STEM視域下高中化學(xué)實驗教學(xué)策略

葉陳津 李媛媛

摘 要：實驗教學(xué)在高中化學(xué)教學(xué)中的地位猶如畫龍點睛一樣，不僅可以利用好奇的心理調(diào)動學(xué)生的積極性，更能以直觀的實驗現(xiàn)象，帶來視覺的沖擊，留給學(xué)生深刻的印象，從而達到事半功倍的教學(xué)效果。隨著知識的綜合創(chuàng)新，多學(xué)科融合的問題越來越復(fù)雜，單一的學(xué)科知識已經(jīng)難以解決問題，這給教育帶來了巨大的挑戰(zhàn)。多學(xué)科融合的STEM教育，迎合了社會對人才的需求，肩負起培養(yǎng)綜合創(chuàng)新人才的任務(wù)，也為高中化學(xué)實驗教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：STEM;化學(xué);實驗教學(xué);策略

STEM教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學(xué)（Mathematics）教育的首字母簡寫，是由美國發(fā)起的一項自上而下的教育改革[1]。美國在二戰(zhàn)過程中深刻體會到了綜合國力的重要性。綜合國力的競爭就是人才的競爭，而人才的培養(yǎng)靠教育。隨著當今社會現(xiàn)代化、智能化的發(fā)展，單一能力的人才已經(jīng)越來越難以勝任高新技術(shù)職業(yè)。在復(fù)雜的社會背景下，多學(xué)科綜合發(fā)展的STEM教育因運而生。STEM教育能夠打破學(xué)科間的壁壘，培養(yǎng)綜合創(chuàng)新人才，為解決復(fù)雜的高新技術(shù)問題提供了強大的保證。因此，隨著美國變成超級大國，美國的STEM教育也被其他國家借鑒，并加以改進，為國際人才的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

高中化學(xué)因其知識的多樣性和復(fù)雜性被稱為理科中的文科。學(xué)生大多習(xí)慣死記硬背應(yīng)付考試，沒有利用學(xué)科特色來學(xué)習(xí)化學(xué)，使學(xué)習(xí)過程事倍功半。隨著實驗探究引入課堂，實驗過程的趣味性、實驗現(xiàn)象的直觀性，深深地吸引學(xué)生的注意力，大大提高學(xué)生的參與性，從而達到事半功倍作用。STEM視域下高中化學(xué)實驗教學(xué)，融合了多學(xué)科的特點，使化學(xué)知識得到全面的提升，充分體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)對人才的要求，為培養(yǎng)科研型人才奠定了基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的高中化學(xué)實驗教學(xué)立足課本，以演示實驗為載體，先學(xué)習(xí)新知識，再實驗驗證。這種實驗教學(xué)模式弱化了實驗的探究性和趣味性，以一種很直白的方式將實驗呈現(xiàn)給學(xué)生，缺少邏輯分析，設(shè)計實驗的過程。這種教學(xué)方式，不利于學(xué)生分析問題，解決問題思想的形成，也不符合真實情景問題的解決過程。STEM視域下高中化學(xué)實驗教學(xué)克服了傳統(tǒng)高中化學(xué)教學(xué)的缺點，有利于培養(yǎng)綜合創(chuàng)新人才。與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，STEM視域下高中化學(xué)實驗教學(xué)策略如下：

探究式化學(xué)實驗教學(xué)方法的引入，使得STEM實驗教學(xué)具有朦朧美。為了增加教材中演示實驗的吸引力，我們需要將演示實驗轉(zhuǎn)變成探究性實驗。因此，實驗的講述過程，需要按照認識事物的過程推進。對于物質(zhì)性質(zhì)類演示實驗，教師先講述實驗?zāi)康模⑻峁嶒炈幤?，學(xué)生按照實驗?zāi)康暮退幤?，設(shè)計實驗方案。最后教師邀請學(xué)生代表上臺演示實驗，并解釋實驗現(xiàn)象。通過學(xué)生主動分析、設(shè)計實驗方案、探究實驗等過程，使學(xué)生掌握物質(zhì)具有的性質(zhì)。

項目化校本化學(xué)實驗的引入，使得STEM實驗教學(xué)具有更強的可操作性，是對課堂教學(xué)的補充[2]。一個項目的解決包括了實際問題的分析，文獻的查閱，實驗方案的設(shè)計，理論論證，實驗論證，歸納總結(jié)，交流反思。因此，項目化的教學(xué)方式能夠鍛煉學(xué)生良好的科學(xué)研究思維，形成嚴謹?shù)目茖W(xué)研究方法。受限于課時量和教學(xué)進度的束縛，課堂演示實驗內(nèi)容只能滿足最基本的實驗，對于一些綜合創(chuàng)新實驗只能望洋興嘆。校本選修實驗課程的設(shè)立為學(xué)生動手做實驗提供了機會，也為培養(yǎng)化學(xué)綜合創(chuàng)新人才提供了可能。

綜合創(chuàng)新化學(xué)實驗的引入，對STEM實驗教學(xué)起到舉足輕重的作用。STEM視域下高中化學(xué)實驗的靈魂是綜合創(chuàng)新實驗。只有綜合創(chuàng)新實驗才能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，為社會培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。在高中階段，大多數(shù)課本實驗都屬于常規(guī)型實驗。因此，在實驗內(nèi)容不超出高中生的知識體系下，從現(xiàn)實生活中挖掘出一些具有綜合創(chuàng)新的實驗項目，具有十分重大的意義，也是對高中化學(xué)教師的巨大挑戰(zhàn)。例如，當學(xué)習(xí)完酸堿中和滴定后，可以設(shè)立一個校本選修實驗項目“自制酸堿指示劑并測定其顯色范圍”。學(xué)生經(jīng)過查閱資料可以發(fā)現(xiàn)，水果和蔬菜中含有的有機色素經(jīng)過提取即可制成酸堿指示劑，然后往強酸中滴加2～3滴自制酸堿指示劑，再按照強酸強堿中和滴定實驗操作，測定指示劑的顯色范圍。又如學(xué)習(xí)完氧化還原滴定后，教師可以設(shè)立校本實驗項目“碘量法測定蔬菜和水果中維生素C的含量”。蔬菜中含有維生素C，學(xué)生很早就知道這個事實，但至于含有多少并不明確。該項目的設(shè)立能夠很快引起學(xué)生的興趣。在好奇心地驅(qū)動下，學(xué)生產(chǎn)生強烈的探究欲望，使后續(xù)探究過程水到渠成。學(xué)生經(jīng)過查閱資料即可得出碘量法測定原理及注意事項，然后從家里就地取材，在實驗室利用氧化還原滴定，可定量測定水果或蔬菜中維生素C的含量。

現(xiàn)代分析儀器等高端電子設(shè)備的引入，使STEM化學(xué)實驗教學(xué)如虎添翼。在測定酸堿中和滴定曲線過程中，傳統(tǒng)的實驗方法需要繁雜的數(shù)據(jù)處理過程。pH傳感器的使用讓酸堿中和滴定變成智能化的過程，直接可以從設(shè)備上得到滴定曲線。在學(xué)習(xí)電解質(zhì)的強弱時，學(xué)生對于完全電離和部分電離概念，無法通過實驗觀察，較難理解。隨著電導(dǎo)率傳感器的引入，使得離子濃度的大小能夠直觀地從溶液的導(dǎo)電率數(shù)值得出。學(xué)生通過比較電導(dǎo)率數(shù)值大小，判斷電解質(zhì)的電離程度，使原本抽象的概念，變成形象化的實驗，大大提高了教學(xué)效果。在學(xué)習(xí)分子的空間構(gòu)型時，由于抽象化的理論，使得學(xué)生很難真正理解分子的空間結(jié)構(gòu)，更不易判斷原子的共面、共線問題。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，有條件的學(xué)校可以讓學(xué)生參與分子空間模型的打印過程，通過打印出的分子空間構(gòu)型實物，讓學(xué)生理解原子在空間上的關(guān)系，使得抽象問題形象化。

STEM視域下高中化學(xué)實驗教學(xué)過程由于引入了上述策略，必將使得課堂教學(xué)過程更具有魅力，教學(xué)內(nèi)容更加生動形象，這將驅(qū)使學(xué)生積極地參與教學(xué)過程，從而顯著地提高教學(xué)效果，為培養(yǎng)綜合創(chuàng)新型化學(xué)學(xué)科人才奠定基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 徐田子等，從危機應(yīng)對到戰(zhàn)略規(guī)劃——澳大利亞STEM教育政策述評[J]，外國中小學(xué)教育，2018年第6期.

[2] 孫莉等，基于項目學(xué)習(xí)的STEM校本課程開發(fā)與教師專業(yè)發(fā)展[J]，教育與裝備研究，2018年第11期.

注：本文系2019年度泉州市基礎(chǔ)教育課程教學(xué)研究立項課題“STEM視域下高中化學(xué)實驗教學(xué)探究”（課題批準號：QJYKT2019-045）階段研究成果。