基于STEAM理念的五年制高職分析化學(xué)教學(xué)探索

楊慧

摘要：五年制高職分析化學(xué)中有許多問題在傳統(tǒng)教學(xué)模式下難以突破，而 STEAM 理念下多種學(xué)科和領(lǐng)域的整合式教學(xué)可以明顯提高教學(xué)的有效性，為分析化學(xué)的教學(xué)提供了新思路。本文以“酸堿滴定曲線的繪制”為例，將 STEAM教育理念應(yīng)用其中，采用項目式教學(xué)的方式，把酸堿滴定與酸度計的使用進(jìn)行巧妙整合，重點培養(yǎng)學(xué)生的分析化學(xué)核心素養(yǎng)和學(xué)習(xí)興趣，為教學(xué)實踐提供參考。

關(guān)鍵詞：STEAM理念;五年制高職;分析化學(xué)教學(xué)

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-9094-（2021）02/03C-0057-04

分析化學(xué)是研究關(guān)于物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學(xué)信息，及其分析方法和相關(guān)理論的一門科學(xué)[1]，是五年制高職藥學(xué)及其相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。作為化學(xué)學(xué)科的重要分支，分析化學(xué)被譽為科學(xué)技術(shù)的眼睛，是人類認(rèn)識化學(xué)世界的視窗和探索物質(zhì)微觀世界的工具。分析化學(xué)的學(xué)習(xí)理論與實驗并重，既有系統(tǒng)性、邏輯性很強的理論知識，還需要扎實的實驗操作技能，更需要學(xué)習(xí)者樹立嚴(yán)格的“量”的概念，具有分析問題、解決問題的能力。但是，分析化學(xué)理論知識繁雜抽象、理解困難，各種公式計算推導(dǎo)所占比重較大，對實踐要求較高，需要學(xué)習(xí)者具備較好的化學(xué)基礎(chǔ)和較強的理工科思維。因此，學(xué)生的畏難情緒很嚴(yán)重，學(xué)習(xí)主動性不高，導(dǎo)致教師的教學(xué)效果不好。

一、分析化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

五年制高職分析化學(xué)課程的教學(xué)，受到傳統(tǒng)學(xué)科課程體系下課程設(shè)置的影響，仍然是以學(xué)科為主線，一般按照教材章節(jié)順序采用傳授理論知識為主的授課方式，理論與實踐相分離，忽略了學(xué)科間的聯(lián)系和知識與生活、社會、工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)系。缺乏聯(lián)系實際的學(xué)習(xí)，不僅難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也不能體現(xiàn)出職業(yè)教育的特色，不利于學(xué)生思維邏輯能力的培養(yǎng)和對自己學(xué)習(xí)能力自信心的養(yǎng)成。

學(xué)生知道分析化學(xué)的重要性，但大部分學(xué)生感覺自己對于原有的化學(xué)知識掌握不夠扎實，面對難度加大的分析化學(xué)，很不自信。如何將枯燥、難懂的化學(xué)知識變得通俗易懂，讓學(xué)生克服自身的畏難情緒，讓教材中的知識與學(xué)生的生活經(jīng)驗相融合，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自信心，是五年制高職分析化學(xué)教學(xué)亟需解決的問題。

我們發(fā)現(xiàn)，相較于理論，學(xué)生對于動手操作更加有興趣，掌握也更快，更希望“動手”，在實驗中探索分析化學(xué)的知識，培養(yǎng)分析化學(xué)素養(yǎng)。因此，我們嘗試了在分析化學(xué)的教學(xué)中融入STEAM教育的理念，加強多種學(xué)科知識間的聯(lián)系，重新進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的整合，結(jié)合真實學(xué)習(xí)情景，手腦并用，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的綜合能力和促進(jìn)STEAM素養(yǎng)的形成。

二、基于STEAM教育理念的分析化學(xué)教學(xué)思路與策略

1. STEAM教育概述

20世紀(jì)80年代，為打破學(xué)科間的固有界線，美國國家科學(xué)基金會提出了STEM教育。所謂STEM，即科學(xué)（Science）、 技術(shù)（Technology）、 工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Maths）四個學(xué)科的英文首字母縮寫。它強調(diào)跨學(xué)科的整合，培養(yǎng)學(xué)生的理工科思維和綜合運用知識的能力。后期考慮到藝術(shù)在人才培養(yǎng)中的獨特作用，又把它引入其中，形成了STEAM教育[2][3]。

STEAM教育雖然包含了五門學(xué)科，但不是簡單的疊加，而是希望能打破學(xué)科間的壁壘，通過在教學(xué)中解決具體的實際問題，把知識滲透于解決問題的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和學(xué)習(xí)能力。把STEAM理念應(yīng)用于分析化學(xué)的教學(xué)時，也應(yīng)該體現(xiàn)出這個特點。

2.教學(xué)內(nèi)容的選取

按照傳統(tǒng)學(xué)科化的課程內(nèi)容安排，分析化學(xué)主要分為化學(xué)分析和儀器分析兩部分。首先介紹實驗數(shù)據(jù)的處理方法，接著進(jìn)入化學(xué)分析部分，主要是容量分析和重量分析，繼而進(jìn)入儀器分析領(lǐng)域，涉及電化學(xué)、光譜法和色譜法的知識。這種順序條理清楚，邏輯嚴(yán)密，體現(xiàn)了學(xué)科教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。但知識點都過于抽象，學(xué)生感到與自己的生活距離過遠(yuǎn)，難以理解，靈活應(yīng)用更是困難。為此，我們對分析化學(xué)的知識點進(jìn)行重新梳理，挖掘內(nèi)在聯(lián)系，將其中涉及的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五門學(xué)科重新進(jìn)行整合，把分析化學(xué)的內(nèi)容改造成以學(xué)生生活為起點的項目形式，通過序列化的問題有機串接起各學(xué)科知識，使課程要素形成有機聯(lián)系和有機結(jié)構(gòu)[4]。

3.實施流程

學(xué)生之所以認(rèn)為分析化學(xué)抽象、枯燥，很大一部分原因在于講授的內(nèi)容與學(xué)生的生活嚴(yán)重脫節(jié)。為改變這種情況，需要將學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實中的生活知識，以真實的生活情境為“引子”進(jìn)行活動設(shè)計和流程分析，完成學(xué)科知識的學(xué)習(xí)和能力的提升。

把STEAM教育應(yīng)用于分析化學(xué)，其核心目標(biāo)是運用分析化學(xué)知識與相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容及工程思維，完成現(xiàn)實生活情境中的實踐性項目。分析化學(xué)中的學(xué)習(xí)通常以解決實際問題和探討分析方案為出發(fā)點，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過小組間的交流與探討初步設(shè)定方案;再通過與教師的討論和組間交流，對初步方案進(jìn)行修改和完善。根據(jù)方案，準(zhǔn)備相應(yīng)的儀器設(shè)備和試劑;接著實踐方案的設(shè)計;最后由學(xué)生進(jìn)行團隊成果展示，進(jìn)行自評、互評和教師綜合評價。學(xué)生在項目學(xué)習(xí)中思考、討論、計算、設(shè)計，在問題解決的同時，獲得知識與技能。

三、基于STEAM理念的分析化學(xué)教學(xué)案例設(shè)計

以“酸堿滴定曲線的繪制”為例，介紹基于STEAM的分析化學(xué)教學(xué)整合與設(shè)計。酸堿滴定曲線是以所滴定的酸或堿的體積為橫坐標(biāo)，以中和反應(yīng)后溶液的pH值為縱坐標(biāo)，體現(xiàn)酸堿滴定過程的曲線圖，是酸堿滴定中非常重要的內(nèi)容。但是，現(xiàn)有教材中對于它的繪制是通過大量公式計算出來的，教師講解很費勁，學(xué)生不能理解推導(dǎo)過程，只能對結(jié)果死記硬背，更不能在酸堿滴定中靈活運用。因此，我們在設(shè)計中，把電化學(xué)的知識提前引入，引導(dǎo)學(xué)生利用酸度計，自制設(shè)備，結(jié)合數(shù)學(xué)模型處理數(shù)據(jù)，完成強酸強堿酸堿滴定曲線的繪制。

1.方案的討論與制訂

首先由教師根據(jù)預(yù)先設(shè)定的情景導(dǎo)入課程，教師引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、整理資料，主要是探究酸堿的定義、中和反應(yīng)的實質(zhì)、溶液酸度的計算、滴定的概念等問題，思考方案并與同小組成員討論，大家分工撰寫方案。教師根據(jù)學(xué)生的討論情況適當(dāng)引導(dǎo)，補充電化學(xué)的一些資料，幫助學(xué)生認(rèn)識酸度計，并應(yīng)用于自己的方案中。討論后，由學(xué)生代表匯報本組的方案，經(jīng)過修改完善，形成全班的總方案。

2.實驗材料的準(zhǔn)備

方案中涉及酸度計、兩用滴定管等儀器的安裝和使用，學(xué)生通過查閱儀器說明書，參考理論資料，完成了滴定曲線繪制相關(guān)儀器的搭建和調(diào)試準(zhǔn)備工作，學(xué)會了滴定管的操作原理，同時工程思維得到了鍛煉。在試劑配制上，雖然大部分的方法在《中國藥典》中可以查到，但是試劑的濃度、用量等需要學(xué)生自己計算。通過計算，鍛煉了數(shù)學(xué)能力，促進(jìn)了學(xué)生對藥物分析中溶液配制相關(guān)知識的理解。

3.強酸強堿滴定曲線的繪制

模擬酸堿滴定的過程，借助酸度計，記錄不同滴定體積下溶液pH值的變化，繪制出0.1mol/L氫氧化鈉滴定液滴定0.1mol/L鹽酸滴定液的酸堿滴定曲線。為了能夠繪制出更精確的酸堿滴定曲線，學(xué)生查閱滴定管和酸度計使用的注意事項，校準(zhǔn)酸度計，一遍遍嘗試化學(xué)計量點附近的半滴操作，滴定操作技能有了很大的提高。

4.學(xué)習(xí)成果的展示匯報

各組利用積累的素材制作 PPT，內(nèi)容應(yīng)包括方案的主要內(nèi)容、儀器的安裝調(diào)試情況錄像、方案實施時的實時講解、成員的分工完成情況、每個成員的困難與解決方法等事項。各組選出一名成員展示本小組的成果，呈現(xiàn)方式由各小組自選，可以坐標(biāo)紙手繪、借助軟件EXCEL繪制，也可以制作成視頻呈現(xiàn)。在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)素養(yǎng)。隨著滴定曲線在自己手中逐漸呈現(xiàn)，學(xué)生對相關(guān)理論知識的理解也逐漸加深。

5.學(xué)習(xí)的總結(jié)評價

為了能更加全面客觀地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，堅持過程性評價和結(jié)果性評價并重的原則，評價分為個人評價、組內(nèi)評價、組間互評和教師評價四個部分（詳見表1）。個人評價和組內(nèi)評價傾向于學(xué)習(xí)過程中的評價，組間互評是對其他小組作品呈現(xiàn)效果的評價，教師評價綜合考慮各方面的因素，起到監(jiān)督、引導(dǎo)和反饋的作用。這種多元評價體系，使學(xué)生在清晰認(rèn)識自我學(xué)習(xí)特點的同時，增強學(xué)習(xí)分析化學(xué)的信心和興趣。

四、結(jié)語

基于STEAM教育理念的五年制高職分析化學(xué)教學(xué)促進(jìn)了學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展，理解了科學(xué)知識，明確酸堿滴定曲線的概念、繪制方法和作用;提升了技術(shù)素養(yǎng)，磨練滴定分析操作技能;增強了工程能力，搭建和調(diào)試設(shè)備，解決實驗中的問題;掌握了數(shù)學(xué)方法，學(xué)會計算試劑用量、尋找滴定液使用量和pH值的關(guān)系;培養(yǎng)了藝術(shù)人文意識，形成愛護(hù)環(huán)境、欣賞美的積極態(tài)度?？傊?，新的教學(xué)模式提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，增強了自信心，培養(yǎng)了綜合素質(zhì)，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李維斌，陳哲洪.分析化學(xué)：第三版[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2019：1.

[2]范文翔，張一春.STEAM教育：發(fā)展、內(nèi)涵與可能路徑[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018（3）.

[3]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究，2015（4）.

[4]鄭思晨.STEM+課程的系統(tǒng)解讀——基于本土化實踐的探索[M].上海：上海教育出版社，2018：142-157.

責(zé)任編輯：章躍一