基于STEM的初中化學(xué)深度學(xué)習(xí)研究

摘 要：在我國教育新課程改革的背景下，從知識和技能培養(yǎng)方向轉(zhuǎn)為對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，在初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中也要求注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。近年來，STEM教育理念的提出為教育工作者深入研究學(xué)科深度學(xué)習(xí)的提供了新的突破點，將STEM教育融入初中化學(xué)課程的教學(xué)方法符合當(dāng)下的社會教育理念。本文通過化學(xué)實踐教學(xué)案例分析，發(fā)揮基于STEM的教學(xué)設(shè)計所能達(dá)到的培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：STEM教育理念;初中化學(xué);深度學(xué)習(xí)

STEM教育的提出受到世界各地的廣泛熱議和支持，它能夠?qū)㈥P(guān)于理科的基礎(chǔ)知識內(nèi)容整合在一起，進(jìn)行設(shè)計并由最后的工程來實現(xiàn)，STEM教育與化學(xué)教學(xué)的融合，有效解決了目前在化學(xué)教學(xué)中存在的一些問題，因此，作為理科中重要學(xué)科之一，化學(xué)課堂借助STEM教育實現(xiàn)全面的創(chuàng)新和發(fā)展，勢必會給學(xué)生帶來不一樣的化學(xué)學(xué)習(xí)體驗，教師的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率也得到進(jìn)一步提升。

一、 對于STEM教育和深度學(xué)習(xí)的基本認(rèn)識與理解

STEM即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等單詞的首字母縮寫組合。STEM教育即一種通過整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的內(nèi)容來指引和引導(dǎo)教學(xué)與學(xué)習(xí)的方法和途徑，它打破了學(xué)科學(xué)習(xí)的領(lǐng)域界限，有效培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科的多元思維能力及科學(xué)素養(yǎng)，能夠促使學(xué)生積極地去應(yīng)對在實際社會生活中迎來的挑戰(zhàn)。STEM教育是由本科教育逐漸向基礎(chǔ)教育推進(jìn)的，近年來，在中學(xué)教學(xué)設(shè)計中開始出現(xiàn)，主要是應(yīng)用于科學(xué)學(xué)科。

深度學(xué)習(xí)最早由美國學(xué)者者Ference Marton和Roger Saljo在1976年提出，后來陸續(xù)有相關(guān)研究人員來關(guān)注與研究深度學(xué)習(xí)，并成功將其運用到各學(xué)科的教學(xué)實踐當(dāng)中。在信息時代下，現(xiàn)代知識經(jīng)濟(jì)社會要求學(xué)生能夠?qū)χR信息有較好的加工能力，并具有解決實際復(fù)雜問題的能力，占有高階思維意識?；瘜W(xué)深度學(xué)習(xí)則是由一個有意義的主題來展開學(xué)習(xí)活動的，促使學(xué)生通過聯(lián)想和激活、內(nèi)化和變式、活動和體驗、遷移和應(yīng)用、反思和評價等過程中來切實掌握化學(xué)重點知識，能夠理解學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)意義，把握化學(xué)學(xué)習(xí)的內(nèi)在涵義，從而樹立正確的學(xué)習(xí)觀和人生觀。

基于STEM的化學(xué)深度學(xué)習(xí)研究，注重化學(xué)基礎(chǔ)知識和實踐的充分結(jié)合，強化多學(xué)科知識內(nèi)容的整合，提升學(xué)生的綜合性素養(yǎng)，從而促進(jìn)學(xué)生對學(xué)科的深度學(xué)習(xí)。

二、 探究STEM與初中化學(xué)相融合的教學(xué)模式

以STEM教育理念為基礎(chǔ)的初中化學(xué)教學(xué)模式是以學(xué)生為中心，教師起到輔助和組織的作用，將整體教學(xué)流程分為四個環(huán)節(jié)：情境創(chuàng)設(shè)與引入、知識理解與探究、工程設(shè)計與制作、課堂評價與總結(jié)。教師在教學(xué)流程的不同環(huán)節(jié)要采取不同的教學(xué)方式，例如在知識理解與探究環(huán)節(jié)，在學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識或是查閱相關(guān)資料來解決、探究問題時，教師可以向?qū)W生提供一定的知識補充和構(gòu)建，為下一步的工程設(shè)計與制作做好基礎(chǔ)工作;又如在工程設(shè)計與制作環(huán)節(jié)，學(xué)生在方案構(gòu)想和實踐制作時遇到難以解決的問題，并且采用的輔助工具有危險因素，教師則需要指導(dǎo)學(xué)生注意儀器使用和操作過程的規(guī)范;而在課堂評價與總結(jié)環(huán)節(jié)，教師需要觀察并找出學(xué)生在實踐過程中存在的問題，給予回答和解釋，適當(dāng)評價學(xué)生的表現(xiàn)，鼓勵學(xué)生，最后對該課時作總結(jié)。

（一） 情境創(chuàng)設(shè)與引入

新課標(biāo)改革中課堂情境出現(xiàn)的頻率較高，占有重要的地位和作用，創(chuàng)設(shè)一定的課堂情境能夠激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，提高對化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，積極參與到課堂教學(xué)中來，教師需要將課堂與外界環(huán)境結(jié)合起來，進(jìn)行有意義的建構(gòu)，在模擬真實的教學(xué)情境中開展教學(xué)活動。同時，情境的創(chuàng)設(shè)還要巧妙融合STEM教學(xué)理念，以開辟培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的新途徑。

（二） 知識理解與探究

以問題為導(dǎo)向，促使學(xué)生產(chǎn)生探究意識，明確探究方向，以小組的形式展開分析和討論，教師引導(dǎo)學(xué)生自主查詢相關(guān)材料，并將自身所掌握的化學(xué)知識和生活常識聯(lián)系起來，思考解決問題的辦法。STEM教育中含有問題驅(qū)動的教學(xué)理念，在此過程中，學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作意識和能力得到提升，同時也訓(xùn)練了學(xué)生的思辨能力。教師則要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，鼓勵學(xué)生自主思考探究，嘗試表達(dá)觀點，回答問題。另外學(xué)生參考的資料并不局限于化學(xué)這一學(xué)科，可以運用多種學(xué)科知識來深入分析，這將極大地提升學(xué)生的跨學(xué)科思維能力。

（三） 工程設(shè)計與制作

完成理解與探究后，則開始進(jìn)行工程設(shè)計與制作環(huán)節(jié)，在制作前需要確定實踐方案，有步驟有順序地展開，保證方案的實際性、創(chuàng)造性，體現(xiàn)個體或社會的各種需求，符合工程設(shè)計要求，從而鍛煉學(xué)生的工程思維和動手能力。制作過程即猜想與方案的檢驗過程，調(diào)動學(xué)生的手腦協(xié)調(diào)能力。這一環(huán)節(jié)符合STEM教育要求培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作能力、跨學(xué)科思考與實踐的理念。

（四） 課堂評價與總結(jié)

學(xué)生以小組為單位完成作品后開始進(jìn)行介紹和展示，教師與學(xué)生共同對各小組的作品討論和評價，給予該作品一些可改進(jìn)的建議，最后教師在評價總結(jié)時要給予學(xué)生一定的鼓勵和表揚，激勵其今后繼續(xù)努力。學(xué)生通過課堂評價與總結(jié)，增強了科學(xué)語言表達(dá)能力，取長補短，客觀看待自身的優(yōu)勢和不足，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。課堂總結(jié)是必不可少的，它能夠?qū)⒒瘜W(xué)知識邏輯化，構(gòu)建一個知識體系，把復(fù)雜、量多的知識點整合起來，還可以實現(xiàn)知識的拓展和延伸，促使學(xué)生懂得如何將知識運用到實際生活中。

三、 基于STEM的初中化學(xué)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)實踐

（一） 實踐教學(xué)案例一——空氣的組成

本節(jié)課選自滬教版《化學(xué)》教材九年級上冊第二章課題1《由多種物質(zhì)組成的空氣》，主要是介紹空氣的組成，區(qū)分純凈物與混合物的概念，讓學(xué)生認(rèn)識到空氣污染的危害，了解預(yù)防治理的措施，從而樹立學(xué)生保護(hù)大氣環(huán)境的意識。

1. 情境的創(chuàng)設(shè)和引入

教師借助多媒體技術(shù)來向?qū)W生展示空氣凈化器，并收集反應(yīng)空氣質(zhì)量指數(shù)的信息資料做成圖表，以及一些空氣污染的視頻，學(xué)生從空氣凈化器的介紹中初步認(rèn)識了空氣的成分，圖表和視頻讓學(xué)生直觀地感受到空氣污染對人類健康帶來的種種危害。這是通過多媒體來展示STEM教育的情境性。

2. 知識理解與探究

教師首先向?qū)W生提出問題：“空氣污染是由于什么物質(zhì)造成的？那么我們要如何凈化空氣？”學(xué)生聯(lián)系所學(xué)的化學(xué)知識和日常生活經(jīng)驗，來分析、討論、思考這個問題，有的學(xué)生認(rèn)識空氣凈化器就足以凈化空氣了，但有的學(xué)生持反對意見，認(rèn)為空氣凈化器的裝置過于簡易達(dá)不到較好的凈化效果，隨后教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組探究活動，在充分認(rèn)識空氣凈化器工作原理的基礎(chǔ)上，理解各種材料對于相應(yīng)的污染物所發(fā)揮的作用，提出凈化空氣的措施，教師則需要適當(dāng)?shù)匮a充知識。

3. 工程設(shè)計與制作

學(xué)生根據(jù)討論結(jié)果來設(shè)計方案，可以畫出示意草圖作準(zhǔn)備，模擬一個簡易的空氣凈化器，學(xué)生認(rèn)為操作所需的器材有：風(fēng)筒、風(fēng)扇、電池、電池盒、馬達(dá)、導(dǎo)線、火柴、泡沫膠、塑料瓶、濾布、膠帶等等，教師為學(xué)生提供這些器材，學(xué)生以小組為單位分工制作和實驗。

4. 課堂評價與總結(jié)

在規(guī)定時間內(nèi)，各組學(xué)生共同完成產(chǎn)品制作后，教師進(jìn)行成果驗收，比較評價各組產(chǎn)品的優(yōu)劣，與學(xué)生一起找出實驗失敗的原因，商討如何改進(jìn)手工制作的空氣凈化器，學(xué)生之間也可以交流分享制作心得。在以上步驟完成后，教師開始總結(jié)本課內(nèi)容，并提出實驗過程中需要注意的一些安全事項，學(xué)生認(rèn)真聆聽，記錄重點和不足之處，教師鼓勵學(xué)生提出促進(jìn)空氣治理的措施，并講述如何將化學(xué)知識應(yīng)用到實際生活中。

（二） 實踐教學(xué)案例二——二氧化碳的性質(zhì)

本節(jié)課選取的是滬教版《化學(xué)》教材九年級上冊中關(guān)于二氧化碳的性質(zhì)和制備的教學(xué)內(nèi)容。二氧化碳是繼學(xué)習(xí)了空氣、氧氣后的第三種具體物質(zhì)，主要在于凸顯該部分內(nèi)容與實際生活的聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生的理解和吸收，營造活躍的課堂氛圍，激發(fā)學(xué)生的興趣，增強自主探究能力。

1. 情境的創(chuàng)設(shè)與引入

教師仍可以以視頻的形式來向?qū)W生展示滅火氣體的簡介，觀看蠟燭熄滅的過程，學(xué)生仔細(xì)觀察滅火裝置中的變化，了解到如果蠟燭熄滅，說明這種氣體不支持也不能燃燒，將裝滿二氧化碳的大燒杯倒扣在水中，發(fā)現(xiàn)液面上升，說明二氧化碳溶于水，澄清的石灰水變渾濁說明二氧化碳與氫氧化鈣發(fā)生了反應(yīng)，生成了碳酸鈣。

2. 知識理解與探究

教師向?qū)W生提問：“這種氣體是什么，它有什么性質(zhì)？”學(xué)生經(jīng)過討論和思考后發(fā)表觀點，教師接著將課前備好的蛋殼拿來進(jìn)行實驗，將得到的氣體進(jìn)行檢驗查看是否有視頻中的現(xiàn)象，與學(xué)生共同并分析生成這種氣體的緣由，將多學(xué)科的知識聯(lián)系起來，進(jìn)行判斷和思考，在小組討論中獲得合作探究的能力以及思辨的能力。

3. 工程設(shè)計與制作

學(xué)生根據(jù)蛋殼實驗原理自主進(jìn)行探究，通過往燒杯中加入蛋殼和白醋來獲得二氧化碳?xì)怏w，再依次進(jìn)行檢驗其性質(zhì)，小組成員分工協(xié)作完成這些實驗，將觀察到的現(xiàn)象做好記錄。學(xué)生在實際動手操作中加強了對二氧化碳?xì)怏w的認(rèn)識和理解，體現(xiàn)出STEM教育理念的協(xié)作性、實踐性特征。

4. 課堂總結(jié)與評價

教師對學(xué)生的實驗過程進(jìn)行評價和總結(jié)，指出學(xué)生在實驗中需要改進(jìn)的地方，失敗的實驗要采用什么樣的辦法來調(diào)整，要求學(xué)生注意細(xì)節(jié)，例如在倒白醋時，不要倒在燃燒的蠟燭上，導(dǎo)致蠟燭熄滅，影響實驗結(jié)果的正確性。最后教師引領(lǐng)學(xué)生回顧二氧化碳的性質(zhì)和制作過程，加深鞏固知識點。

綜上所述，對于STEM融于初中化學(xué)深度學(xué)習(xí)的研究，能夠有效提高學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和能力，增強語言表達(dá)能力以及自主思考的能力。由于教學(xué)時間和條件的有限，本研究尚有不足之處，期望在將來通過更多的實踐來促進(jìn)STEM教學(xué)理念在初中化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用。

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作者簡介：

陳軍，江蘇省靖江市，江蘇省靖江市濱江學(xué)校。