化學(xué)STEM課程及案例分析

方紅梅

摘 要：STEM是源于美國的集科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)為一體的綜合教育，是為打破學(xué)科間的界限，通過對學(xué)生應(yīng)用學(xué)科素養(yǎng)綜合解決問題能力的培養(yǎng)，為社會的建設(shè)輸送綜合性的人才。在中學(xué)化學(xué)中實施STEM教育理念可以提高學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，在化學(xué)的學(xué)習(xí)中感受各學(xué)科之間的緊密聯(lián)系。本文以工業(yè)生產(chǎn)中的“海水中提取鎂”為例，詳細(xì)闡述中學(xué)化學(xué)STEM課程中化學(xué)與其他學(xué)科之間的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：STEM課程;中學(xué)化學(xué);海水中提取鎂;化學(xué)教學(xué);教學(xué)案例

STEM是指科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics），強調(diào)的是在課堂上巧妙融合四門學(xué)科，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科綜合的運用能力。在課程改革后，中學(xué)化學(xué)教材中的知識越來越貼近生產(chǎn)、生活實際，為STEM理念融進(jìn)中學(xué)化學(xué)教學(xué)之中提供基礎(chǔ)保障。教師在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中對學(xué)生進(jìn)行STEM知識的融合，不僅要重視學(xué)生對化學(xué)知識的掌握，還要注重對學(xué)生進(jìn)行化學(xué)學(xué)科外知識的了解，既可以開闊學(xué)生的知識面，又能最大程度地提高學(xué)生運用綜合知識解決問題的能力。

一、選取案例依據(jù)

鎂質(zhì)輕、耐腐蝕性佳、減震性及耐沖擊性強、尺寸安定性高，在交通運輸、電子通信、醫(yī)療、軍工等行業(yè)中應(yīng)用廣泛，而鎂在海水中的含量僅次于氯和鈉，因此開發(fā)利用海水這一巨大資源提取鎂在生產(chǎn)、生活中都有重大意義。“海水中提取鎂”在中學(xué)化學(xué)教材中居于電解飽和食鹽水制取氯氣、碘的提取、離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等基礎(chǔ)知識之后，且這一工程中涵蓋化學(xué)、科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識，在此工程中進(jìn)行STEM教育更能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。故在本文中以“海水中提取鎂”為案例，分析STEM理念在中學(xué)化學(xué)中的應(yīng)有。

二、教學(xué)設(shè)計思路

從科學(xué)知識方面講，本課題以化學(xué)知識為主，主要涉及離子的富集、離子反應(yīng)、電解熔融氯化鎂等知識;在鎂的提取過程中認(rèn)識其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)，以及在實際生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，進(jìn)而從課內(nèi)引入課外，使化學(xué)知識由“學(xué)術(shù)性”轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧鐣浴保處煹慕虒W(xué)由“以學(xué)科為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)習(xí)為中心”。

從技術(shù)工程方面講，學(xué)生要通過已學(xué)知識和查閱資料，了解生產(chǎn)石灰乳的工廠所具備的條件，如技術(shù)先進(jìn)、符合“綠色化學(xué)”、能最大程度地利用流程中的副產(chǎn)品;“海水中提取鎂”涉及多種工藝流程，如煅燒、沉降、過濾、電解熔融等。教師在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計工藝流程，在小組討論和相互交流中精化工藝流程，對自己設(shè)計的工藝流程進(jìn)行必要的改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。

從數(shù)學(xué)知識方面講，在整個教學(xué)流程中，數(shù)學(xué)作為輔助工具與化學(xué)知識相整合，如圖表的設(shè)計、鎂的提取率的計算，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，還提高了學(xué)生對數(shù)據(jù)的對比、分析能力，增強學(xué)生知識的運用能力。

三、教學(xué)流程

【創(chuàng)設(shè)STEM情境】使用PPT展示鎂及其合金在實際生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)鎂的物理性質(zhì);以圖表的形式展示給學(xué)生海水中各元素的含量，以及全國各地對鎂及其合金的用量，進(jìn)而讓學(xué)生認(rèn)識到制取鎂的重要意義，使學(xué)生從課程之初就意識到STEM理念在課程中的應(yīng)用。

【提出問題】從剛才的PPT展示中，我們已經(jīng)了解到全國各地對鎂及其合金的需求量是很大的，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過電解飽和食鹽水制取氯氣、碘的提取、離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等知識，那么問題來了：如果你是一位企業(yè)家，由于海水量巨大，你從眾多海水中資源的開發(fā)項目中選擇了“海水中提取鎂”這一項目，你會如何設(shè)計“海水中提取鎂”的工藝流程？

【工藝流程初探】依據(jù)教師提供的氯化鎂的熔點低、海邊貝殼的主要成分等信息，引導(dǎo)學(xué)生自主完成“海水中提取鎂”的工藝流程設(shè)計，畫出流程圖，以小組的形式呈現(xiàn)給全班學(xué)生，并說明小組在設(shè)計流程圖中所遇到的問題。

【疑難解答】首先對學(xué)生所做的流程圖加以贊賞，然后針對學(xué)生在設(shè)計流程圖中的疑問及涉及的知識點進(jìn)行講解，鼓勵學(xué)生對自己設(shè)計的流程圖進(jìn)行改進(jìn)。如學(xué)生普遍反映無法快速有效的提取海水中鎂，我們便可以利用前幾節(jié)學(xué)到的元素的富集方法來展開，進(jìn)而使學(xué)生對所學(xué)知識更加鞏固。

【工藝流程再探】通過教師對疑難問題的解答和對化學(xué)知識的講解，對所畫的流程圖進(jìn)行改進(jìn)，確定最終的工藝流程方案。此過程為學(xué)生應(yīng)用綜合知識解決問題的過程，符合STEM教育中對學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

【交流評價】小組之間相互展示設(shè)計成果，每組推薦一人向全班同學(xué)介紹本組設(shè)計流程的原理和思路，以及對廠址的選擇方向，并回答其他同學(xué)所提出的問題。此階段為學(xué)生綜合能力的展示階段，學(xué)生在其中可以提高自覺的環(huán)境意識、責(zé)任意識等，為STEM教育理念的應(yīng)用階段。

以上僅為STEM教育理念在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的一個小的案例，在中學(xué)化學(xué)的教學(xué)過程中，教師要多多嘗試開發(fā)相關(guān)案例。為保證此理念的實際意義，教師在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教育理念、開發(fā)關(guān)于STEM領(lǐng)域的校本課程及教材，并為學(xué)生提供課外STEM實踐機(jī)會。目前，在我國STEM在課堂中的應(yīng)用尚處于嘗試階段，需要我們同仁再接再厲，探索將STEM理念融進(jìn)中學(xué)化學(xué)教育之中的有效措施。

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