STEM理念下高中化學項目式教學研究

STEM教育理念融合科學、技術、工程與數學，強調實踐探究與跨學科融合，該理念倡導打破傳統學科界限，注重知識的整合與實際應用，鼓勵學生在真實情境中發現問題、提出假設、設計方案并加以驗證，進而提升其綜合思維能力、創新意識與實踐能力。在現實生活中，許多復雜問題往往不是單一學科能夠解決的，而需要多學科知識的融合與協同，這正是STEM教育理念的核心價值所在。STEM理念推動高中化學教學向實踐創新轉變，項目式教學在提升學生實踐能力、學習興趣與創新思維方面具有重要作用[1]

一、STEM理念下高中化學項目式教學的重要性

（一）提升學生實踐能力

STEM理念下的高中化學項目式教學以科學、技術、工程和數學四要素為指導，以綜合性實踐為核心。在“科學”維度，學生圍繞化學問題展開探究；在“技術”層面，通過傳感器、仿真實驗軟件等技術手段采集數據；在“工程”方面，設計實驗裝置、規劃實驗步驟；在“數學”應用上，運用函數建模、圖表分析數據趨勢。該教學模式打破傳統學科界限，真正融合化學與物理、數學、信息技術等，構建多學科協同的學習體系。學生在項目推進過程中經歷問題識別、方案設計、實驗實施、數據分析與結果表達的全過程，在實踐中實現STEM各維度素養的協同發展。項目實施注重探究過程而非標準答案，引導學生自主設定實驗變量、優化操作步驟、分析實驗數據，提升其實驗技能與邏輯推理能力。學生不再是知識的被動接受者，而是以“研究者”的身份參與科學實踐，在動手實踐中發現問題，在思考中尋找答案，在反思中持續優化方案。教學過程融合合作交流、資源整合與角色分工，有助于培養學生的團隊協作意識與科學表達能力，促進其實踐活動的系統性與完整性[2]。

（二）激發學習興趣

傳統的高中化學教學模式以傳授為主，學生被動地學習，缺少深度的參與，這種教學模式下學生學習興趣不高。項目式教學通過問題情境創設，使學生在真實情境中探究化學原理，激發內在求知欲。其中實驗探究作為項目式教學的重要環節，賦予學生更多主動權。比如設計實驗方案、探索未知現象、分析實驗數據的過程，使學習轉變為問題解決的實踐體驗，提升學生對知識的感知度與參與度。通過實驗失敗與優化，培養探索精神，驅動學生不斷思考與嘗試，在實驗成就感的積累中增強學習動力[3]。項目的實踐導向性還使學生能夠以多種方式展示學習成果，體驗從發現問題到解決問題的完整過程，提升學習的參與感、成就感與持續學習的主動性。

（三）促進學科融合

STEM理念強調跨學科整合，高中化學項目式教學在知識體系構建過程中，打破單一學科界限，實現化學與物理、生物、數學、工程及信息技術的有機融合。化學反應的定量分析依賴數學建模與數據處理，反應動力學涉及微積分與統計分析，材料科學與納米技術的研究需要物理理論支撐，生物化學的實驗探索則需結合生物學知識，學科間的深度交叉提升學生的知識遷移能力與綜合應用素養[4]。

二、STEM理念下高中化學項目式教學現存問題

（一）教學設計不足

高中化學項目式教學依賴精細化的教學設計，以確保學生在探究過程中獲得高質量的學習體驗。但當前教學設計普遍存在目標設定不清、任務設計缺少邏輯性、情境創設脫離學科本質等問題，導致教學效果受限。部分教師未能充分理解STEM理念，僅將項目式教學作為傳統實驗教學的延伸，未能建立系統性的知識架構，導致學生在探究過程中缺少清晰的學習路徑，難以形成完整的學科認知。

教學設計存在碎片化傾向，部分項目缺少整體性，未能實現從基礎概念到深度探究的層層遞進，學生難以建立系統思維，探究深度受限。此外，部分項目任務側重實驗操作，忽視理論分析與數據處理環節，導致學生在實驗過程中停留于操作層面，未能形成嚴謹的科學推理能力。情境創設未能充分結合現實問題，部分項目設計脫離實際應用，導致學生難以感知化學知識的現實價值，喪失學習主動性。教學資源配置不均衡，一些學校實驗設備不足，難以支撐高質量的項目式教學，進一步加劇教學設計的局限性。整體而言，教學設計的不足限制項目式教學的有效性，影響學生探究能力與學科素養的培養[5]。

（二）實驗與探究環節受限

實驗與探究環節是高中化學項目式教學的核心，其直接影響學生的科學素養與問題解決能力。然而，當前高中化學實驗教學仍受多方面因素制約，導致探究深度不足、實驗效果受限。實驗設備與試劑資源有限，部分學校實驗室條件落后，實驗儀器老化，化學試劑供應不足，難以滿足復雜實驗和長期探究的需求。實驗資源的匱乏使部分項目僅停留在理論層面，學生無法通過實際操作驗證假設，科學探究的真實性和完整性受損。

實驗安全管理嚴格，部分復雜實驗因涉及高溫、高壓或腐蝕性試劑，存在安全隱患，難以在課堂環境中實施。為降低風險，部分教師選擇使用信息技術工具，如虛擬仿真實驗平臺、智能傳感器系統等，實現實驗過程的模擬與數據可視化。這雖提升“技術”層面的教學實踐，但若缺乏對學生自主設定實驗變量與構建實驗路徑的引導，仍可能限制學生在“工程”設計與“數學”分析層面上的STEM素養發展。因此，僅依賴模擬不能替代完整探究，教師應平衡安全與深度探究的結合，提升STEM內涵的教學落實度。受課時限制，化學實驗往往被壓縮在有限時間內，學生難以充分開展實驗變量控制、數據分析與實驗優化，探究過程流于表面，難以深入理解實驗本質。實驗教學模式的局限性進一步制約探究深度。部分實驗教學仍沿用“教師演示一學生模仿一記錄結論”的模式，學生被動執行操作，缺少實驗方案設計與獨立思考的機會。探究任務缺少挑戰性，變量設計與數據分析環節被簡化，使學生難以真正掌握科學探究的方法與思維。

實驗與探究環節的受限影響化學知識的掌握，還削弱學生的批判性思維、問題解決能力及創新意識。

（三）學生創新能力不足

高中化學項目式教學強調自主探究與創新思維培養，但當前教學實踐中，學生創新能力的發展仍然受限。首先，問題導向與開放性任務的缺少限制學生的創新空間。部分教學設計仍然沿用傳統實驗教學思維，以固定結論為導向，學生僅需按照預設方案完成實驗操作，缺少對實驗變量、數據分析及優化方案的自主思考，導致創造性思維難以形成。

項目任務的設計尚未系統嵌入STEM四維創新訓練要素，學生在探究活動中更多關注實驗結果的獲取，而非結合“科學探究一工程設計一技術應用—數學建模”四階段的整體流程解決問題。缺少從現象歸因、提出假設、構建工程方案、利用數據建模優化結果的全過程訓練，導致學生創新能力更多停留于“結果呈現”層面，未能深入掌握STEM思維框架的系統性邏輯。創新行為需建立在跨情境遷移與類比建構基礎之上，但教學活動中缺少對核心概念的變式應用與結構轉換訓練，學生創新能力呈現碎片化與經驗化傾向。在項目推進過程中，缺少反思機制的嵌入，使學生難以意識到探究路徑與思維策略的可優化空間，創新過程難以形成積累。實驗設計的封閉性、思維訓練的單一性、任務目標的模糊性等問題，共同削弱學生在探究活動中進行自主延展、路徑重構和邏輯再造的能力，創新思維的生成動力與結構通道未能有效打開。學生往往依據教材路徑進行重復性實驗，缺少在復雜問題情境中生成新方案、新思路的能力，導致創新能力難以在真實實踐中得以錘煉與發展。

三、STEM理念下高中化學項目式教學優化策略

（一）優化教學設計

STEM理念下高中化學項目式教學應優化教學目標、任務設計、教材結合實際和實踐路徑，以增強科學性與可操作性。教學目標應涵蓋知識理解、實驗技能、數據分析、跨學科應用和創新能力。如在魯科版必修1第二章《元素與物質世界》中，學習金屬與非金屬元素的性質時，可設計“探究不同金屬在空氣中的氧化速率”項目，讓學生查閱資料、提出假設、設計實驗，并運用數學分析數據，深化對金屬活動性的理解。

任務設計需增強探究性，如在氧化還原反應教學中，教師可設問“如何去除鐵制品上的銹？”讓學生結合教材知識自主設計實驗，選擇合適的試劑（如稀鹽酸、檸檬酸溶液）進行驗證，并分析不同方法的優劣，提高科學思維能力。教材結合實際可增強學習體驗。如在非金屬元素化合物部分，可設計“二氧化碳的捕集與利用”項目，讓學生思考二氧化碳的化學性質，并探討其在工業應用中的價值，如人工合成碳酸鈣、碳酸飲料生產等，使知識學習與現實問題相結合。信息技術的引入是STEM理念中“技術”與“數學”維度的重要體現，它可拓展實驗探究的深度。例如在“金屬的活動性順序”的實驗中，教師可引導學生借助電化學分析軟件對不同金屬電極電勢進行計算建模，或使用傳感器采集金屬反應過程中的電流、電壓變化數據，從而將“技術工具的使用”與“數學模型建立”有機結合，深化學生對金屬活動性的理解與預測能力。這種設計不僅提升學生數據處理能力，也體現了STEM教育的跨學科整合精神。優化教學設計，可提升學生的科學素養、創新思維和跨學科整合能力，使化學學習更具實踐價值。

（二）強化實驗與探究環節

在魯科版必修1第三章《物質的性質與轉化》中，多項實驗涉及物質結構、化學變化及能量轉化，為探究性學習提供了豐富素材。例如，在“酸堿中和反應”的教學中，傳統實驗僅關注顏色變化和pH值變化，而項目式教學可設置“不同碳酸鹽溶液對酸中和能力的影響”的探究任務，引導學生選取碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸氫鈉等物質，測定其與鹽酸反應的速率及C02產量，并利用數據分析軟件繪制反應趨勢圖，培養變量控制與數據分析能力。

實驗設計需增強開放性，鼓勵學生自主規劃實驗方案。如在學習“鐵的銹蝕與防護”時，可讓學生基于課本知識，探討影響鐵銹蝕速率的因素，如濕度、溫度、電解質濃度等，并設計對比實驗。學生可在不同環境（干燥空氣、鹽水、酸性溶液）中放置鐵片，定期觀察并測量質量變化，通過數據分析討論不同環境下鐵的氧化機制，培養科學探究能力。信息技術可拓展實驗深度，例如在“化學反應速率”實驗中，借助傳感器測量氣體生成速率，利用數據分析軟件繪制反應曲線，使實驗數據更加精準，提高探究效率。通過優化實驗與探究環節，提升學生的實驗技能、數據處理能力和科學思維，使化學學習更加深入和實踐化。

（三）提升學生創新能力

STEM理念下的高中化學項目式教學需優化實驗設計、增強探究深度、強化教材結合，以提升學生實踐能力和科學思維。在魯科版必修2第三章《簡單的有機化合物》中，涉及有機物的結構、性質及轉化，可通過探究式實驗深化理解。例如，在

“乙醇的性質\"的實驗中，傳統教學僅驗證燃燒性，而項目式教學可拓展探究“不同濃度乙醇的燃燒效率”，學生通過測定燃燒釋放的熱量，分析濃度對燃燒性能的影響，培養數據分析能力。

實驗設計應注重開放性與多樣性，引導學生在不確定性中生成獨立的實驗思路與探究路徑。在“乙醛的氧化\"實驗中，通過設置不同氧化劑條件，學生需結合反應機理自主設計對比方案，分析反應速率與產物差異，在實驗變量的控制與調整中錘煉邏輯推理與方案優化能力。通過銀鏡反應或顏色變化等手段獲取初步結論，進一步引導學生對實驗現象進行本質分析，提升從數據到結論的建構能力。在“乙酸的性質”實驗中，引導學生從生活材料中獲取實驗對象，設計測定果醋酸度的方法，將標準實驗與實際應用相結合，激發其問題意識與創新思維。在“有機物燃燒的產物”實驗中引入傳感器技術，使學生掌握信息獲取的多種手段，通過實時數據分析建立變量關系，推動其在實踐中形成新的觀察視角與思維框架，增強對實驗現象的創新性解釋與再認知能力。

結束語

STEM理念下的高中化學項目式教學能夠有效提升學生實踐能力、激發學習興趣、促進學科融合。但教學設計不足、實驗探究受限、學生創新能力發展滯后等問題制約了其實施效果。未來需深化教學模式改革，優化實驗資源配置，構建多元評價體系，強化跨學科整合，推動項目式教學向更高層次發展，以培養具有創新意識與綜合實踐能力的高素質人才。

參考文獻

[1]張冬華，李志航.基于STEM理念的高中化學項目式教學研究].吉林教育，2025（3）：34-36.

[2]楊菲菲，黃明浩.滲透“教、學、評”一體化的高中化學項目式教學實踐：以“基于‘碳中和’理念設計 CO₂ 捕集方案”復習課為例].化學教與學，2024（19）：57-62.

[3]田宇飛，孫凱倫，姜大雨.STEM理念下高中化學跨學科項目式教學活動：以“空間站化學電池設計”為例[].化學教與學，2024（9）：13-16.

[4]汪建民.STEM理念下高中化學項目化學習研究：以“簡單燃料電池的制作與原理循證”為例[J].甘肅教育，2024（15）：68-71.

[5]田宇飛，孫凱倫，姜大雨.STEM理念下高中化學跨學科項目式教學活動：以“空間站化學電池設計”為例[J].化學教與學，2024（9）：13-16.