基于STEM理念的教學設(shè)計
——以“乙酸”為例

張 穎

（哈爾濱師范大學 教師教育學院，黑龍江哈爾濱 150025）

STEM是科學、技術(shù)、工程、數(shù)學4門學科的簡稱，強調(diào)多學科的交叉融合。STEM教育并不是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學4門學科教育的簡單相加，而是將四門學科內(nèi)容按照一定的知識邏輯和學科交叉重新整合形成一個有機體，以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力和實踐操作能力。

STEM教育中4門學科的教學不能分開考慮，必須要緊緊相連，以整合的教學方式培養(yǎng)學生，促進學生掌握基本的知識和技能，并且能夠進行靈活遷移應(yīng)用以解決實際生活中的問題。融合的STEM教育具備新的核心特征：跨學科性、情境性、協(xié)作性等。在課程方面，STEM教育代表了課程組織方式的重大變革。目前高中常見課程模式是分科教學模式，即生物、化學、物理、數(shù)學等學科教師分別教授自己的學科科目，基本上很少與其他學科建立起聯(lián)系。我國的STEM教育還處于起步階段。因此大多數(shù)研究都集中在對國外STEM教育政策、相關(guān)法案的解讀上，涉及教學模式、教學方法、教學策略的還比較少。很多教師還是將STEM課程當作傳統(tǒng)的課程進行教學。事實上，STEM課程有別于傳統(tǒng)的課程，它將傳統(tǒng)的分科課程進行相應(yīng)的整合，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、跨學科解決問題的能力。因此，如何把眾多孤立的學科有機地聯(lián)系在一起，借助STEM教育理念，把學生學習的零碎知識變成一個互相聯(lián)系統(tǒng)一的整體，改變我國教學只灌輸學科知識，而不關(guān)注學生的素養(yǎng)培養(yǎng)的狀況，是我國教育領(lǐng)域急需解決的問題。

隨著《普通高中化學課程標準（2017版）》（簡稱《課標》）的面世，“核心素養(yǎng)”一詞已進入教師的視野，如何實現(xiàn)和發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)就成了化學教師們關(guān)注的熱點。《課標》認為，為學生提供真實、具體的問題情境是促進學生學科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要手段，也為學生化學學科核心素養(yǎng)提供了真實的表現(xiàn)機會，這就要求教師在進行教學設(shè)計時，圍繞核心素養(yǎng)驚心開展內(nèi)容設(shè)計，創(chuàng)設(shè)真實情境下的問題解決任務(wù)，使學生逐步發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)。核心素養(yǎng)提出與STEM教育理念在某種程度上都是為了學生綜合素質(zhì)的提高，使學生能夠全面發(fā)展，不只是成為一個學習的人，而是學會學習，并且能夠具有創(chuàng)新能力，有自己的思維想法。

化學課程應(yīng)該以提高學生的化學學科核心素養(yǎng)為宗旨，重視科學、技術(shù)與社會的聯(lián)系，讓學生在熟悉的生活生產(chǎn)情境中感受化學的重要性，了解化學學科的核心思想、觀點，逐步學會分析和解決與化學有關(guān)的實際問題。

本文以“乙酸”為例，課時為1課時，將STEM理念滲透到教學設(shè)計中，培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng)，幫助學生打破學科界限，運用綜合學科知識解決問題。

1 教材分析

“乙酸”是人教版必修2教材第七章第三節(jié)乙醇與乙酸的第二課時。從教材整體上看，乙酸是繼烴、醇之后又一重要的烴的含氧衍生物，也是羧酸類物質(zhì)的代表物，它和我們的日常生活工業(yè)生產(chǎn)實際密切相關(guān)，從本節(jié)課的知識內(nèi)容和乙酸的分子結(jié)構(gòu)組成上來看，乙酸既是乙醇知識的鞏固、延續(xù)和發(fā)展，又為酯類化合物的學習作鋪墊，故本節(jié)有著承上啟下的作用。

2 學情分析

本節(jié)課的學生是高一年級的學生，他們在此之前已經(jīng)掌握了幾種簡單的有機物——甲烷、乙烯、乙醇，對有機物已經(jīng)有了基本的認識，對分子結(jié)構(gòu)與分子性質(zhì)之間的關(guān)系也有了一定的了解，認識了基本的官能團，掌握了常見的有機反應(yīng)類型，具備了一定的實驗設(shè)計能力，對實驗探究有著強烈的興趣，希望自己可以設(shè)計實驗方案，完成實驗探究，化學實驗對學生有著強烈的吸引力。

3 教學目標分析

本節(jié)課圍繞“乙酸”，從STEM四個維度出發(fā)，制定如下教學目標：①科學——認識乙酸的組成和結(jié)構(gòu)，強化微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)關(guān)系的學科概念。②技術(shù)——通過實驗探究，了解乙酸的酸性、酯化反應(yīng)等性質(zhì)及其用途，樹立問題意識、證據(jù)意識，發(fā)展運用變化與平衡得到學科思想解決問題的能力。③工程——知道乙酸在日常生活中的應(yīng)用，感受化學學科的魅力，體會化學對人類生活的巨大貢獻，增強將化學成果應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的意識。④數(shù)學——了解乙酸的熔沸點；通過查閱資料，了解普通食醋中的乙酸含量。

4 教學資源

自制多媒體課件、視頻、直觀教具、相關(guān)實驗儀器。

5 教學設(shè)計理念

食醋是廚房中常見的重要調(diào)味品，又是工業(yè)中重要的化工原料。通過醋的來源引出乙酸，接著自然而然地引出乙酸的結(jié)構(gòu)組成、物理性質(zhì)、化學性質(zhì)以及其應(yīng)用，理論聯(lián)系實際，關(guān)注學生已有的生活和知識經(jīng)驗，突出學生學習的主動性。

6 教學過程

流程一：創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

[教師]杜康釀酒的故事已經(jīng)深入人心，但杜康的兒子黑塔也是一個小小發(fā)明家，黑塔在釀酒的過程中覺得把大量的酒糟扔掉太可惜了，于是他就把酒糟留了下來封到了大缸子里，到了二十一日酉時，打開蓋子時聞到很香的味道并且忍不住嘗了一下，酸酸的味道，后來在炒菜的時候，也會放一點進去作為調(diào)味醬，黑塔就用二十一日加“酉”字來命名這種液體，也就是今天我們廚房里隨處可見的醋。那醋的主要成分應(yīng)該是什么呢？

[學生]乙酸

設(shè)計意圖：故事引入，激發(fā)學生的好奇心吸引學生的注意力，提高學生的興趣，將學生迅速帶入本節(jié)課的情境

流程二：探究乙酸的物理性質(zhì)

[教師]（展示無水乙酸實物）來，同學們看一下我手里拿著的是什么？大家也可以觀察你們桌子上的試劑瓶，觀察的時候還可以打開蓋子問一下有沒有什么特殊的味道。

[學生活動]觀察桌子上的試劑瓶的顏色和狀態(tài)，并打開試劑瓶聞味道。

[教師]現(xiàn)在我們把乙酸加入裝有水的試管和裝有酒精的試管，大家仔細觀察一下現(xiàn)象，通過以上的實驗探究活動，對乙酸的物理性質(zhì)應(yīng)該有一定的了解，那我們一起來總結(jié)一下。

[學生活動]總結(jié)乙酸的物理性質(zhì)：色味、狀態(tài)、溶解性（色味：無色有強烈刺激性氣味；狀態(tài)：液態(tài)；溶解性：易溶于水、乙醇等溶劑）

設(shè)計意圖：從生活回到化學課堂，培養(yǎng)學生的觀察能力和整理信息的能力。同時通過趣味小活動，能夠增強學生對乙酸物理性質(zhì)的感性認識。

流程三：了解乙酸的組成結(jié)構(gòu)

[投影]PPT（或?qū)嵨铮┱故疽宜岬那蚬髂Ｐ停壤Ｐ?/p>

[教師]大家回顧上節(jié)課學習乙醇時我們對乙醇結(jié)構(gòu)和組成的描述，通過觀看乙酸的球棍模型和比例模型，看是否能試著說出乙酸的結(jié)構(gòu)

[學生活動]嘗試推理出乙酸的分子式、結(jié)構(gòu)簡式、官能團（分子式C2H4O2；結(jié)構(gòu)簡式CH3COOH；官能團—COOH）

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學生自己探究乙酸的結(jié)構(gòu)特點，加深學生對乙酸分子空間結(jié)構(gòu)的認識，突出結(jié)構(gòu)對性質(zhì)的決定作用，引發(fā)思考，培養(yǎng)學生發(fā)散思維能力。

流程四：探究乙酸的化學性質(zhì)

活動一：探究乙酸的酸性

[教師]乙酸，應(yīng)該是一種酸，那么乙酸也應(yīng)該具有酸的通性，回憶一下酸的通性包括哪些內(nèi)容？

[學生回答]酸的通性：①與指示劑作用；②與活潑金屬反應(yīng)；③與堿反應(yīng)；④與堿性氧化物反應(yīng)；⑤與某些鹽反應(yīng)

[教師]乙酸具有酸的通性，那具體乙酸酸性強弱如何呢？怎么比較乙酸、碳酸、鹽酸的酸性強弱呢？

[學生活動]根據(jù)實驗臺面上所提供的藥品和試劑，分組設(shè)計實驗方案并且完成實驗活動（實驗藥品：乙酸、鹽酸、碳酸鈉溶液，pH試紙）

[探究結(jié)論]酸性強弱：鹽酸＞乙酸＞碳酸

[總結(jié)延伸]其實不僅可以通過實驗比較出乙酸和碳酸的強弱，我們生活中許多現(xiàn)象也能證明，比如說家庭補鈣劑，還是雞蛋殼可以溶解在醋中。

[教師]乙酸是幾元酸呢？說明依據(jù)

[學生猜測]四元酸，因為乙酸分子有4個H；還有可能是一元酸，因為在電解質(zhì)電離時學過乙酸的電離方程式，它只能電離出一個H+。

[教師]同學們的猜測都是合理地，最多電離出幾個氫離子決定了幾元酸，那乙酸中被電離出來的H+來自哪里？

[學生猜測]不是甲基，因為甲烷沒有酸性；可能是羧基里面的氫

[教師]就是羧基里面的氫電離出來了H+，所以綜上考慮，乙酸應(yīng)該是一個一元弱酸。

設(shè)計意圖：積極開展生生、師生對話，活躍了課堂氣氛，調(diào)動了學生的積極性；學生自己設(shè)計實驗，和同學一起完成實驗，培養(yǎng)學生的團隊精神，發(fā)展學生探究物質(zhì)性質(zhì)的水平。

活動二：探究酯化反應(yīng)

[投影]PPT展示糖醋魚的圖片

[提問]為什么我們在做糖醋魚的時候加了醋之后還要加酒呢？而加了酒之后，香味就更加濃了，這其中的原因是什么呢？（帶著問題進行實驗探究）

[實驗探究]課本必修2第80頁實驗7-6。

[教師]強調(diào)：①實驗裝置的組裝順序；②裝置的氣密性；③實驗安全問題

[學生活動]①觀察裝有飽和碳酸鈉溶液的試管里有什么變化？②生成的新物質(zhì)的眼色、狀態(tài)、味道如何？

[實驗探究]①濃硫酸的作用？②加熱的原因？③碎瓷片的作用？④導(dǎo)管未伸入液面以下的原因？⑤飽和碳酸鈉溶液的作用？

設(shè)計意圖：通過對酯化反應(yīng)的實驗，建立對酯化反應(yīng)的認識，探討交流實驗中的注意點，培養(yǎng)學生的獨立思考能力，初步體會有機合成的科學方法

5.流程五：作業(yè)布置，總結(jié)提升

[課后作業(yè)]完成課后習題1、5、6題。[課后活動]調(diào)查市場醋的品種和用途；收集資料，了解醋的釀造技藝。

設(shè)計意圖：學生繼續(xù)學習，通過資料的收集，讓學生體會化學與生活的聯(lián)系，體會到化學為社會創(chuàng)造的美好價值。

7 學習評價

1）通過趣味小活動和分析乙酸的結(jié)構(gòu)，診斷學生認識物質(zhì)的水平。

2）通過對驗證乙酸的酸性實驗方案的討論與評價，發(fā)展學生探究物質(zhì)性質(zhì)的水平。

3）通過對乙酸乙酯的制備實驗的討論與分析，診斷學生對酯化反應(yīng)及其本質(zhì)的認識水平。

基于STEM理念的化學教學設(shè)計不僅符合我國目前科學教育研究的新思路，也為我國高中化學課堂教學注入了新的活力。基于STEM 理念下的高中化學教學設(shè)計，注重引導(dǎo)學生將不同學科的知識用于處理化學學習過程中遇到的實際問題。學生通過本節(jié)課了解到了乙酸的酸性及其來源，結(jié)構(gòu)組成，并且通過實驗探究掌握了乙酸的酯化反應(yīng)。教學過程中注重引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學生動手實踐的能力，體現(xiàn)了新課程標準對學生化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。