新人教版化學(xué)教材STEM教育理念體現(xiàn)分析

(1.哈爾濱師范大學(xué) a.教師教育學(xué)院;b.化學(xué)化工學(xué)院，哈爾濱 150025；2.雙鴨山市集賢縣興安中心校，黑龍江 雙鴨山 155100)

2017年教育部頒發(fā)的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》把STEM教育列入新課程內(nèi)容。另有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)稱，中國(guó)3周歲至12周歲的兒童科學(xué)教育市場(chǎng)規(guī)模將從2017年的1 600億元上升至2022年的4 160億元。世界經(jīng)濟(jì)論壇的一份報(bào)告顯示，2017年升小學(xué)的學(xué)生中，有65%的學(xué)生在未來(lái)做的工作目前甚至還不存在，目前所受的教育自然也無(wú)法培養(yǎng)他們應(yīng)對(duì)這些工作的能力。種種數(shù)據(jù)表明STEM已經(jīng)是教育者不可忽視的教育理念。“科學(xué)會(huì)越來(lái)越明顯和重要，也是未來(lái)時(shí)代發(fā)展和科技強(qiáng)國(guó)道路上中國(guó)青年一代人最應(yīng)該具備的基本素質(zhì)”。從事STEM教育的創(chuàng)業(yè)者盧申彪接受采訪時(shí)如是說(shuō)。教材作為教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容的載體，其書(shū)寫(xiě)編排方式是備受關(guān)注的。因此研究新人教版化學(xué)教材STEM教育理念的體現(xiàn)分析對(duì)于教師組織教學(xué)具有重要意義。

一、STEM教育的概念

由美國(guó)發(fā)起的STEM教育是取自科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個(gè)英文單詞的首字母，旨在通過(guò)跨學(xué)科綜合性教育提高學(xué)生素質(zhì)以鞏固自身的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。

科學(xué)是指經(jīng)過(guò)歷史驗(yàn)證、邏輯推理得出的有關(guān)事物本質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的內(nèi)容。而化學(xué)學(xué)科的科學(xué)知識(shí)不僅僅包括元素及其化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、互相轉(zhuǎn)化，還包括元素周期律等?；瘜W(xué)學(xué)科的科學(xué)知識(shí)充斥著人們生活的方方面面，如食物的烹制，衣服的組成成分，交通工具的動(dòng)力，現(xiàn)代建筑的水泥、玻璃、塑料等化工產(chǎn)品等等。所以學(xué)習(xí)化學(xué)不能形而上學(xué)，而要明白自己所學(xué)的知識(shí)是在生活中如何應(yīng)用的。

人類(lèi)的生產(chǎn)發(fā)展離不開(kāi)方法手段，這就是STEM的“技術(shù)”。STEM教育強(qiáng)調(diào)分享、創(chuàng)造，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生體驗(yàn)和獲得分享中的快樂(lè)感與創(chuàng)造中的成就感。有的項(xiàng)目還把STEM教育內(nèi)容游戲化(將游戲的元素、方法和框架融于教育場(chǎng)景)[1]。所以,STEM教育理念中的技術(shù)更多強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性。而化學(xué)學(xué)科的技術(shù)知識(shí)在生產(chǎn)生活、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)所都有所體現(xiàn)。

數(shù)學(xué)作為一種技術(shù)手段，是可以幫助人們作定量分析的。STEM教育理念中的“數(shù)學(xué)”作為一種工具學(xué)科是幫助人們理解量的關(guān)系、空間組成結(jié)構(gòu)的手段方法，是將“科學(xué)”“技術(shù)”運(yùn)用的方法依據(jù)。而化學(xué)學(xué)科作為一種應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，其實(shí)不僅僅需要數(shù)學(xué)知識(shí)，還需要數(shù)學(xué)思維。有機(jī)物空間立體構(gòu)型、阿伏伽德羅常數(shù)計(jì)算、氧化還原計(jì)算、一定濃度溶液配制、pH值計(jì)算都離不開(kāi)“數(shù)學(xué)”。

而工程是將“科學(xué)”“數(shù)學(xué)”“技術(shù)”綜合運(yùn)用到生產(chǎn)生活中。這也體現(xiàn)了STEM教育的綜合性、跨學(xué)科性。STEM教育從本質(zhì)屬性上可以理解為一類(lèi)課程，即包含四大所謂“元學(xué)科”的一種課程。STEM教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，將上述四門(mén)“元學(xué)科”以完整的知識(shí)體系展示[2]，這也正是STEM教育理念強(qiáng)調(diào)的知識(shí)的系統(tǒng)整體性，而化學(xué)學(xué)科的自身特點(diǎn)也是符合STEM教育理念的。在化學(xué)學(xué)科中也包含著許多其他學(xué)科的知識(shí)。像丁達(dá)爾效應(yīng)、噴泉實(shí)驗(yàn)的物理原理，蛋白質(zhì)變性、基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等生物知識(shí)，稀土、海洋資源等地理知識(shí)，題設(shè)字?jǐn)?shù)增多對(duì)于學(xué)生語(yǔ)文閱讀能力的要求。將STEM教學(xué)理念運(yùn)用到化學(xué)教學(xué)中是再合適不過(guò)的了。

STEM作為一種跨領(lǐng)域教育理念旨在培養(yǎng)綜合型人才，是符合我國(guó)“科教興國(guó)”戰(zhàn)略的。雖然在我國(guó)仍處于發(fā)展萌芽階段，但其重要性不言而喻。教材作為教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容的載體，其書(shū)寫(xiě)編排方式是備受關(guān)注的。因此研究新人教版化學(xué)教材STEM教育理念體現(xiàn)分析對(duì)于教師組織教學(xué)具有重要意義。

二、近五年全國(guó)二卷STEM教育理念分析

(一)2015年全國(guó)二卷

1.選擇題部分

“食物干燥劑”的成分，阿伏伽德羅常數(shù)的相關(guān)計(jì)算，有機(jī)物的同分異構(gòu)體計(jì)算,海水的開(kāi)發(fā)利用共從四個(gè)方向出題，約占30分的分值，這還不包括一些運(yùn)用規(guī)律的直接計(jì)算題。

2.非選擇題部分

以極具發(fā)展前景的清潔能源——?dú)淠苤迫錃鉃榭键c(diǎn)，分值在4分；海洋中CO2存在形式，主要以光合作用作為依據(jù)以及海水回收環(huán)保問(wèn)題，共計(jì)約7分。

2015年全國(guó)二卷選擇題中通過(guò)食物干燥劑的性質(zhì)、選擇及反應(yīng)原理考查讓學(xué)生了解到化學(xué)科學(xué)知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。阿伏伽德羅常數(shù)的計(jì)算考查包括化學(xué)鍵計(jì)算、弱電解質(zhì)離子的水解離子總數(shù)、氧化還原電子轉(zhuǎn)移、質(zhì)子中子相關(guān)概念之間的關(guān)系。有機(jī)物主要考查酯類(lèi)化合物性質(zhì)及分子式、同分異構(gòu)體的判斷。工業(yè)流程題中考查氯氣作為氧化劑的性質(zhì)體現(xiàn)、粗鹽提純過(guò)程、從經(jīng)濟(jì)角度選擇沉淀劑、尾氣處理等問(wèn)題。非選擇題中考查環(huán)保問(wèn)題、元素之間的轉(zhuǎn)化等問(wèn)題。

可以看出試題仍是主要考查化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，STEM理念更多體現(xiàn)在科學(xué)、數(shù)學(xué)兩個(gè)方面。

(二)2016年全國(guó)二卷

1.選擇題部分

涉及環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的燃料的燃燒產(chǎn)物分析、阿伏伽德羅常數(shù)的相關(guān)計(jì)算、有機(jī)物同分異構(gòu)體的計(jì)算、活用自然資源——海水做電池等出題點(diǎn)，共計(jì)12分。

2.非選擇題部分

火箭燃料——聯(lián)氨的使用理由：既檢測(cè)了學(xué)生化學(xué)知識(shí)的掌握，又能對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義滲透；化工燃料丙烯腈的產(chǎn)率計(jì)算及原因分析。共計(jì)約10分。

2016年全國(guó)二卷選擇題中通過(guò)考查燃料燃燒、環(huán)境污染與防治等知識(shí)包括溫室氣體主要成分、酸雨的導(dǎo)致因素。有機(jī)物除了考查有機(jī)物反應(yīng)類(lèi)型外，還考查了同分異構(gòu)體的數(shù)量判斷。在考查原電池工作原理時(shí)，滲透了工業(yè)流程中體現(xiàn)的環(huán)保意識(shí)。在非選擇題中考查了聯(lián)氨作為常見(jiàn)的還原劑在工業(yè)中處理高壓鍋爐水防止氧化的原理，化工燃料丙烯腈的產(chǎn)率影響因素分析、選擇依據(jù)以及圖像分析。

可以看出除了基礎(chǔ)的STEM化學(xué)科學(xué)知識(shí)素養(yǎng)的培養(yǎng)，2016年的高考大題中增加了工程類(lèi)素養(yǎng)能力的考查，這些知識(shí)沒(méi)直接體現(xiàn)在課本中，但卻是學(xué)生通過(guò)課本學(xué)習(xí)所應(yīng)掌握的。

(三)2017年全國(guó)二卷

1.選擇題部分

結(jié)合生物知識(shí)蛋白質(zhì)的組成成分，維生素D的使用用途，微量元素硒攝入量控制；阿伏伽德羅常數(shù)的相關(guān)計(jì)算；鋁制品表面耐腐蝕薄膜的形成過(guò)程分析。共計(jì)約18分。

2.非選擇題部分

建筑材料水泥中鈣含量的測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中副產(chǎn)物成分分析；化工原料丁烯的制備與產(chǎn)率值分析及相應(yīng)措施。共計(jì)約18分。

2017年全國(guó)二卷選擇題中考查了蛋白質(zhì)基本組成元素是碳、氫、氧、氮，有些蛋白質(zhì)還包括硫、磷等元素。這些科學(xué)知識(shí)由于比較細(xì)碎，很容易被學(xué)生忽視。同時(shí)這類(lèi)與其他學(xué)科相交叉的知識(shí)點(diǎn)也要引起學(xué)生與教師的關(guān)注。阿伏伽德羅常數(shù)知識(shí)點(diǎn)結(jié)合了離子水解、氧化還原數(shù)值計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行考查。原電池工作原理知識(shí)點(diǎn)考查是以鋁制品表面氧化膜耐腐蝕的生活實(shí)際知識(shí)為背景。在非選擇題部分，以水泥、化工原料丁烯這些工業(yè)生產(chǎn)原料為依托，結(jié)合鈣錳鐵等元素知識(shí)以及產(chǎn)率等生活實(shí)際問(wèn)題。

可以很清晰地看到在2017年高考試題中，STEM理念出現(xiàn)頻次有顯著提高，這也體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生相關(guān)素養(yǎng)的重視程度有所提升。

(四)2018年全國(guó)二卷

1.選擇題部分

除油污原理、漂白粉用途、中和胃酸、X射線造影檢查原理；SO2和氮氧化合物形成霧霾的過(guò)程分析，源頭探究及處理方法；阿伏伽德羅常數(shù)的相關(guān)計(jì)算；科學(xué)家新研發(fā)的“可呼吸”的二次電池工作原理分析。共計(jì)約24分。

2.非選擇題部分

作為最早使用Zn的國(guó)家化學(xué)史滲透；甲烷—二氧化碳催化重整的減少溫室氣體排放的選擇原料。共計(jì)6分。

2018年全國(guó)二卷選擇題中考查了常見(jiàn)化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)和用途判斷，包括中和胃酸、X射線造影等生活實(shí)際問(wèn)題，題目難度不大。平時(shí)注意相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的積累并能靈活應(yīng)用即可。流程圖題背景設(shè)置為霧霾形成分析，情境真實(shí)，聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)，既可以引導(dǎo)考生認(rèn)識(shí)與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，形成可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)和綠色化學(xué)觀念，又體現(xiàn)了高考評(píng)價(jià)體系中的應(yīng)用性和綜合性考查要求。原電池原理以我國(guó)科學(xué)家發(fā)表在化學(xué)頂級(jí)刊物上的“一種室溫下可呼吸的鈉、二氧化碳二次電池”為載體，考查了原電池和電解池的工作原理，很好地弘揚(yáng)了社會(huì)主義核心價(jià)值觀個(gè)人層面的愛(ài)國(guó)精神，落實(shí)了立德樹(shù)人的教育根本任務(wù)。在非選擇題中結(jié)合化學(xué)史、環(huán)保進(jìn)行命題。

可以看出2018年高考試題更加看重學(xué)生“技術(shù)”“工程”素質(zhì)，這也反映出我國(guó)對(duì)綜合類(lèi)人才的需求。

(五)2019年全國(guó)二卷

1.選擇題部分

蠶絲的成分，蠟的成分分析；阿伏伽德羅常數(shù)的相關(guān)計(jì)算；古代繪畫(huà)和彩陶的燃料成分分析計(jì)算；有機(jī)物的同分異構(gòu)體計(jì)算。共計(jì)約18分。

2.非選擇題部分

常用的白色顏料立德粉制備流程的產(chǎn)物應(yīng)用分析，結(jié)合物理原理的焰色反應(yīng)；用于農(nóng)藥、橡膠制備的重要有機(jī)化工原料——環(huán)戊二烯的轉(zhuǎn)化率等計(jì)算及提高措施，影響因素分析；從茶葉中提取的咖啡因成分分析。共計(jì)約26分。

2019年全國(guó)二卷選擇題中考查了中國(guó)古代傳統(tǒng)文化化學(xué)知識(shí)，引用語(yǔ)文的詩(shī)句考查蠶絲等的主要成分。在阿伏伽德羅常數(shù)計(jì)算一題中考查了質(zhì)子數(shù)中子數(shù)關(guān)系，粒子的水解氧化還原以及共價(jià)鍵的技巧計(jì)算?？疾槌恋砣芙馄胶馇€以中國(guó)四大發(fā)明之一的古代彩陶和繪畫(huà)為背景進(jìn)行命題，滲透愛(ài)國(guó)主義教育。在非選擇題中工業(yè)流程題中考查了物理相關(guān)的焰色反應(yīng)，以重晶石為化工生產(chǎn)原料生產(chǎn)立德粉。在實(shí)驗(yàn)題中考查了從茶葉中提取咖啡因的原理和相關(guān)化學(xué)反應(yīng)。

可以看到在2019年的試題命制中試題背景設(shè)置越來(lái)越貼近生活實(shí)際?？疾榈膬?nèi)容也不僅僅是化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，逐漸增加了跨學(xué)科內(nèi)容。這都是不可忽視的一個(gè)命題趨勢(shì)。

三、教學(xué)啟示

高考作為目前我國(guó)選拔人才的一個(gè)主要方式，其試題內(nèi)容的呈現(xiàn)形式是師生都不能忽視的問(wèn)題。教師要會(huì)分析高考試題的命題趨勢(shì)、出題熱點(diǎn)、高頻詞匯，從而調(diào)節(jié)自己的教學(xué)節(jié)奏。

根據(jù)近五年的高考試題分析發(fā)現(xiàn)，高考試題越來(lái)越多地呈現(xiàn)出綜合性知識(shí)的考核，跨學(xué)科跨領(lǐng)域并且滲透愛(ài)國(guó)主義、環(huán)保意識(shí)等教育。STEM教育理念正符合我們的培養(yǎng)目標(biāo)，教師要學(xué)會(huì)運(yùn)用，在平時(shí)的教學(xué)中注意化學(xué)“科學(xué)”基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，特別是與生活實(shí)際相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之類(lèi)的知識(shí)；要注意平時(shí)教學(xué)中的習(xí)題計(jì)算，特別是化學(xué)學(xué)科的一些知識(shí)技巧計(jì)算，以提高學(xué)生的“數(shù)學(xué)”素養(yǎng)能力；要注意教學(xué)過(guò)程不是簡(jiǎn)單的知識(shí)學(xué)習(xí)，應(yīng)注重學(xué)生的創(chuàng)造能力、動(dòng)手能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的“技術(shù)”素質(zhì)；要注意綜合性知識(shí)的練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生“工程”素質(zhì)能力。

總之，教師要正視自身責(zé)任，以STEM教育方法為指導(dǎo)，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)理等多學(xué)科有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的整合，發(fā)展學(xué)生高階思維，并改善當(dāng)前教學(xué)中存在的問(wèn)題[3]。