STEM視域下高中化學實驗教學策略

葉陳津 李媛媛

摘 要：實驗教學在高中化學教學中的地位猶如畫龍點睛一樣，不僅可以利用好奇的心理調動學生的積極性，更能以直觀的實驗現象，帶來視覺的沖擊，留給學生深刻的印象，從而達到事半功倍的教學效果。隨著知識的綜合創新，多學科融合的問題越來越復雜，單一的學科知識已經難以解決問題，這給教育帶來了巨大的挑戰。多學科融合的STEM教育，迎合了社會對人才的需求，肩負起培養綜合創新人才的任務，也為高中化學實驗教學奠定了基礎。

關鍵詞：STEM;化學;實驗教學;策略

STEM教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）與數學（Mathematics）教育的首字母簡寫，是由美國發起的一項自上而下的教育改革[1]。美國在二戰過程中深刻體會到了綜合國力的重要性。綜合國力的競爭就是人才的競爭，而人才的培養靠教育。隨著當今社會現代化、智能化的發展，單一能力的人才已經越來越難以勝任高新技術職業。在復雜的社會背景下，多學科綜合發展的STEM教育因運而生。STEM教育能夠打破學科間的壁壘，培養綜合創新人才，為解決復雜的高新技術問題提供了強大的保證。因此，隨著美國變成超級大國，美國的STEM教育也被其他國家借鑒，并加以改進，為國際人才的培養奠定了基礎。

高中化學因其知識的多樣性和復雜性被稱為理科中的文科。學生大多習慣死記硬背應付考試，沒有利用學科特色來學習化學，使學習過程事倍功半。隨著實驗探究引入課堂，實驗過程的趣味性、實驗現象的直觀性，深深地吸引學生的注意力，大大提高學生的參與性，從而達到事半功倍作用。STEM視域下高中化學實驗教學，融合了多學科的特點，使化學知識得到全面的提升，充分體現了化學學科素養對人才的要求，為培養科研型人才奠定了基礎。

傳統的高中化學實驗教學立足課本，以演示實驗為載體，先學習新知識，再實驗驗證。這種實驗教學模式弱化了實驗的探究性和趣味性，以一種很直白的方式將實驗呈現給學生，缺少邏輯分析，設計實驗的過程。這種教學方式，不利于學生分析問題，解決問題思想的形成，也不符合真實情景問題的解決過程。STEM視域下高中化學實驗教學克服了傳統高中化學教學的缺點，有利于培養綜合創新人才。與傳統教學方式相比，STEM視域下高中化學實驗教學策略如下：

探究式化學實驗教學方法的引入，使得STEM實驗教學具有朦朧美。為了增加教材中演示實驗的吸引力，我們需要將演示實驗轉變成探究性實驗。因此，實驗的講述過程，需要按照認識事物的過程推進。對于物質性質類演示實驗，教師先講述實驗目的，并提供實驗藥品，學生按照實驗目的和藥品，設計實驗方案。最后教師邀請學生代表上臺演示實驗，并解釋實驗現象。通過學生主動分析、設計實驗方案、探究實驗等過程，使學生掌握物質具有的性質。

項目化校本化學實驗的引入，使得STEM實驗教學具有更強的可操作性，是對課堂教學的補充[2]。一個項目的解決包括了實際問題的分析，文獻的查閱，實驗方案的設計，理論論證，實驗論證，歸納總結，交流反思。因此，項目化的教學方式能夠鍛煉學生良好的科學研究思維，形成嚴謹的科學研究方法。受限于課時量和教學進度的束縛，課堂演示實驗內容只能滿足最基本的實驗，對于一些綜合創新實驗只能望洋興嘆。校本選修實驗課程的設立為學生動手做實驗提供了機會，也為培養化學綜合創新人才提供了可能。

綜合創新化學實驗的引入，對STEM實驗教學起到舉足輕重的作用。STEM視域下高中化學實驗的靈魂是綜合創新實驗。只有綜合創新實驗才能培養學生的創新意識，為社會培養創新型人才。在高中階段，大多數課本實驗都屬于常規型實驗。因此，在實驗內容不超出高中生的知識體系下，從現實生活中挖掘出一些具有綜合創新的實驗項目，具有十分重大的意義，也是對高中化學教師的巨大挑戰。例如，當學習完酸堿中和滴定后，可以設立一個校本選修實驗項目“自制酸堿指示劑并測定其顯色范圍”。學生經過查閱資料可以發現，水果和蔬菜中含有的有機色素經過提取即可制成酸堿指示劑，然后往強酸中滴加2～3滴自制酸堿指示劑，再按照強酸強堿中和滴定實驗操作，測定指示劑的顯色范圍。又如學習完氧化還原滴定后，教師可以設立校本實驗項目“碘量法測定蔬菜和水果中維生素C的含量”。蔬菜中含有維生素C，學生很早就知道這個事實，但至于含有多少并不明確。該項目的設立能夠很快引起學生的興趣。在好奇心地驅動下，學生產生強烈的探究欲望，使后續探究過程水到渠成。學生經過查閱資料即可得出碘量法測定原理及注意事項，然后從家里就地取材，在實驗室利用氧化還原滴定，可定量測定水果或蔬菜中維生素C的含量。

現代分析儀器等高端電子設備的引入，使STEM化學實驗教學如虎添翼。在測定酸堿中和滴定曲線過程中，傳統的實驗方法需要繁雜的數據處理過程。pH傳感器的使用讓酸堿中和滴定變成智能化的過程，直接可以從設備上得到滴定曲線。在學習電解質的強弱時，學生對于完全電離和部分電離概念，無法通過實驗觀察，較難理解。隨著電導率傳感器的引入，使得離子濃度的大小能夠直觀地從溶液的導電率數值得出。學生通過比較電導率數值大小，判斷電解質的電離程度，使原本抽象的概念，變成形象化的實驗，大大提高了教學效果。在學習分子的空間構型時，由于抽象化的理論，使得學生很難真正理解分子的空間結構，更不易判斷原子的共面、共線問題。隨著3D打印技術的發展，有條件的學校可以讓學生參與分子空間模型的打印過程，通過打印出的分子空間構型實物，讓學生理解原子在空間上的關系，使得抽象問題形象化。

STEM視域下高中化學實驗教學過程由于引入了上述策略，必將使得課堂教學過程更具有魅力，教學內容更加生動形象，這將驅使學生積極地參與教學過程，從而顯著地提高教學效果，為培養綜合創新型化學學科人才奠定基礎。

參考文獻

[1] 徐田子等，從危機應對到戰略規劃——澳大利亞STEM教育政策述評[J]，外國中小學教育，2018年第6期.

[2] 孫莉等，基于項目學習的STEM校本課程開發與教師專業發展[J]，教育與裝備研究，2018年第11期.

注：本文系2019年度泉州市基礎教育課程教學研究立項課題“STEM視域下高中化學實驗教學探究”（課題批準號：QJYKT2019-045）階段研究成果。