STEM理念下開展高中化學實驗課的實踐研究

陳彩紅

[摘? ?要]STEM教育理念與高中化學實驗課的融合，圍繞化學學科核心素養(yǎng)開展，教學重心從講授事實轉移到使用事實上，將學生學習能力的培養(yǎng)從記憶事實知識轉移到理解可遷移的知識上，促進和發(fā)展學生的探究應用能力、團隊合作能力、解決問題能力和交流表達能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

[關鍵詞]STEM;實驗課;高中化學

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）32-0065-02

一、STEM課程理念

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）各學科首字母的縮寫。STEM教育，注重培養(yǎng)學生的探究能力，打破學科領域邊界，培養(yǎng)學生的科技理工素養(yǎng)。從STEM到STEAM（增加了藝術），再到STEAMx（增添更多的學科領域），STEM教育的內涵和外延越來越豐富，它包括了藝術、體育、科學、計算機科學、人文、創(chuàng)造與革新、調查研究、全球溝通協(xié)作等二十一世紀所需的知識與技能，逐漸發(fā)展為更強的跨學科綜合教育。

二、現(xiàn)狀分析

高中化學是一門以實驗為基礎的學科。在化學實驗課中，融入STEM課程理念，探索高中化學實驗課中的跨學科合作是很有必要的。然而，我國對STEM教育和STEM課程的研究多處于理論階段，仍存在問題與不足：（1）在國內的相關研究當中，沒有形成適用于本土的具有本國特色的STEM課程;（2）STEM課程理念在高中化學實驗課中應用的相關研究存在空白;（3）在高中化學實驗中融入STEM課程理念需要教師具備相關學科的綜合知識與教學技能，教師缺乏相關的培訓學習。

三、高中化學實驗課與STEM課程理念相融合

傳統(tǒng)的化學實驗課是教師在課堂上演示實驗，學生先觀察并記錄實驗現(xiàn)象，再到實驗室操作，注重實驗技能的掌握和化學原理的驗證。該教學模式重記憶、輕思維，難以培養(yǎng)學生深層次的理解能力和解決實際問題的能力。

STEM課程理念下的高中化學實驗課以項目實踐為載體，設計可從科學、技術、工程、數(shù)學等方面進行的實驗，重視跨學科的應用交流，注重培養(yǎng)學生的動手能力及團隊合作能力;圍繞化學學科核心素養(yǎng)開展實驗，教學重心從講授事實轉移到使用事實上，將學生學習能力的培養(yǎng)從記憶事實知識轉移到理解可遷移的知識上。

四、STEM課程理念下高中化學實驗課案例設計與實施

1.基本流程

提出與分析問題→應用跨學科知識→團隊合作→選擇與應用適當?shù)募夹g→探究與設計作品→展示與評價成果。

2.活動實施——以“智力元素碘的提取”為例

（1）教學內容及設計思路

碘是人體生長發(fā)育所必需的微量元素，有“智力元素”之稱。碘元素的相關物理性質、化學性質及其應用，分別在人教版初中教材和高中必修2的第一章呈現(xiàn)。在人教版、蘇教版、魯教版教材中都編入了“海帶中碘元素的分離及檢驗”或“海帶提碘”等必修的探究性實驗或選修實驗。本地區(qū)使用的是人教版教材，人教版化學必修2第四章第一節(jié)專題二《海水資源的開發(fā)利用》中安排了探究性實驗“海帶中碘的分離與檢驗”。該實驗教學通常是教師先在課堂上講授實驗原理，再安排學生到實驗室做實驗;課時有限時，只在課堂上分析實驗，再讓學生做練習加深記憶。

STEM課程理念下，我們大膽對該實驗進行創(chuàng)新，設立“智力元素碘的提取”項目，讓學生查找資料，結合已有知識，設計提取的實驗方案，根據(jù)實驗方案實施實驗操作并對實驗過程進行記錄分析，再根據(jù)分析結果修改實驗方案，最后以討論或辯論的方式選出最具可行性的實驗方案。讓學生將實驗步驟與創(chuàng)新思維結合起來，可使學生在課堂上保持積極的學習狀態(tài)。

（2）教學目標分析

（3）小論文的書寫及答辯

讓學生結合自己的實驗設計方案、實驗現(xiàn)象、實驗亮點、創(chuàng)新做法等內容撰寫小論文，并附上實驗的照片、原始數(shù)據(jù)、產(chǎn)品展示。在校內開展答辯，讓學生通過PPT，講述項目實踐過程，鍛煉學生表達交流和協(xié)作的能力。答辯過程全程錄像，作為校本課程資源的積累。評選校級一、二、三等獎，選優(yōu)秀作品參加廣州市各類比賽，增強學生自信心。

五、實踐研究的反思

1.文獻檢索能力有待提高

當要求學生查找碘的相關資料時，多數(shù)學生只會通過百度搜索，資料有限。建議學生到增城圖書館注冊會員，或登錄廣州市圖書館官網(wǎng)，進行電子閱覽與搜索，還可登錄“中國知網(wǎng)（CNKI）”檢索需要的資料文獻。

2.設計方案時缺乏數(shù)據(jù)精準意識

在查看學生的項目設計方案時，發(fā)現(xiàn)學生只是寫出實驗步驟，畫出簡單的操作流程圖，對實驗做定性分析，沒能深入轉化為定量分析。如在海帶的質量、滴加多少滴過氧化氫或高錳酸鉀、試劑濃度、灼燒時間、煮沸時間、對比實驗等方面沒記錄精準數(shù)據(jù)，這對后期的分析會產(chǎn)生較大的障礙。故在修正項目設計方案時，明確提出要列表格，記錄精準數(shù)據(jù)，準確記錄實驗現(xiàn)象，收集多次實驗數(shù)據(jù)并整理數(shù)據(jù)，最終得出研究結果。

3.實施實驗方案時應有嚴謹?shù)目茖W態(tài)度

在實施實驗方案過程中，多數(shù)學生對自己設計的實驗方案能夠嚴格執(zhí)行，眼里透露出對知識的渴望、對實驗現(xiàn)象的期待，就像科學家一樣以嚴謹?shù)目茖W態(tài)度在做研究。

4.在活動中培養(yǎng)創(chuàng)新意識和探究精神

當學生看到向過濾后的淺黃色溶液中滴加淀粉溶液后溶液變藍色時，興奮極了。這一現(xiàn)象證明從海帶中分離出了碘單質。某學生提出：“可否在淀粉與碘的混合液中提取碘單質？”并嘗試在淀粉與碘的混合液中用反萃取法提取碘單質，最終成功。還有學生嘗試用“強生嬰兒油”或食用油代替CCl4做萃取劑，環(huán)保意識得到增強。學生在活動中不斷成長，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識和探究精神。

此外，STEM課程理念下高中化學實驗課的開展，可充分利用第二課堂的時間，由學生根據(jù)各個項目提出需要解決的問題，設計方案，再根據(jù)方案開展實驗;在實施方案的過程中仔細觀察，記錄分析，再次修正設計方案，最后通過辯論選擇出最具可行性的方案。實驗中難免會出現(xiàn)失敗，學生在尋找失敗原因的過程中完成對知識的動態(tài)掌握，在一個開放、輕松又嚴謹?shù)姆諊凶灾魈骄?，在實踐中感悟。

（特約編輯 溫? ?簡）