STEM理念下的翻轉課堂模式在化學教學中的應用

張思涵，李蕓蕓，黃寶美

(綿陽師范學院化學與化學工程學院，四川 綿陽 621000)

通過文獻分析可知，大多數課題組主要對STEM教育的教育政策、理論研究、學科整合、案例研究等方面進行探索，例如STEM教育融入高中生物學課程設計實踐研究等。目前暫無課題組以酸堿滴定為例子進行該方面的研究。為應對新世紀的挑戰，為國家培養創新型人才，我們將STEM教育理念與翻轉課堂教學模式有機結合，形成一種新的教學模式，并以酸堿滴定為例設計出具體的教學方案，將其應用于中學實際化學教學中，通過對比實驗，分析新模式與原有模式之間的應用效果，找出基于STEM理念的翻轉課堂教學模式的優點與不足，改進后推廣[1-3]。

1 STEM教育理念與翻轉課堂簡介

STEM教育是科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineer)和數學(Mathematics)教育的簡稱。其意義在于以整合的教學方式培養學生掌握知識和技能，并能靈活地應用去解決學習與生活中的實際問題，同時在這個過程中學生的科技理工素養、創新能力和實踐能力得到了培養和提升[4-5]。

翻轉課堂主要是指利用計算機技術和網絡技術，讓學生利用課下時間通過網絡視頻學習課程內容，在正式上課時間則以討論形式解決學生的疑惑。以信息技術和學生中心為核心的翻轉課堂模式，順應了教育發展的趨勢，符合當今時代教育的主題。

2 STEM教育理念與翻轉課堂相結合在教學應用中的優勢

《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》指出，“教育信息化的發展要以教育理念創新為先導，以優質教育資源和信息化學習環境建設為基礎，以學習方式和教育模式創新為核心[6]。”將STEM理念融入中學化學教學中，各門學科聯系起來，讓知識不再有門類界限。而STEM教育在較短的課堂時間內難以完成，因此我們可以結合翻轉課堂的優勢，先讓學生在課下利用計算機網絡學習所涉及的各學科的基本知識，在課上綜合各科知識討論總結出解決方案。因此，STEM與翻轉課堂的結合更有利于化學教學的開展。

3 基于STEM理念的中學化學翻轉課堂教學模式建構

探索將STEM與“翻轉課堂”結合應用于教學活動中，有利于促進傳統教學理念的轉變和教學方式的改革，進一步推動基礎教育課程與教學改革的深入發展[7]。學生在學習過程中可根據自己對知識的掌握程度，自由調節學習進度，從而更好的對所學知識進行理解和內化，加上后期課堂討論的配合，可以更好的幫助學生提高學習質量[8]。

本研究在已有的翻轉課堂教學模式中貫穿STEM理念，具體過程如圖1所示。

圖1 教學過程及學生活動Fig.1 Teaching process and student activities

4 基于STEM理念的翻轉課堂教學模式的中學化學教學設計

4.1 課 前

學生不是學習的機器，他們有自己的個性，為了讓不同能力的學生得到充分發展，教學過程應當重視個性化教學。個性化教學的核心是因材施教，其實施的前提是對學習者個性的精準描繪[9]。翻轉課堂的基于問題的學習和STEM教育的真實性、體驗性、趣味性、跨學科性、協作性等特點，都強調以學生為中心，知識與能力并重[10]。

4.1.1 教學目標

4.1.1.1 知識與技能

①了解與掌握酸堿指示劑的基本作用原理、變色范圍、影響因素及其選擇規律等。

②熟練滴定終點的判斷與操作。

4.1.1.2 過程與方法

①通過進行項目設計、實驗探究，培養學生綜合思考與動手能力。

②通過小組內合作完成項目設計，培養學生團隊協作能力、溝通能力。

4.1.1.3 情感態度與價值觀

①通過自主配制基礎的酸堿指示劑，培養學生將書本知識與實際應用建立聯系的能力。

②利用實驗進行探究，樹立綠色化學理念，培養科學發展觀，增強為人類的文明進步學習化學的責任感和使命感。

4.1.2 教學資源設計

1.微視頻設計

技術支持：錄屏軟件+PPT

(1)微課一

教學主題：酸堿指示劑的分類

學習目標：了解簡單酸堿指示劑的分類

視頻時長：4分鐘

(2)微課二

教學主題：酸堿指示劑的變色原理與變色的 pH 范圍

學習目標：了解酸堿指示劑的變色原理，熟悉變色的 pH 范圍

視頻時長：6分鐘

(3)微課三

教學主題：酸堿指示劑類型及配制方法

學習目標：掌握酸堿指示劑的類型及配置方法

視頻時長：15分鐘

4.1.3 學習任務設計

基于STEM理念，學習任務需充分調動學生的學習熱情，并能充分考察學生的綜合素質。因此針對本節課的特點，將學習任務定為：小組成員利用實驗室以及外面收集的材料制備簡單的酸堿指示劑并滴定酸堿。

4.1.4 學習及反饋

通過學生答題情況，及學生提問情況，總結學生在學習本節內容的普遍問題：不熟悉酸堿指示劑的變色范圍以及滴定終點的判斷。

4.2 課 中

4.2.1 情境導入

老師：酸和堿是我們每天都在接觸的重要化學物質，通過預習，大家都知道酸堿的基礎定義了嗎？生活中我們可以利用什么資源進行酸堿指示劑的配置？

學生：舉例

老師：酸堿指示劑的發現給我們的生活帶來了哪些好處？請同學們思考并討論這個問題，有什么疑惑可以提出。

4.2.2 解疑答疑

[教師活動] 對學生普遍存在的問題進行講解，由老師進行專業的操作演示，同時向學生展示半滴操作；

[學生活動] 集體聽講，小組討論后提出疑問；

[教師活動] 逐個解決每個小組單獨疑問。

4.2.3 小組合作探究

[學生活動] 組內間成員利用實驗室材料自制酸堿指示劑，并且進行利用指示劑進行滴定操作；

[教師活動] 觀察學生做實驗的情況并給予指導；

[學生活動] 小組共同判斷堿滴酸與酸滴堿的變色范圍，并且算出所提供鹽酸與氫氧化鈉的pH值。

4.2.4 成果展示及作品評價

[學生活動] 小組展示滴定成果，各個小組自評、互評；

[教師活動] 評價各小組作品，與學生一起找出最接近滴定終點的一組，并鼓勵大家動手練習。

4.3 課 后

4.3.1 鞏固提高

課后學生總結知識點，并通過做一些練習題進行鞏固。

4.3.2 反思提升

反思教學過程，發現學生在看視頻的時候速度很快，但不能主動去細化理解授課內容，導致看視頻學習完之后，一些學生對基本原理還不能掌握，因此在教學前須將學習目標再具體化，形成操作性目標。要把握課堂節奏，卡住每個環節的時間，在放任學生發散思考的同時，讓學生聚攏思維完成教學目標，做到松弛有度。

4.4 教學實踐的結果與分析

4.4.1 教學過程分析

通過對實驗班和對照班兩個班學生上課情況分析，見表1。

表1 實驗班與對照班學生上課情況對比Table 1 A classes comparative study of the students in the experimental class and the control class

從表1中可以得出基于STEM理念的翻轉課堂教學模式應用于中學化學教學中有利于調動學生學習的積極性，能夠充分發揮學生的獨立思考能力、團隊合作能力、創造性思維能力等。

4.4.2 學生作品分析

表2 實驗班與對照班學生成果對比Table 2 A achievements comparison of the students in the experimental class and the control class

由表2可知，相對于對照班級，實驗班的學生無論是對教學內容和滴定終點的掌握情況，酸堿指示劑配置的新穎性都更加熟練，尤其是對滴定終點的判斷，實驗組幾乎全部成員都接近滴定終點。

4.4.3 學生學習體驗分析

通過問卷調查和對個別學生訪談了解，實驗班學生對本節課的教學模式感到滿意，認為相對于以前的教學模式，新的教學模式更能引起他們對學習內容的興趣。

5 結 語

本研究將STEM教育理念與翻轉課堂結合，構建出一種較為新型的教學模式，并應用于中學化學教學中，通過觀察教學過程和對教學效果的分析，得出以下結論：

在中學化學教學中應用基于STEM理念的翻轉課堂教學模式有利于培養學生自主學習與合作能力以及學生的科學素養。

盡管研究存在諸多不足，但仍有可取之處，在教學過程中學生的表現是積極熱情的，這也是對新的教學模式的一種肯定。另外，隨著我國對人才需求向創新型轉變，教育的目標和教學考核方式必定發生相應改變，可以從近幾年高考中創新題型的增加可以看出這種趨勢，因此教學模式必定會發生改革，STEM教育理念完全符合現代教育要求，而隨著信息時代的到來翻轉課堂也必定會大范圍實施，所以基于STEM理念的翻轉課堂教學模式必定會發展應用起來。