融合STEAM理念的化學(xué)教學(xué)

梅杰 李浪

摘要：基于STEAM教學(xué)模式，以化學(xué)知識為基礎(chǔ)、融合信息技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)思想，以解決問題和完成作品為目標，對高中化學(xué)"飯卡溶解"進行教學(xué)設(shè)計，學(xué)生的活動作品為"隱形飯卡"。教學(xué)實踐表明，該活動能培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力和合作的意識，提高學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。

關(guān)鍵詞：STEAM;化學(xué)教學(xué);飯卡

STEAM教育是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)的綜合教育，是讓孩子發(fā)現(xiàn)并整理出與問題解決相關(guān)聯(lián)的不同學(xué)科知識并整合，運用跨學(xué)科法去解決真實問題，不斷提高每一位學(xué)生的學(xué)科理解力，并在此過程中掌握知識與技能。這就是STEAM教育的核心理念。

這個項目我們讓學(xué)生來完成，學(xué)生需要先查閱資料，了解飯卡的構(gòu)造及刷卡原理，從而判斷飯卡改造的可行性，然后根據(jù)材質(zhì)選擇合適的溶解試劑，這個溶解試劑要具備速度較快、毒性較小，且不能溶解漆包線表面的漆的特點。

一、項目背景

您是不是有時候到了食堂，卻發(fā)現(xiàn)未帶飯卡？如直接把飯卡放手機保護殼里，又有點凸起，很不爽。那能否把飯卡“融入”手機，成為隱形飯卡呢？

二、資料查閱

（一）硬件構(gòu)成

1.通俗解讀：塑料殼里面封裝了一個很小的芯片加若干線圈，線圈外面是漆。

2.專業(yè)解讀：飯卡屬于非接觸式ID卡，或稱射頻卡，其核心部分是一個帶有電磁感應(yīng)的漆包線做成的線圈的和微型計算機芯片，外層由PVC（聚氯乙烯）材質(zhì)覆蓋。漆包線由三部分組成，最內(nèi)層是銅，中間是PU聚氨酯，最外層是PA聚酰胺。

（二）刷卡原理

1.通俗解讀：當你刷卡時，實際上是飯卡中線圈的磁通量變化，產(chǎn)生電流，芯片啟動，從而與讀卡器發(fā)生數(shù)據(jù)交換。

2.專業(yè)解讀：當你刷卡時，射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個IC串聯(lián)協(xié)振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC協(xié)振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷;在這個電荷的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)。

三、改裝原理

知曉了飯卡的構(gòu)造及其工作原理，就可以大膽開始改造了。

聚氯乙烯（PVC）具有較高的抗腐蝕能力，能溶解于醚、酮、氯化脂肪烴和芳香烴等有機溶劑，例如環(huán)己酮、1.2-二氯乙烷和四氫呋喃。根據(jù)毒理分析，結(jié)合PVC性質(zhì)，實際采用多種藥品按照一定比例勾兌，以具備較好的溶解能力。

四、操作過程

為了能清楚知道改造前后的情況，下面詳細說明實驗過程。

將按照一定比例配制的溶解液倒入表面皿至淹沒飯卡，蓋上，置于通風(fēng)處，等待大約2個小時，PVC材質(zhì)就充分溶脹并分散。

用玻璃棒小心的把芯片和線圈挑出來，沖洗干凈并晾干。為了鞏固戰(zhàn)果，我們在其兩面粘上透明膠布，再掀開手機保護殼內(nèi)的絨面部分，將芯片和線圈放入絨面下方，再全部蓋上絨面，就基本恢復(fù)了原狀，幾乎看不出已經(jīng)有芯片和線圈隱藏在保護殼了，套上手機吧！從此手機就是飯卡，飯卡就是手機，一機在手，食堂就餐無憂。

五、收獲

Science：了解電磁場原理（物理）、聚氯乙烯成分及其基本性質(zhì)（化學(xué)）、溶解液的毒性及其安全防護措施（化學(xué)）。

Technology：溶解后清洗并增加保護措施，融入手機外殼。

Engineering：設(shè)計制作流程-選材、選擇實驗地點;合作解決問題-討論制作過程中的要點，做好安全防護。

Arts：溶解后采用既輕便又美觀的保護措施。

Mathematics： 解決問題時不遵循傳統(tǒng)解決方法，另辟蹊徑，從而創(chuàng)造性解決問題。

同學(xué)們在老師的指導(dǎo)下完成了STEAM作品的制作，當興趣成為動力之后，成績的提升就會更快了。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部制訂普通高中化學(xué)課程標準（2017版）[M].北京：人民教育出版社， 2017.

[2] 傅騫，劉鵬飛.從驗證到創(chuàng)造--中小學(xué)STEM教育應(yīng)用模式研究[J].中國電化教育，2016.