STEM教育理念下初中化學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的區(qū)本課程設(shè)計(jì)的研究

朱韶紅 王東

摘要：項(xiàng)目學(xué)習(xí)是STEM教育理念所倡導(dǎo)的一種學(xué)習(xí)方式。作者在區(qū)域化實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)“初中化學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)”的區(qū)本課程設(shè)計(jì)進(jìn)行整體研究，在課程目標(biāo)設(shè)計(jì)、課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、課程開(kāi)發(fā)路徑設(shè)計(jì)等方面作出探討。

關(guān)鍵詞：STEM教育；項(xiàng)目學(xué)習(xí)；初中化學(xué)；課程設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2018）11-0023-03 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.007

一、問(wèn)題的提出

美國(guó)著名科學(xué)家布里思羅說(shuō)“化學(xué)已成為一門中心的、實(shí)用的、創(chuàng)造性的科學(xué) [1]?！备咧谢瘜W(xué)課標(biāo)指出“化學(xué)不僅與人類的衣食住行密切相關(guān)，而且已發(fā)展成為生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息科學(xué)、納米技術(shù)和工程技術(shù)科學(xué)的重要基礎(chǔ)，成為推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和現(xiàn)代社會(huì)文明的重要力量 [2]?！?基于此，在初中化學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，引入STEM教育理念下的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，則尤顯必要。在“初中化學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)”區(qū)域化實(shí)踐的基礎(chǔ)上，如何課程化，并在理論層面進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，將是本文所要探討的問(wèn)題。

二、問(wèn)題的分析

1.核心概念

STEM教育20世紀(jì)80年代興起于美國(guó)。STEM教育是通過(guò)基于問(wèn)題學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)、基于工程設(shè)計(jì)等方式將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科融合的教育。整合性是STEM的最突出特征和要求。STEM教育的本質(zhì)是在眾多孤立的學(xué)科中建立一個(gè)新的橋梁來(lái)為學(xué)生提供整體認(rèn)識(shí)世界的機(jī)會(huì)，通過(guò)使這四種學(xué)科整合到一種教學(xué)范例中，把學(xué)生學(xué)習(xí)的零碎知識(shí)變成一個(gè)互相聯(lián)系的統(tǒng)一整體的過(guò)程，這樣就消除了這四門學(xué)科中傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)障礙，是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方法 [3]。

“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”來(lái)源于英文Project-based Learning，簡(jiǎn)稱PBL。指的是以完成“項(xiàng)目作品”為形式，將知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)融于解決真實(shí)情境和復(fù)雜問(wèn)題過(guò)程的一種新型教學(xué)模式 [4]。

STEM教育理念下的初中化學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)，指的是在初中化學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師選擇與學(xué)生“生活知識(shí)或概念”相接近的內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情景，通過(guò)科學(xué)探究等學(xué)習(xí)的組織形式，用最簡(jiǎn)捷、最適合學(xué)生實(shí)際、學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn)的方式給他們提供有價(jià)值的主題、明確的標(biāo)準(zhǔn)、適當(dāng)?shù)慕忉寳l件，學(xué)生整合運(yùn)用其他科學(xué)學(xué)科（物理、生物）的知識(shí)、數(shù)學(xué)學(xué)科的知識(shí)，借助現(xiàn)代教育技術(shù)手段，通過(guò)思考和自主建構(gòu)獲得新知識(shí)、親身體驗(yàn)化學(xué)知識(shí)形成和建構(gòu)化學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的一種新的學(xué)習(xí)方式。

2.課程愿景

本課程旨在通過(guò)STEM教育理念下初中化學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的實(shí)踐研究，幫助學(xué)生正確理解化學(xué)這門學(xué)科，提高初中學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)理解的程度，幫助學(xué)生形成新的價(jià)值判斷，提高學(xué)生在新的情境下解決問(wèn)題的能力，更加科學(xué)地揭示化學(xué)知識(shí)的社會(huì)意義。旨在關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，促成學(xué)生學(xué)習(xí)力的提高，注重重組、用好教學(xué)資源，強(qiáng)調(diào)教學(xué)范式的轉(zhuǎn)變，成為理解性課堂、建構(gòu)性課堂、反思性課堂和探究性課堂，這將有助于學(xué)生自我建構(gòu)學(xué)科核心知識(shí)、掌握解決問(wèn)題的思路和方法，有助于學(xué)生科學(xué)精神和創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。

將項(xiàng)目思想引入基礎(chǔ)教育課堂，對(duì)于提高學(xué)生的協(xié)作溝通能力、批判性思維能力、問(wèn)題解決能力等都將會(huì)有十分重要的作用。初中化學(xué)學(xué)科進(jìn)行項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的重點(diǎn)不是重新定位化學(xué)課程，而是重新定位學(xué)生的教育和教學(xué)，改變目前“教教材”的現(xiàn)狀。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)課程的核心知識(shí)，并且應(yīng)用這些學(xué)科知識(shí)解決化學(xué)學(xué)科中的真實(shí)問(wèn)題，學(xué)生和教師全身心參與，真正進(jìn)行“具身學(xué)習(xí)”，共同探求問(wèn)題的本質(zhì)，尋找解決路徑，幫助學(xué)生厘清問(wèn)題解決過(guò)程中的思路，從而提升其思維能力，這也與我國(guó)古代儒家思想不謀而合，如荀子在《勸學(xué)》中強(qiáng)調(diào)：“君子之學(xué)也，入乎耳，箸乎心，布乎四體，形于動(dòng)靜?！?/p>

三、STEM教育理念下初中化學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的區(qū)本課程設(shè)計(jì)思路

1.課程目標(biāo)設(shè)計(jì)

本課程將根據(jù)本區(qū)域內(nèi)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展特征以及學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)基礎(chǔ)，參考國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目學(xué)習(xí)的研究成果，以義務(wù)教育階段初中化學(xué)學(xué)科教學(xué)實(shí)踐為研究對(duì)象，關(guān)注學(xué)科課程與STEM課程之間的關(guān)系，化學(xué)學(xué)科與項(xiàng)目學(xué)習(xí)、初中學(xué)生與項(xiàng)目學(xué)習(xí)、教師與項(xiàng)目學(xué)習(xí)的關(guān)系，尋找在初中化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，實(shí)施項(xiàng)目學(xué)習(xí)的具體的教學(xué)組織形式、教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容、適合進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教材和非教材的內(nèi)容，建立項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)踐模板，為項(xiàng)目學(xué)習(xí)在初中化學(xué)學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探索。

2.課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

課程以學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)為核心，力求深化初中化學(xué)課堂的教學(xué)改革，通過(guò)不同形式的課堂教學(xué)組織，促使學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，在掌握化學(xué)知識(shí)的同時(shí)，將化學(xué)學(xué)科內(nèi)涵、化學(xué)學(xué)科思想、化學(xué)學(xué)科觀念等內(nèi)化成提升自身學(xué)習(xí)能力的利器，在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索、改進(jìn)、解決教學(xué)中存在的實(shí)際問(wèn)題。

主要分以下幾塊內(nèi)容：

（1）STEM教育理念下初中化學(xué)證據(jù)推理的項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究。

（2）STEM教育理念下初中化學(xué)模型認(rèn)知的項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究。

（3）STEM教育理念下初中化學(xué)學(xué)科社會(huì)價(jià)值的項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究。

（4）STEM教育理念下初中化學(xué)新授課中進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)的實(shí)踐研究。

（5）STEM教育理念下初中化學(xué)復(fù)習(xí)課中進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)的實(shí)踐研究。

（6）STEM教育理念下的初中化學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)評(píng)價(jià)量表研究。

3.課程開(kāi)發(fā)路徑設(shè)計(jì)

第一步：理論研究。通過(guò)組織區(qū)內(nèi)骨干教師學(xué)習(xí)“STEM教育”、“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”理論，梳理STEM教育理念，了解當(dāng)前STEM教育的方式；通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷、師生訪談等形式有效測(cè)查我區(qū)初中階段STEM教育的發(fā)展情況和教學(xué)中學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)缺失的現(xiàn)狀，為本課程提供較為系統(tǒng)的理論支撐。

第二步：實(shí)踐研究。主要包括對(duì)初中化學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)、模塊差異、難度分析等各個(gè)方面的研究。在具體的教學(xué)實(shí)踐中探索項(xiàng)目學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)規(guī)律，改進(jìn)教學(xué)方法，調(diào)整教學(xué)策略，解決教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科綜合思想解決問(wèn)題的能力，從而提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。

第三步：實(shí)踐總結(jié)。通過(guò)對(duì)已有教學(xué)實(shí)踐的研究，尋找適合本區(qū)大多數(shù)初中校的、包含“STEM教育、項(xiàng)目學(xué)習(xí)”元素的化學(xué)學(xué)科課程，提升初中學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，有效促進(jìn)初中化學(xué)教學(xué)中學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的形成和發(fā)展，建構(gòu)初中化學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)范式。總結(jié)研究取得的成果，總結(jié)開(kāi)展項(xiàng)目學(xué)習(xí)中存在的困難、研究中存在的不足之處以及對(duì)后續(xù)的研究思考。

第四步：整體提升?；谏鲜鰧?shí)踐，初步設(shè)計(jì)出一套符合本區(qū)生源的初中化學(xué)學(xué)科開(kāi)展項(xiàng)目學(xué)習(xí)的基本流程，并深入探索適合初中化學(xué)進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)的活動(dòng)設(shè)計(jì)，期待通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)符合時(shí)代發(fā)展需要的高端人才。

四、STEM教育理念下初中化學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的區(qū)本課程設(shè)計(jì)樣例

中考專題復(fù)習(xí)“物質(zhì)的分離和提純”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課例

Step1：呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，引入主題

師：我們的世界正在發(fā)生著日新月異的變化，這其中離不開(kāi)化學(xué)學(xué)科的貢獻(xiàn)。請(qǐng)同學(xué)們看一組美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（表1）。

師：在科學(xué)家的努力下，物質(zhì)以幾何級(jí)數(shù)的速率在增長(zhǎng)。而在物質(zhì)制備的過(guò)程中，都會(huì)涉及到“分離和提純”的問(wèn)題，今天我們項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的主題就是“物質(zhì)的分離和提純”。

Step2：圖形表征，梳理方法

師：混合物分離和提純有物理方法和化學(xué)方法。初中階段的物理方法主要有過(guò)濾、蒸發(fā)、結(jié)晶等。圖1是它們?cè)诹鞒虉D中的表征形式。請(qǐng)思考：（1）沉淀C和溶液D如何分離？（2）沉淀C表面會(huì)有殘留液，如何進(jìn)一步提純？（3）溶液D又如何得到晶體D？

生1：固體C和溶液D分離應(yīng)該用過(guò)濾。

生2：沉淀C還需要經(jīng)歷洗滌、干燥，才能變?yōu)榧儍舾稍锏墓腆w。

生3：溶液D要變?yōu)榫w，可用蒸發(fā)操作。

師：用蒸發(fā)，說(shuō)明D的溶解度受溫度影響不大，那么如果D的溶解度隨溫度降低而減小，又如何提純呢？

生：蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過(guò)濾、干燥。

Step3：交流評(píng)價(jià)，歸納原則

師：利用化學(xué)方法除雜提純時(shí)，要注意兩個(gè)原則。我們來(lái)看幾組除雜方案（表2），請(qǐng)同學(xué)們?cè)u(píng)價(jià)是否適宜。

生1：A方案鐵雖然能和硝酸銀反應(yīng)，但會(huì)生成硝酸亞鐵，引入新雜質(zhì)。

生2：B方案硫酸鉀溶液過(guò)量，會(huì)有剩余，引入新雜質(zhì)。

生3：C方案氫氧化鈉溶液除掉雜質(zhì)HCl的同時(shí)也能吸收有用物質(zhì)CO2。

生4：D方案中泥沙不溶，氯化鈉可溶，利用“溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)”則可除去泥沙，得到氯化鈉。

師：除雜原則：（1）不能“玉石俱焚”；（2）不能“前門驅(qū)虎，后門進(jìn)狼”。

Step4：項(xiàng)目設(shè)計(jì)，提升能力

師：氯化鈉是我們生活中常見(jiàn)的物質(zhì)，如氯化鈉中分別混有碳酸鈉、氫氧化鈉、硫酸鈉，該如何除雜呢？用化學(xué)方程式表示。

生：板演化學(xué)方程式

師：從離子角度分析酸堿鹽的除雜更簡(jiǎn)便有效，因此同學(xué)們必須熟練掌握常見(jiàn)離子的反應(yīng)配對(duì)（圖2）。

生：討論，在學(xué)案上補(bǔ)充其他離子，完善圖2。

師：通過(guò)海水晾曬可得粗鹽，粗鹽除NaCl外，還含有MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等雜質(zhì)，請(qǐng)同學(xué)設(shè)計(jì)方案，提純粗鹽，得到氯化鈉。

生：小組合作學(xué)習(xí)，討論交流后，設(shè)計(jì)出圖3項(xiàng)目方案。

師：我們?cè)谠O(shè)計(jì)物質(zhì)分離提純的方案時(shí)，通常應(yīng)考慮原理、操作步驟、試劑用量等內(nèi)容，這個(gè)過(guò)程中同學(xué)們一定要結(jié)合提純物和雜質(zhì)的性質(zhì)差異進(jìn)行整體性設(shè)計(jì)。

五、結(jié)束語(yǔ)

本課程擬在STEM教育理念引導(dǎo)下，讓學(xué)生在“解決問(wèn)題”的過(guò)程學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。教師可以提供給學(xué)生的是一些恰當(dāng)?shù)摹靶聠?wèn)題”。這種學(xué)習(xí)活動(dòng)中教師可以提供給學(xué)生熟悉的生活生產(chǎn)中的教學(xué)資源，幫助學(xué)生用已有的化學(xué)知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題；通過(guò)激發(fā)學(xué)生深入思考、質(zhì)疑、批判，培養(yǎng)他們的證據(jù)推理意識(shí)和批判性思維能力，最終提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，真正掌握化學(xué)學(xué)科核心知識(shí)，在不斷的“解決問(wèn)題”中學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。

本課程旨在通過(guò)教師的行動(dòng)研究達(dá)到改進(jìn)中學(xué)化學(xué)課堂中學(xué)習(xí)方式改變之目的，讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科的持久性價(jià)值；幫助學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中體驗(yàn)、領(lǐng)悟和形成一定的經(jīng)驗(yàn)，以期對(duì)學(xué)生未來(lái)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生廣泛的遷移意義；在課程核心思想的引領(lǐng)下，更大程度地創(chuàng)設(shè)有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能、自信心和創(chuàng)造力的化學(xué)課堂。

參考文獻(xiàn)

[1] R.步里斯羅[美]. 化學(xué)的今天和明天[M].北京：科學(xué)出版社，2001：1

[2] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017：57

[3] 肖敏，吳曉紅.基于美國(guó)K-12階段STEM理念的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“‘設(shè)計(jì)一座硫酸廠”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2016（2）：44-48

[4] 王萍.基于《教師教育課程標(biāo)準(zhǔn)》視域下的項(xiàng)目學(xué)習(xí)探究[J].中國(guó)教師，2012（15）：48-50