提出具有挑戰性和啟發性的問題，激發學生的思考和探索欲望.這些問題通常需要學生運用已有的知識和經驗，通過觀察、實驗、分析等活動來積極構建新的概念和理解.與傳統教學模式相比，知識建構問題引導學生主動參與學習過程，有效培養其學習興趣、自主學習能力和批判思維.

在講“化學平衡”這部分內容時，教師提出一個問題：“如何通過調節溫度和反應速率來提高化學反應中生成物的產率？”首先，學生可以通過改變溫度來觀察反應速率的變化.隨著溫度的升高，反應速率會增加.接下來，學生將使用平衡常數的計算公式和實驗數據來分析不同溫度下化學平衡的移動趨勢，他們會觀察到溫度升高時，化學平衡向產物生成方向移動，這表明溫度對平衡常數也有影響.學生將綜合考慮反應速率和平衡常數的變化趨勢，通過調控溫度和反應速率，使反應趨向于產物生成，從而提高生成物的產率.

知識建構問題在STEM化學教學中的應用，對學生深入理解和應用化學知識具有重要作用.這種教學方法能夠激發學生的學習興趣和創造力，培養他們的自主學習和解決問題的能力.通過在教學中貫徹“知識建構問題，發展系統思維”的教學方式，我們能夠更好地實施STEM課程理念下的化學教學.

2.2工程設計問題，發展創新思維

工程設計問題引導學生將學科知識與實踐應用相結合.在化學學科中，學生可以通過參與工程設計問題，深入理解化學原理與應用，并發展創新思維.通過工程設計問題，學生需要分析問題，提出解決方案，并進行實踐與改進.這個過程中，學生將運用化學知識解決實際問題，同時不斷思考創新的方法和途徑[2].

教師在講授“化學能的轉化與利用”這部分內容時，以設計一個可再生能源系統為例，學生需要運用化學知識解決能源轉換與利用的問題.在教學過程中，引導學生研究和了解可再生能源的原理和應用，例如太陽能、風能、水能等，他們將分析這些能源的特點和轉化方式，并思考如何設計一個可再生能源系統，以有效地將化學能轉化為其他可用能源，比如電能.學生在設計過程中需要考慮如何捕捉和存儲可再生能源，以及如何將其轉化為電能，還要思考不同化學反應的發生條件和效率，并運用相關的化學方程式和反應機制來解決問題.此外，學生還需要結合世界國情和科技發展水平，考慮系統的實用性和可行性.通過工程設計問題的教學方法，學生將面臨許多挑戰和難題，需要運用創新思維來尋找解決方案，他們需要分析問題、提出假設、進行實驗和測試，并不斷迭代和改進設計方案.

通過工程設計問題的教學方法，學生不再將化學知識僅僅視為理論知識，而是能夠將其應用于實際問題的解決，他們能夠運用創新思維，設計并改進可再生能源系統，促進化學能的轉化和利用.這樣的教學方法有助于培養學生對化學能的深入理解，并激發他們對STEM領域的興趣和探索.

3加強小組合作，動手實驗

3.1項目式教學，探索認知模型

項目式教學從理論上講是一種以學生為中心、強調實踐應用的教學方法.學生通過設計和實施獨立的研究項目，能夠更深入地理解化學反應的機理.在這個過程中，學生需要通過自主學習、調查研究和實驗探索等方式，形成對化學反應機理的認知模型，同時培養創新能力和合作精神.

在講到“化學反應的機理”這部分內容時，教師將學生組成若干個小組，學生通過小組合作設計并實施一個獨立的研究項目，目標是探索某種常見化學反應的機理.學生首先需要選擇一個感興趣的反應，然后通過文獻資料和實驗數據的收集，了解該反應的相關背景和已有的研究成果.接下來，學生需設計實驗和選擇數據分析方法，通過實驗測定和分析數據來推測該反應的機理，他們需要運用化學原理、反應條件和影響因素的知識，提出可能的反應機理，并設計實驗方案驗證.在實驗過程中，學生需進行反應條件的調控、原料濃度和溫度的變化等操作，并觀察和記錄實驗結果.通過數據的分析和對照，學生能夠推導出合理的反應機理，并結合文獻資料和已有研究成果進行討論和驗證.項目式教學不僅加深了學生對化學知識的理解，還培養了他們的創新能力、獨立思考和合作精神.此外，項目式教學與STEM課程理念有機結合，通過實踐與研究的教學方法，加強了科學、技術、工程和數學等學科之間的綜合性學習，有助于培養學生綜合運用知識和技能解決實際問題的能力.

3.2應用式教學，解釋生活現象

化學中的應用式教學是一種注重將化學知識和理論應用到實際生活中的教學方法，它不僅僅注重學生對知識點的理解，更著重教授學生如何運用這些知識解決實際問題.應用式教學的核心思想是通過實踐和實際應用，讓學生深入理解化學原理，并將其運用到各種情境中，它強調學生的主動參與和探索精神，培養學生的創新能力、問題解決能力和批判性思維.

在“化學反應和催化劑”這堂課上，教師可以以研究汽車尾氣的主要污染物和尾氣凈化技術為例來引入.首先，學生需要了解汽車尾氣中的主要污染物，例如一氧化碳、氮氧化物和顆粒物等，并探究其對環境和健康的危害.接下來，學生將研究尾氣凈化技術中的關鍵反應和催化劑.例如，學生可以學習汽車尾氣催化轉化器的原理和工作過程，他們將研究反應條件、催化劑的成分和結構，以及反應機理等關鍵因素.通過實驗、模擬或文獻研究，學生能夠對尾氣凈化技術有一個更深入的了解.通過實驗室模擬或文獻研究，模擬汽車尾氣的反應過程，并觀察和分析催化劑對尾氣污染物的轉化效果.通過這個過程，學生將深入了解反應機理、催化劑的選擇和活性等關鍵因素.

這種教學方法將理論與實踐相結合，強調學生的主動參與和探索精神，培養學生的創新能力和問題解決能力.

4結束語

通過這些實踐與研究，化學教學中的STEM課程理念為學生的綜合能力和創新能力的培養提供了有效途徑，為未來科學領域的創新人才的培養作出了積極貢獻.希望更多教育者能夠關注并推進STEM理念在化學教育中的實踐與研究.

參考文獻：

［1］ 趙閃.基于5E模型的STEM項目教學實踐研究[J].教育參考，2019（3）：24-28.

[2] 蔡瑾.STEM項目學習中情境創設的策略研究[J].試題與研究，2020（36）：7-8.

［責任編輯：季春陽］