基于STEAM理念下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

陳佳清

摘要：STEAM教育理念最早是美國政府提出的教育倡議，為加強(qiáng)美國K12關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)的教育。鼓勵(lì)孩子在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展和提高，培養(yǎng)孩子的綜合素養(yǎng)，從而提升其全球競爭力。[1]當(dāng)下國內(nèi)的科學(xué)教育正在經(jīng)受著STEAM理念的沖擊，本文將以“測定氧氣在空氣中的體積比”裝置改進(jìn)為例，介紹滲透STEAM理念的科學(xué)課程。

關(guān)鍵詞：STEAM；空氣的成分裝置改進(jìn)

STEAM是全球化的科學(xué)教育理念，更是有效實(shí)施科學(xué)探究的指導(dǎo)思想。教育部制定的初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中也明確提出“科學(xué)探究是科學(xué)的本質(zhì)特征，具有重要的教育價(jià)值，體現(xiàn)科學(xué)探究的精神，是教育面向未來的必然要求。[2]”在初中科學(xué)教學(xué)中，有很多教師演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)，那么如何在這些實(shí)驗(yàn)中滲透STEAM理念呢？筆者以華師大版初中科學(xué)七年級下冊“測定氧氣在空氣中的體積比”為例，談?wù)勛约旱囊恍┳龇ǎ瑑H供參考。

一、融合科學(xué)、技術(shù)、工程，找到實(shí)驗(yàn)器材處理的切入點(diǎn)

在設(shè)計(jì)課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)，基于大部分學(xué)生在小學(xué)科學(xué)中已經(jīng)學(xué)過空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%這一學(xué)情，故將教材中探究空氣中氧氣的含量改成驗(yàn)證空氣中氧氣的含量。同時(shí)給學(xué)生提供必要的“技術(shù)”支持——提供針筒、橡膠管、玻璃彎管、電鉆等儀器，結(jié)合審美要求、呈現(xiàn)數(shù)理分析，引導(dǎo)學(xué)生對教材中的裝置進(jìn)行改裝（圖1），找到新的探究點(diǎn)。

在“測定氧氣在空氣中的體積分?jǐn)?shù)”的實(shí)驗(yàn)前，引導(dǎo)學(xué)生要驗(yàn)證空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，氧氣不可能單獨(dú)從空氣中抽出（圖2），只能設(shè)法將其除去。由于教材直接呈現(xiàn)紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，所以在教學(xué)中我們經(jīng)常忽略了這個(gè)問題，或許這個(gè)問題才是學(xué)生探究空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的起點(diǎn)。

二、圍繞科學(xué)、數(shù)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)新的探究問題

在選擇實(shí)驗(yàn)藥品時(shí)，教師展示相關(guān)藥品燃燒的文字表達(dá)式及其反應(yīng)物與生成物狀態(tài)的資料，學(xué)生針對藥品需要滿足的條件進(jìn)行思考，從而選取合適的實(shí)驗(yàn)藥品——既要滿足在空氣中能和氧氣發(fā)生反應(yīng)，又不能產(chǎn)生新的氣體的要求。

在紅磷燃燒結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明進(jìn)入集氣瓶中的水的體積少于其容積的1/5，沒有出現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。針對該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師圍繞STEAM理念，引導(dǎo)學(xué)生思考可能使實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差的原因，進(jìn)而歸納出裝置不能漏氣、紅磷應(yīng)過量、點(diǎn)燃紅磷要立即伸入集氣瓶中并塞緊塞子、待裝置冷卻后打開彈簧夾等是取得實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。同時(shí)，學(xué)生能夠深刻認(rèn)識到裝置氣密性好壞對實(shí)驗(yàn)成功與否至關(guān)重要。

發(fā)現(xiàn)新的問題，剩余氣體成分是什么？學(xué)生建立假設(shè)：（1）剩余氣體還有很多氧氣；（2）剩余氣體是二氧化碳；（3）剩余氣體是氮?dú)狻＝處熖峁┫灎T、火柴、澄清石灰水等實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識和生活經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：利用“紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置”左邊的針筒抽取集氣瓶內(nèi)剩余的氣體，一部分氣體緩緩地推向燃燒的蠟燭火焰周圍，觀察蠟燭燃燒情況；另一部分氣體注入澄清石灰水中，觀察澄清石灰水是否變渾濁。通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及現(xiàn)有知識得出結(jié)論：剩余氣體大部分是氮?dú)狻?/p>

三、深化探究性學(xué)習(xí)，滲透STEAM教育

初中科學(xué)課標(biāo)中提到“了解科學(xué)技術(shù)在日常生活和生產(chǎn)、社會中的應(yīng)用，了解科學(xué)發(fā)現(xiàn)帶來的重大的技術(shù)發(fā)明及其產(chǎn)生的社會影響，初步認(rèn)識科學(xué)和技術(shù)的社會功能”[2]。為了有效落實(shí)STEAM理念，在學(xué)習(xí)空氣的成分及其用途等知識后，給每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組準(zhǔn)備袋裝薯片、針筒、蠟燭、火柴、澄清石灰水，探究包裝中的氣體成分。在之前一系列實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生比較容易建立假設(shè)，并且驗(yàn)證假設(shè)：先抽取一針筒包裝袋內(nèi)的氣體，罩在蠟燭上，觀察是否熄滅；再抽取一針筒包裝袋內(nèi)的氣體，通到澄清石灰水中，觀察是否變渾濁。最終的出結(jié)論包裝袋內(nèi)的氣體是氮?dú)狻?/p>

在初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，并不缺乏STEAM元素，這就要求科學(xué)老師立足學(xué)情，幫助學(xué)生開辟一條自主探究合作式學(xué)習(xí)道路，促使學(xué)生在觀察、分析、操作、嘗試、交流合作等過程中，體會合作學(xué)習(xí)的快樂，提高解決實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]華東師范大學(xué).2015.開放教育研究.上海.數(shù)字化時(shí)代的STEAM教育.楊曉哲，任友群

[2]中華人名共和國教育部制定.2011.初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn).北京：北京師范大學(xué)出版社，6～12

[3]南京師范大學(xué).2014.理論與爭鳴.南京.美國STEAM教育變革中“變革方程”的作用及其啟示，鐘柏昌，張麗芳