STEM理念支持下的初中化學教學實踐

STEM理念是促進數學、工程、技術、科學多學科有機統一的思想，在STEM理念引領下的教育活動體現出跨學科、體驗性、協作性、實用性、情境性等特征。根據《義務教育課程標準》的要求，化學教學中要關注學生科學能力的發展，其既要習得科學的知識和技能，也要形成科學的態度，掌握科學的方法。在初中化學教學中貫穿STEM教育理念，能夠有效促進科學知識及相關技能相互聯通，幫助學生深化理解化學教學所涉及的科學方法，建立正確的科學理念。本文主要分析STEM理念的內涵，并探究該理念支持下的初中化學教學實踐策略。

一、STEM理念的內涵

STEM理念中的“S”代表Science—科學，即人們根據對大自然的認識解釋相關的客觀規律，所涉及的中學課程有生物、化學、物理等；T為Technology—技術，指的是人們通過各類工具與科學技術操作的手段及方法；E為Engineering—工程，即開發大自然，并通過合理改造自然對社會發展過程中所發生的問題予以解決；M為Mathematics—數學，反映各種自然物體的空間形式以及數量關系，是科學、工程、技術學科的基礎。STEM理念強調整合數學、技術、工程、數學這四門學科，根據不同學科間的關聯，運用相關學科知識解決實際生活問題，促使學生不斷提高實踐素養以及創新思維能力。將STEM理念應用在教育領域，主要強調在教育教學過程中進行跨學科設計，指導學生結合四門學科的知識解決學習以及生活中遇到的問題，培養實踐探索能力和創新能力，發展核心素養。

二、STEM理念支持下的初中化學教學實踐策略

（一）關注學科整合，為學生設置學習支架

在初中化學教學中滲透STEM理念，要關注學科整合，并促使學生綜合運用多學科知識，為其設置相關的學習支架，具體包括工具支架、圖表支架等。

在為學生搭建工具支架時，教師應結合各類模型以及教具為學生的學習提供輔助，在各種工具的支持下更直觀地呈現教學內容。工具支架的搭建能夠將教材中以圖像或文字描述的相對抽象的知識轉化為立體模型。比如，在“物質的構成及分子的特征”教學中，化學教師可以為學生提供工具支架，介紹物質基本構成以及分子特征等知識，并提供分子模型，引導學生根據所學知識和已知條件組裝分子模型，以實踐的形式促使學生了解物質的基本結構。同時，通過分子模型，學生能夠更直觀地了解分子內原子間化學鍵是如何形成的，并在拆解并重新組合分子模型的過程中，對多類化學鍵進行深入探索。在這樣的課堂教學中，教師指導學生拆解與組建分子模型，能夠使其更加直觀、細致地觀察不同分子差異化的結構，經過對比，掌握不同分子的排列方式和差異化的空間結構對化合物性質產生的影響。教師為學生提供工具支架，不僅有利于其深入理解知識的內涵，還有助于培養他們的科學思維、實踐能力和思考能力，并滲透 STEM理念。

在搭建圖表支架的過程中，教師可以利用圖表的方式更全面、完整地構建知識框架，使學生更深刻地理解復雜的概念，并直觀地了解不同概念之間的關聯。圖表支架普遍應用在科學、數學、技術以及工程領域，通過圖表更直觀地展示數據或闡釋理論。與傳統的文字、圖片等方式相比，圖表更便于學生理解，促使其深刻地記憶所學知識。比如，在對化學元素周期表相關內容進行教學的過程中，教師就可以將化學元素周期表作為教學圖表支架。例如，在講解氫、鋰元素時，這兩個元素在元素周期表中均為第一主族元素，原子結構相似，在教學實踐中，教師就可以讓學生先對元素周期表整體布局進行細致觀察，著重分析鋰原子、氫原子兩者的電子層結構有哪些共性與差異，再自行思考，或者以小組為單位進行探究，并分類歸納。通過探究元素周期表的布局規律，學生能夠了解原子化學性質和其價電子存在密切關聯，并知道氫、鋰兩個元素的化學性質相似，還能結合其他元素構建化學鍵。在初中化學教學中，將化學元素周期表當作圖表支架，有利于學生深入理解圖表內容間的關聯，把握知識的特點與規律，并在這一過程中培養自身的知識探究能力以及邏輯思維能力。

（二）設置核心問題，促進學生思維發展

在以STEM理念為基礎探索初中化學教學策略的過程中，教師還要設置核心問題，促進學生思維的系統化發展。比如，在化學教學實踐中，教師可以提出知識構建性的問題，有效調動學生的探究興趣，促使其積極調用所學知識和已有經驗，在細致觀察、實踐操作以及深入分析的過程中理解新的概念。相較于傳統的教學模式，在化學課堂教學中提出知識構建性的問題，有利于提高學生的學習積極性，促使其主動參與教學活動，并在這一過程中培養其自主學習能力和批判性思維。又如，在化學教學實踐中提出工程設計問題，有利于學生遷移運用所學知識解決問題，在這一過程中深化理解知識的內涵，提高知識應用能力，并培養創新思維。在提出工程設計問題后，教師可以要求學生先進行問題分析，嘗試提出可行的解決方案，再通過實踐操作找出方案中的不足之處，并予以改進。

例如，在“化學與能源開發”教學中，教師可以布置開發可再生能源系統的任務，在任務探究的過程中，學生會遇到能源轉換以及能源利用等一系列的問題，需要遷移運用所學知識。在實踐中，學生以小組為單位探究可再生能源的原理，并了解相關能源的應用，包括水能、風能、地熱能以及太陽能等，在深入分析可再生能源轉化特點及應用方式的基礎上，合作設計可再生能源系統，使化學能轉化為電能等可用于實際生活的能源。在設計可再生能源系統的過程中，學生不僅要探究可再生能源的捕捉、轉化以及儲存方式，還要分析各種化學反應涉及哪些發生條件，并有怎樣的反應速率。而在相關問題的解決過程中，學生需要遷移運用化學方程式以及相關化學反應機制，并充分考慮當前科技發展情況以及我國國情，保證系統既要具備可行性，又要具有實用性。教師在初中化學教學中提出工程設計問題，能夠促使學生在探索問題解決方案的過程中不斷創新，并通過實驗以及測試的方式持續進行方案優化。這樣的教學策略有利于學生充分認識理論知識在實際問題解決中的應用價值，并培養其創新思維，促使其積極探索化學學科與其他多領域學科知識間的融合策略，在實際生活中綜合運用多學科知識解決一些實際問題。

（三）組織項目教學，培養學生的綜合素養

初中化學教師在STEM教育理念的指導下創新化學教學實踐策略，還要打破傳統以課時為單位的教學模式，圍繞某個主題性的項目融合多學科知識，指導學生根據項目主題廣泛地收集學習資源和實踐素材，在項目設計的過程中綜合運用多學科知識提高核心素養。

結合STEM理念落實項目化教學策略的過程中，化學教師需要根據教材知識以及學生學情精心提煉項目主題。比如，在“二氧化碳的實驗室制取與性質”教學中，學生在實驗操作之后發現制備結束后的廢氣缸中包含一些殘留物，就圍繞此現象提出問題：“這些固體殘留物都包含哪些顆粒成分？又有哪些液體成分？該怎樣處理這些廢渣和廢液呢？”這樣的問題源自真實的情境，具有較高的探究價值，同時從情境中延伸出來的廢渣、廢液處理問題屬于“三廢處理”范疇，具有生活性以及社會性價值。借此契機，教師就可以布置探究性的任務：實驗中的殘留物究竟是什么？這些殘留物是酸性還是堿性的？該如何去除？這些子問題就是子項目，使整體項目的學習更加豐富、有趣。項目化教學主題的設計有利于同步培養學生的多學科素養，增強學生的社會責任意識。

STEM理念強調跨學科教學，所以在項目化學習過程中，教師要圍繞項目主題組織實踐性和綜合性的探究活動，讓學生調取既往所學的多學科知識與經驗，通過綜合化、立體化的工程設計同步發展工程素養、數學素養與科學素養等。比如，在“常見的酸和堿”教學過程中，教師先為學生播放某電視節目中有關化肥的生活片段，并據此創設主題情境，使學生深入了解化肥的價值及作用。之后，提出主題探究性的任務：查詢化學肥料的程序，并從這一主題下引入兩個分項目：第一，分析與總結化肥的種類，探究化肥有哪些作用，又有哪些利弊；第二，設計一個資料查詢軟件，并通過該軟件查找不同化肥的性質，以及探究如何使用軟件合理地推薦化肥。對于第二個任務，很多學生覺得難度較大，教師要適時引導。首先，選擇農作物，確定該農作物有哪些癥狀，并通過網絡平臺查找各類化肥性質的相關資料；其次，學生根據各類化肥的特點及性質，針對不同農作物的不同癥狀推薦化肥種類，并重點闡述推薦理由；最后，學生設計化肥推薦軟件，并逐步豐富軟件功能，從而深入理解化肥在實際生產生活中的作用。在相關項目實施過程中，學生首先通過查找資料將化肥劃分為復合肥、鉀肥、磷肥、氮肥等，并利用計算機軟件設計化肥推薦圖譜，在這一過程更深刻地把握化學知識與實際生活間的聯系。其次，學生結合農作物種植面積、癥狀等合理地選定所需化肥，并準確計算化肥用量，由此遷移運用數學、化學、計算機等知識，從而有效滲透STEM理念，調動學習興趣，深刻體驗化學知識的應用價值。

（四）創設生活情境，強化學生的學習體驗

STEM理念倡導通過創設真實的情境有效培養學生的問題解決能力，尤其強調讓學生遷移運用多學科專業知識，促進學科融合。但不管哪門學科，其知識均源自生活，因此在初中化學教學中，教師要積極創設生活化的情境，貫穿多學科知識，有效滲透STEM理念。在初中化學生活化情境創設的過程中，教師要先提煉教學素材，并進行生活化處理，為學生創設真實、趣味、生動的教學情境，增強學生的學習體驗，促使其積極參與教學活動，培養多項能力和綜合素養。

比如，在“探秘水世界”一課的教學過程中，教師可以創設以下情境：在野外徒步的過程中，在缺乏水源的情況下，我們該怎么辦呢？能喝自然界中的水嗎？這些水與我們平時喝的水一樣嗎？這樣的水中包含哪些雜質？又該如何凈化，使其符合飲用標準呢？之后，教師引導學生以小組為單位進行自主思考，并遷移運用所學知識進行問題解答。以上生活化的情境以及相關問題涉及社會、科學、化學等知識，回答這些問題有助于學生深入理解新知識，把握知識與實際生活間的關聯，從而有效培養學生的發散性思維。

（五）開發實驗資源，促使學生建立化學思想

要想在初中化學教學中滲透STEM教育理念，就要融合數學、科學、技術、工程等相關領域的知識，開發豐富的實驗資源，以高效實現教學目標，培養學生的核心素養。

比如，在“燃燒的條件與滅火的原理”實驗中，以往會使用白磷、紅磷等材料，但燃燒的白磷會造成環境污染，而且氧氣注入操作相對復雜，對此，教師可以基于STEM理念，結合其他學科的知識優化實驗方案。首先，準備實驗所需器材，如燒杯、銅板等，并詳細講解實驗步驟以及相關的化學反應。其次，在銅板上放置白磷，引導學生通過觀察白磷的自燃現象了解其化學性質，并讓學生用盛有水的燒杯快速蓋住銅板，讓白磷在封閉的環境中燃燒，從而直觀地觀察在氧氣不斷耗盡的過程中白磷燃燒狀態的變化，思考滅火的原理。再次，在白磷停止燃燒后，教師著重介紹目前燒杯里的氣體為P2O5，是有毒物質，將這類氣體釋放到空氣中會造成環境污染，并在一定程度上損害人體健康。最后，教師指導學生運用空心管將燒杯中的P2O5導入NaOH溶液當中，使兩者發生化學反應，由此處理有毒氣體。這樣的實驗設計有助于學生樹立綠色化學思想，并整合多種教育資源促進學生思維的發展。

三、結語

STEM理念屬于一種新型的教育理念，倡導創設真實的情境，讓學生運用多學科知識解決問題，在這一過程中深入理解知識的內涵，開闊知識視野，從而不斷提升知識遷移運用能力和問題解決能力。在初中化學教學實踐中，教師要深入把握STEM理念的內涵，根據這一理念的核心要求創新化學教學策略，以高效實現教學目標，培養學生的綜合素養。