基于問題式學(xué)習(xí)，開展STEAM教學(xué)

李友銀 石璞 李晉凱

摘要：STEAM教育主要是以基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)或問題式學(xué)習(xí)為主要教學(xué)（學(xué)習(xí)）方式。本文是以一個(gè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，即人們對(duì)鋁鹽溶液中逐滴加入NaOH溶液生成氫氧化鋁沉淀的質(zhì)量（m）與加入NaOH溶液的體積（V）之間量的關(guān)系認(rèn)識(shí)出現(xiàn)偏差，采用小組合作的形式，以問題為導(dǎo)向，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)、信息技術(shù)進(jìn)行科學(xué)探究，通過把科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）、藝術(shù)（A）和數(shù)學(xué)（M）多學(xué)科知識(shí)的融合，進(jìn)行知識(shí)遷移，對(duì)溶液pH與NaOH溶液的體積（V）之間的變化曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，建立反應(yīng)時(shí)Al（OH）3沉淀的生成、溶解和NaOH量之間的變化關(guān)系圖，從而糾正了人們對(duì)Al（OH）3沉淀生成與溶解耗堿量認(rèn)識(shí)的偏差，培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維、設(shè)計(jì)能力和問題解決能力。

關(guān)鍵詞：氫氧化鋁沉淀?問題式學(xué)習(xí)?STEAM教學(xué)?數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

當(dāng)前，STEAM教育已成為我國(guó)進(jìn)一步深化課程教學(xué)改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和選拔模式、提升學(xué)生科學(xué)與創(chuàng)新素養(yǎng)的重要抓手。為了加強(qiáng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，我們課題組進(jìn)行了STEAM教育的實(shí)踐與研究。

鑒于人們對(duì)鋁鹽溶液中逐滴加入NaOH溶液生成氫氧化鋁沉淀的質(zhì)量（m）與加入NaOH溶液體積（V）之間量的關(guān)系的認(rèn)識(shí)出現(xiàn)偏差，開展STEAM教育的教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

教學(xué)目標(biāo)

1.在探究鋁鹽與NaOH反應(yīng)模型的過程中，體驗(yàn)設(shè)計(jì)探究方案、綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)以及數(shù)學(xué)抽象、計(jì)算機(jī)編程等跨學(xué)科知識(shí)解決問題、建立模型。

2.學(xué)習(xí)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的操作方法，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γㄓ^察能力、提取信息的能力和動(dòng)手能力等）。

3.通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)習(xí)研究問題的科學(xué)方法（發(fā)現(xiàn)問題——猜想假設(shè)——實(shí)證研究——分析、得出結(jié)論），培養(yǎng)交流合作、對(duì)話溝通能力、批判性思維以及分析和解決問題的能力。

教學(xué)流程

探究是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式，設(shè)計(jì)是技術(shù)和工程學(xué)習(xí)的重要方式。在本次教學(xué)實(shí)踐中，科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)得以凸顯，數(shù)學(xué)抽象得以運(yùn)用，其教學(xué)流程如下：

教學(xué)反思

1.STEAM教學(xué)是通過把多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)學(xué)科知識(shí)和技能的教與學(xué)整合到一種教學(xué)范例中，使學(xué)生學(xué)習(xí)的零碎知識(shí)變成一個(gè)互相聯(lián)系統(tǒng)一的整體，這樣就消除了傳統(tǒng)教學(xué)中各學(xué)科知識(shí)割裂、不利于學(xué)生綜合使用解決實(shí)際問題的障礙，是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方法。在本課例中，為建立鋁鹽和氫氧化鈉溶液間的相關(guān)模型，學(xué)生運(yùn)用了科學(xué)：化學(xué)學(xué)科核心知識(shí)（鋁的兩性知識(shí)、水溶液中的離子反應(yīng)、平衡常數(shù)的計(jì)算等），技術(shù)：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)編程等，工程：探究過程的設(shè)計(jì)，數(shù)學(xué)：數(shù)學(xué)抽象、圖形繪制，解決了中學(xué)教學(xué)中長(zhǎng)期存在的一個(gè)誤區(qū)（三角形模型），建構(gòu)了鋁鹽和氫氧化鈉反應(yīng)的梯形模型。學(xué)生在STEAM學(xué)習(xí)過程中，深化了對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，提升了科學(xué)與工程學(xué)實(shí)踐能力，提升了思維的品質(zhì)和創(chuàng)新能力，培育了綜合運(yùn)用不同學(xué)科知識(shí)解決問題的能力。

2.STEAM教學(xué)通常關(guān)注實(shí)際問題、注重在真實(shí)的情境中開展學(xué)習(xí)。本課例以中學(xué)常見的鋁鹽和氫氧化鈉溶液反應(yīng)為真實(shí)情境，教師作為學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)師，讓學(xué)生通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，自主設(shè)計(jì)、探究反應(yīng)過程中氫氧化鈉溶液體積、氫氧化鋁沉淀和溶液pH的關(guān)系。學(xué)生發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的三角形模型和已有的知識(shí)相悖，提出質(zhì)疑，通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和用pascal語言編程驗(yàn)證，再運(yùn)用數(shù)學(xué)抽象、建模的方法得到了“溶液pH與NaOH溶液體積關(guān)系”模型。最后，學(xué)生運(yùn)用已有的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算，在科學(xué)論證的基礎(chǔ)上，建立了“Al（OH）3沉淀質(zhì)量與NaOH溶液的體積關(guān)系” 梯形模型。這種基于問題、基于設(shè)計(jì)、基于項(xiàng)目的真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)，能有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與實(shí)踐能力，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)習(xí)的過程成為一個(gè)分享的過程，更是一個(gè)創(chuàng)造的過程。

3.在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生主動(dòng)提出了應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程設(shè)計(jì)驗(yàn)證，說明課堂不是教師單方面?zhèn)魇谥R(shí)的場(chǎng)所。學(xué)生的知識(shí)面寬廣，課堂上應(yīng)該是能者為師，教師要放下架子向?qū)W生學(xué)習(xí)。不斷學(xué)習(xí)是教師唯一不變的屬性，我們要為未知而學(xué)，為未來而教。

參考文獻(xiàn)：

[1]北京師范大學(xué)等.無機(jī)化學(xué)（下冊(cè)）[M].4版.北京：高等教育出版社， 2003：673.

[2]李友銀，石璞.鋁鹽與氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀的實(shí)驗(yàn)探究[J].化學(xué)教育，2016（5）.

責(zé)任編輯：丁?蔚