“STEM”教育理念下的初中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐

李國建 何建華

摘? 要：“STEM”教學(xué)實(shí)踐是一種有意義的教學(xué)實(shí)踐.基于“STEM”視角，教師要在情境中研發(fā)項(xiàng)目主題，在探究中實(shí)施項(xiàng)目主題，在遷移中推進(jìn)項(xiàng)目主題，在應(yīng)用中深化項(xiàng)目主題.在初中化學(xué)“STEM”教學(xué)中，教師要相信學(xué)生、賦能學(xué)生、賦權(quán)學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地踐行“STEM”學(xué)習(xí).以此有效地提升學(xué)生的綜合學(xué)力，發(fā)展其綜合素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：“STEM”理念；教學(xué)實(shí)踐；初中化學(xué)

中圖分類號：G632??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??? 文章編號：1008-0333（2024）14-0116-03

收稿日期：2024-02-15

作者簡介：李國建（1980.10—），男，江蘇省南通人，本科，中學(xué)一級教師，從事中學(xué)化學(xué)教學(xué)研究；

何建華（1981.10—），女，江蘇省南通人，本科，中學(xué)二級教師，從事中學(xué)化學(xué)教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：江蘇省南通市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題“基于STEM課程理念的初中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究”（立項(xiàng)編號：GH2021348）.

培育學(xué)生的核心素養(yǎng)已經(jīng)成為當(dāng)下初中化學(xué)教學(xué)的根本目標(biāo)和追求.核心素養(yǎng)不僅要求教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握知識，更要求教師在教學(xué)過程中能積極主動地引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用相關(guān)學(xué)科知識去解決現(xiàn)實(shí)性的問題.“STEM”教育就是綜合應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識的綜合性、跨界性教育.基于“STEM”教育理念的視角，教師要引導(dǎo)學(xué)生展開豐富性、多樣性的化學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)踐.“STEM”教育理念下的初中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐，是一種項(xiàng)目化的跨界實(shí)踐.

1 在情境中研發(fā)項(xiàng)目主題“STEM”教育理念下的初中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐，不是單一性的知識教學(xué)實(shí)踐，它不同于一般性的初中化學(xué)課堂教學(xué).一般性的課堂教學(xué)，是以化學(xué)“知識點(diǎn)”為載體，以“課時(shí)”為組織教學(xué)單位.而“STEM”理念下的化學(xué)教學(xué)，一般是以主題性的“項(xiàng)目”為載體、方向，它融會貫通多學(xué)科知識，因而往往超越碎片化、孤立化的“知識點(diǎn)”，超越機(jī)械的、單一的“課時(shí)”.作為教師，組織實(shí)施初中化學(xué)STEM教育，首先應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)、研發(fā)項(xiàng)目主題.只有項(xiàng)目主題明確了，學(xué)生才能積極主動地搜集相關(guān)的化學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)踐資源、素材，朝向項(xiàng)目主題方向邁進(jìn)［1］.

提煉、抽象、概括項(xiàng)目主題，要求教師深入研究化學(xué)學(xué)科的本體性知識，同時(shí)也要求教師深入研究學(xué)生的具體學(xué)情.比如在教學(xué)“實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳”這一部分內(nèi)容之后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)廢物缸中有不少的殘留物.由此引發(fā)學(xué)生的思考：這些殘留物中的固體顆粒成分是什么？液體成分是什么？這些廢液、廢渣如何處理？在情境中生發(fā)出問題，這樣的問題對于學(xué)生而言，是一個(gè)真問題，因而也是一個(gè)有研究價(jià)值的問題.在上述“實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳”教學(xué)實(shí)踐中，對“廢液”“廢渣”等的處理，屬于生態(tài)學(xué)、環(huán)境保護(hù)中的“三廢處理”（還有一個(gè)是指“廢氣”）.因此，這一問題不僅具有個(gè)體性意義，同時(shí)更具有社會性、生活性意義.同時(shí)，這一問題也不僅僅是學(xué)生個(gè)體的問題，而是屬于學(xué)生群體的問題.通過這一項(xiàng)目主題的研發(fā)、設(shè)計(jì)，不僅提升學(xué)生的化學(xué)、數(shù)學(xué)等跨學(xué)科素養(yǎng)，同時(shí)培育學(xué)生的社會責(zé)任意識.教學(xué)中，先讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生探究殘留物“是什么”“酸堿性怎樣”“怎樣去除”等相關(guān)子問題.由此，建構(gòu)學(xué)生主題項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的“子項(xiàng)目”，讓學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)走向豐富、生動、有趣.

2 在探究中實(shí)施項(xiàng)目主題“STEM”教育是一種注重跨學(xué)科實(shí)踐的教育理念和模式.實(shí)施“STEM”教育，必須引導(dǎo)學(xué)生展開跨學(xué)科、跨界的探究.只有通過探究，才能有效地培育學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)以及工程素養(yǎng)等.作為教師，不僅要引導(dǎo)學(xué)生提出相關(guān)的項(xiàng)目化活動主題，同時(shí)也要引導(dǎo)學(xué)生圍繞著項(xiàng)目化主題展開綜合性的實(shí)踐活動.在化學(xué)教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生從項(xiàng)目化主題出發(fā)，喚醒學(xué)生的多學(xué)科跨界學(xué)習(xí)知識經(jīng)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生展開立體性、綜合性的工程化設(shè)計(jì).基于“STEM”理念的化學(xué)教學(xué)，是一種項(xiàng)目化、綜合性的教學(xué)，它能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)力，發(fā)展學(xué)生的綜合性、跨界性的素養(yǎng)［2］.

如在學(xué)生學(xué)習(xí)了“酸堿鹽”這一部分內(nèi)容之后，教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)具有實(shí)際意義的真實(shí)性的情景，利用湖南衛(wèi)視《向往的生活》節(jié)目，將學(xué)生帶入“化肥與生活”的主題情境之中，讓學(xué)生認(rèn)識到“化肥”的重要作用、價(jià)值.在此基礎(chǔ)上，自然而然地引導(dǎo)學(xué)生提出這樣的主題——“化學(xué)肥料的查詢程序”.圍繞這一項(xiàng)目化主題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行綜合性、立體性的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的工程設(shè)計(jì)：［項(xiàng)目一］讓學(xué)生認(rèn)識到化肥的種類、作用、利弊；［項(xiàng)目二］引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，即“如何快速地查詢到各種化肥的性質(zhì)以及如何有效地推薦化肥”.在引導(dǎo)學(xué)生完成“項(xiàng)目二”的活動時(shí)，筆者重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生從下面幾個(gè)方面展開思考、探究、設(shè)計(jì)、研發(fā).一是確定作物的信息和癥狀；二是查詢到不同的化肥的性質(zhì)；三是引導(dǎo)學(xué)生選擇不同種類的化肥，進(jìn)行不同種類的化肥推薦，并且重點(diǎn)在推薦的理由上；四是引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化化肥推薦譜和軟件，并且不斷地豐富軟件的功能，從而讓學(xué)生更有效地掌握化肥與日常的生產(chǎn)、生活之間的關(guān)系.在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生將化肥分為了“氮肥”“磷肥”“鉀肥”“復(fù)合肥”，并借助計(jì)算機(jī)中的相關(guān)軟件完成“化肥推薦原型設(shè)計(jì)圖”.有了這樣的“化肥推薦原型設(shè)計(jì)圖”，就有效地建構(gòu)了化學(xué)學(xué)科知識與生活之間的關(guān)聯(lián).在生活中，就可以根據(jù)農(nóng)作物的癥狀、農(nóng)作物的面積等，通過計(jì)算核計(jì)出相關(guān)的“化肥用量”.學(xué)生將化學(xué)學(xué)科知識與數(shù)學(xué)學(xué)科知識、計(jì)算機(jī)學(xué)科知識以及生活知識等有機(jī)結(jié)合、實(shí)施.這樣的一種項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)活動，不僅充分體現(xiàn)了“STEM”理念，同時(shí)更激發(fā)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動了其化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生積極主動地融入化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)中，同時(shí)深刻地感受、體驗(yàn)到化學(xué)學(xué)科知識的意義和價(jià)值.

3 在遷移中推進(jìn)項(xiàng)目主題初中化學(xué)學(xué)科“STEM”教育，秉持“教學(xué)評”一致性的原則，努力讓教師的教、學(xué)生的學(xué)與對教學(xué)的評價(jià)一致，從而讓學(xué)生的化學(xué)綜合性的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)成為一種有效的學(xué)習(xí).在實(shí)施“STEM”教育中，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生自主探究，同時(shí)還要引導(dǎo)學(xué)生主動遷移，從而讓學(xué)生積極有效地推進(jìn)項(xiàng)目化主題學(xué)習(xí).積極有效的遷移，讓學(xué)生的化學(xué)“STEM”學(xué)習(xí)成為一種有效學(xué)習(xí).

如一位學(xué)生在商場購物，發(fā)現(xiàn)一些食品的包裝袋都是充滿著某一種氣體.基于這樣的發(fā)現(xiàn)，該生提出了這樣的問題：包裝袋充的是什么氣體？如何獲得包裝袋中的氣體作為樣品做進(jìn)一步的研究？這樣的問題，是學(xué)生在生活中遇到的問題，同時(shí)是一種帶有化學(xué)實(shí)驗(yàn)味道的問題.基于學(xué)生的“真問題”，在教學(xué)中將之作為項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的主題，即引導(dǎo)學(xué)生展開“如何抽取氣體”的研究.在項(xiàng)目化教學(xué)中，學(xué)生積極主動地遷移知識經(jīng)驗(yàn)、生活經(jīng)驗(yàn)等，提出了“抽取氣體”的方法、“排水”的方法等.如學(xué)生嘗試“應(yīng)用醫(yī)用注射器抽取魚鰾內(nèi)氣體并且測量其體積”，嘗試“應(yīng)用排水法測定空氣中的氧氣的體積”等.在項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生積極主動地遷移實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，并展開自主性、自能性的探究.有學(xué)生利用注射器直接抽取魚鰾內(nèi)的氣體并測量其體積；有學(xué)生在水下刺破魚鰾，并用排水法手機(jī)魚鰾內(nèi)氣體并測量其體積；有學(xué)生采用“控制變量法”，用酒精燈、鐵架臺、試管、帶孔的橡膠塞、彈簧夾等器材，對等體積的水和空氣進(jìn)行壓縮，并比較壓縮的程度等.在項(xiàng)目化的主題活動中，學(xué)生積極主動地調(diào)用自我的已有知識經(jīng)驗(yàn)、生活經(jīng)驗(yàn)、活動經(jīng)驗(yàn)等，展開了實(shí)驗(yàn)探究.在這個(gè)過程中，學(xué)生會積極主動地設(shè)計(jì)任務(wù)、畫圖標(biāo)識、計(jì)劃步驟、原型試驗(yàn)等.在項(xiàng)目化教學(xué)過程中，學(xué)生還對相關(guān)的問題展開微觀性的思考，如有學(xué)生提出“如何比較氣體和液體分子間隙的大小”等相關(guān)問題，從而讓學(xué)生的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動走向深入，走向深度.

4 在應(yīng)用中深化項(xiàng)目主題引導(dǎo)學(xué)生展開初中化學(xué)的“STEM”綜合性能學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生對相關(guān)的多學(xué)科知識進(jìn)行綜合性的融合、應(yīng)用.在初中化學(xué)STEM教學(xué)中，教師要致力于培育學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升其數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、工程等的綜合性素養(yǎng).要在課程研發(fā)思路、內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)施過程等方面，進(jìn)行深入的探索、探討.在初中化學(xué)“STEM”教學(xué)中，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識，更要引導(dǎo)學(xué)生遷移知識、應(yīng)用知識.知識的應(yīng)用過程，是學(xué)生“STEM”綜合素養(yǎng)的重要標(biāo)識，是學(xué)生“STEM”學(xué)習(xí)力的重要確證與表征［3］.

以“STEM”課程——“自制凈水器”的教學(xué)為例，這一課的教學(xué)目標(biāo)是“深刻理解過濾、吸附等的凈水過程”.傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)，往往就是教師做一個(gè)演示性的實(shí)驗(yàn)，或者引導(dǎo)學(xué)生做一個(gè)演示性的實(shí)驗(yàn)，完成“過濾”“吸附”等的操作過程.這樣的一種教學(xué)過程，難以激發(fā)學(xué)生的興趣、調(diào)動學(xué)生的積極性.筆者在教學(xué)中，將“過濾”“吸附”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研發(fā)成項(xiàng)目化的“做凈水器”活動，不僅要求學(xué)生從化學(xué)學(xué)科視角來思考、設(shè)計(jì)，同時(shí)還要求學(xué)生從相關(guān)學(xué)科視角如物理學(xué)學(xué)科、生物學(xué)學(xué)科的視角，來設(shè)計(jì)、實(shí)踐.在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅要思考、探究“離子”（化學(xué)學(xué)科）等的處理，同時(shí)還要思考分子等的處理（兼顧物理與化學(xué)學(xué)科），思考、探究“體積”“密度”（物理學(xué)科）等相關(guān)問題，思考、探究“微生物”的處理（生物學(xué)科）等的問題.在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生自主準(zhǔn)備了相關(guān)的材料如“氫氧化鈣”“活性炭”“過濾紙”“攪拌棒”“沙子”，綜合應(yīng)用物理的、化學(xué)的等學(xué)科知識展開實(shí)踐探索.通過物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等的方法，學(xué)生深刻地認(rèn)識到，“凈水器的功能”其實(shí)就是過濾掉水中的“漂浮物”“重金屬”“細(xì)菌”“病毒”“余氯”“泥沙”“鐵銹”“微生物”等.通過對相關(guān)學(xué)科知識的應(yīng)用、實(shí)踐，學(xué)生不僅有效地解決了現(xiàn)實(shí)問題，同時(shí)也深刻地認(rèn)識到各學(xué)科知識并不是孤立的，在實(shí)踐中往往是交織在一起綜合應(yīng)用的.

5 結(jié)束語

基于“STEM”視野的初中化學(xué)教學(xué)，是一種綜合性、實(shí)踐性的教學(xué).作為教師，要有意識地提升學(xué)生的綜合探究能力、實(shí)踐能力.精心設(shè)計(jì)“STEM”項(xiàng)目主題，促進(jìn)學(xué)生積極主動地參與項(xiàng)目化活動.要以解決真實(shí)問題為原點(diǎn)，以制作產(chǎn)品為導(dǎo)向，融入、滲透相關(guān)學(xué)科知識，從而讓學(xué)生的學(xué)習(xí)過程更有意義.在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)背景下，教師還可以引入相關(guān)的信息科技，如手機(jī)、平板、電腦等，從而建立線上線下即時(shí)交互、真實(shí)與虛擬融合的學(xué)習(xí)方式，進(jìn)而讓學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)更生動、更鮮活、更有趣、更有效.

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［3］ 田潤，丁偉.基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的STEM 項(xiàng)目：設(shè)計(jì)檢測Co2+濃度的技術(shù)方案［J］.化學(xué)教學(xué)，2016（11）：43-47.

［責(zé)任編輯：季春陽］