淺談STEM理念在化學課堂上的科學應用

鐘進華

【內容摘要】本文首先闡述STEM理念的概念簡介，以此確立研究基點;然后簡述踐行STEM理念的重要性，直接展示研究價值;接著詳細論述STEM理念在化學課堂上的科學應用：借助知識講解踐行STEM理念、借助課堂探究踐行STEM理念、借助實驗活動踐行STEM理念、借助現(xiàn)實生活踐行STEM理念;最后概述STEM理念應用于化學課堂的再思考。

【關鍵詞】STEM理念 化學課堂 科學應用 高中生

在新課程改革和素質教育的大力推進下，廣大教師開始致力于新理念、新資源和新方法在化學課堂教學過程中的有效應用和科學探究，以此為高中生的化學認知、合作探究、快樂交流和全面發(fā)展創(chuàng)設一個最優(yōu)化的全新環(huán)境。在此過程中，STEM理念逐漸在高中化學課堂教學過程中風生水起，逐漸展示出強大的生命力、發(fā)展力和實效力，為高中生的化學認知帶來了全新的認知體驗。

一、STEM理念的概念簡介

STEM理念是指教師在化學課堂教學過程中打破課程界限，積極立足S（科學）、T（科學技術）、E（教育）和M（數(shù)學）四大學科的基礎知識，幫助高中生從多個課程角度去全面分析、集中探究和整合處理教材內容中的研究對象。STEM理念是一種較為先進的課程整合理念，特別適用于理科知識的全面剖析和課程知識之間融會貫通，是引導高中生進行化學認知的“神兵利器”。

二、踐行STEM理念的重要性

STEM理念是一種新型的先進理念，是立足四大課程去審視化學知識的講解方法、認知角度和思維方式，以此促進高中生從多個課程角度去認知、感知和掌握化學知識，力求幫助高中生實現(xiàn)各類課程知識之間的融會貫通、渾然一體。因此，STEM理念能夠幫助高中生全面理解和精準把握化學課堂上的體系性知識，能夠讓高中生在化學課堂上學得更多更好更快，真正實現(xiàn)高中生的兼收并蓄、快樂成長，圓滿完成新課程改革對化學課堂的實施要求。

三、STEM理念在化學課堂上的科學應用

STEM理念是一種體系性理念，能夠有效訓練高中生的綜合思維能力、全局考量習慣和多角度審視問題能力，因而對于高中生的全面發(fā)展意義重大。

1.借助知識講解踐行STEM理念

課堂教學是STEM理念的“演武場”，因此，教師應該從最基礎的知識講解開始就為高中生滲透STEM理念，讓高中生一點點地適應STEM理念、熟悉STEM理念和掌握STEM理念，自然就會運用STEM理念對化學教材內容上的課本知識進行全面考量和綜合理解了。思維一旦被STEM理念開啟，認知就會煥然一新。知識講解是教師引領高中生進行知識積累、合作探究、快樂交流和全面發(fā)展的第一步，因而教師應特別注意在知識講解部分對高中生進行STEM理念的啟迪工程，為高中生的化學認知積累下足夠多的STEM理念信息，力求在潛移默化中時時刻刻影響著高中生的思維方式和知識學習。

以“離子反應”為例：

教師可以從“化學”的角度將其定義為“在溶液狀態(tài)下離子與離子之間發(fā)生的化學反應，生成了新物質”;教師可以“教育”的角度將其解釋為“兩種具有結合傾向的元素在共同努力、共同奮斗中相互結合，形成新的物質”;教師可以從“數(shù)學”的角度將其解釋為“兩種顆粒在溶液狀態(tài)下的重新分組的結合過程”。

以“置換反應”為例：

教師可以從“化學”的角度將其定義為“兩種物質在溶液狀態(tài)下，相互交換組成元素而形成新物質的化學變化過程”;教師可以從“教育”的角度將其定義為“物質在溶液狀態(tài)下的重新優(yōu)化組合，將兩個具有結合可能的元素匯集在一起，形成了新物質”;教師可以從“數(shù)學”的角度將其定義為“顆粒的再次分組組合，但是，顆粒的總數(shù)不變”。

2.借助課堂探究踐行STEM理念

教師不僅要在知識講解的起點位置滲透STEM理念，還要在課堂探究過程中滲透STEM理念。課堂探究是師生一起合作，共同進行課堂認知的重要過程，自然也需要STEM理念的有機融入，讓師生之間借助集體智慧和團隊合力在互幫互助中使用STEM理念去積極探究化學知識殿堂的另一番風景。也就是說，教師要引領高中生在課堂探究過程中一點點踐行STEM理念，在切實使用中一點點習慣STEM理念，一點點地掌握STEM理念。俗話說，熟能生巧，高中生具有較高的發(fā)展性、可塑性和上升性，自然能夠在逐漸感悟中一點點掌握STEM理念的核心精髓，借助個人的主觀能動性的多次探究，慢慢發(fā)展成為STEM理念的主人。

以“石油”為例：

師生可以從“化學”的角度將其定為“各種油料如汽油、柴油、煤油等的混合物，且汽油密度小，易燃易爆，主要適用于汽車行業(yè)的發(fā)動機。柴油密度大，性質雖較為穩(wěn)定，也屬于易燃油料，主要應用于拖拉機的發(fā)動機使用。高質量的煤油現(xiàn)多使用于飛機發(fā)動機之中”。師生也可以從“數(shù)學”的角度將其理解為“多種油料按照一定比例混合后的液體，且汽油、柴油和煤油等油料各自都具有非常具體的百分含量”，更可以從“科學技術”的角度將其理解為“多種可燃液體的組合體，且可以進行分餾，得到多種高價值的油料產品，對于我國的交通運輸、航空航天、日常生活息息相關”。師生還可以從“教育”的角度將其定義為“一種非可再生資源，在人類歷史發(fā)展過程中曾經扮演過極其重要的資源角色。不過，汽油、柴油和煤油等油料物質既是人們日?，F(xiàn)實生活中的消費品，也是影響環(huán)境、污染環(huán)境的主要來源，因而石油既是一個有功于人類社會發(fā)展的功臣，也是一個泛濫使用后危害環(huán)境的罪人”。

3.借助實驗活動踐行STEM理念

教師不僅需要在知識講解和課堂探究過程中滲透STEM理念，更要在實驗活動中一起研究和驗證STEM理念。實驗活動是高中生進行化學認知、合作探究、快樂交流和全面發(fā)展不可缺失的重要區(qū)域，因而STEM理念的融入能夠為高中生的化學認知創(chuàng)設一個體系化、全面化、漸進化的嶄新認知范疇。實驗活動是高中生進行化學認知過程中不可缺失的重要途徑，而實驗過程則是一個多種知識相互融合、交織重合的復雜過程，也恰好是STEM理念切入化學課堂的最佳區(qū)域。因此，教師在實驗活動過程中格外注意STEM理念在課堂教學過程中的融入，以此為高中生創(chuàng)設出多種知識的混合盛宴，讓高中生“一次吃個夠”。高中生在實驗活動過程中要觀察實驗物品、溶解過程、加速溶解、實驗現(xiàn)象和實驗結果，因而需要動眼觀察、動手交流、動腦思考、動嘴交流，從而能夠真正讓高中生活起來、動起來、學起來、樂起來，自然也會利用STEM理念去理解和解釋實驗過程中遇到的各類問題。

以“硫酸”為例：

對于實驗中使用的“硫酸”而言，從“化學”角度來說就是“純硫酸與水的混合物，因為燃液里面既有硫酸分子，也有水分子，因而是混合物”;從“數(shù)學”的角度來說就是“硫酸和水兩種物質按照一定酸水比例配置好的溶液，且溶液的密度或濃度可以根據(jù)實際需要而隨意調配”;從“科學技術”的角度來說就是“利用一定化工原料生產出來的酸性產品，應用于化工產業(yè)或實驗室之中”。從“物理”的角度來說就是“水分子與硫酸分子相結合的稀釋溶液，且水分子與硫酸分子處于不停運動之中，即分子熱運動?！?/p>

4.借助生活現(xiàn)象踐行STEM理念

教師不僅要引導高中生在實驗室之中積極踐行STEM理念，用STEM理念去解釋實驗物品、物品溶解、實驗現(xiàn)象、實驗過程和實驗結果，教師還要鼓勵高中生在現(xiàn)實生活中將STEM理念應用于解釋一些生活現(xiàn)象。化學實驗來源于現(xiàn)實生活，又高于現(xiàn)實生活，因此，教師可以在課堂上引進一些生活現(xiàn)象讓高中生進行集體討論，在一邊進行課堂討論中，一邊用STEM理念去集體探究生活現(xiàn)象之中隱含的化學知識。生活現(xiàn)象是多個化學實驗的整合發(fā)生，因而要比化學實驗室中的實驗知識、實驗現(xiàn)象、實驗過程和實驗結論更加復雜多變，因而也更具探究性、不確定性和全面性，正好是培養(yǎng)高中生STEM理念的“磨刀石”。

以“餃子醋”為例：

“餃子醋”作為一種食用調味品，因此，教師可以與高中生在化學課堂上一起用“STEM理念”去分析“餃子醋”。教師與高中生利用“化學知識”將“餃子醋”定義為“水與醋酸的混合物，即溶液中既有水分子，也有醋酸分子，因為是多分子的并存狀態(tài)，因而餃子醋屬于混合物”。教師與高中生利用“物理知識”將“餃子醋”定義為水分子與醋酸分子的聚合物，二者在溶液中無時無刻不在進行分子熱運動。餃子醋作為液體也有自己的沸點、凝固點，自然也會有隨時都在進行的蒸發(fā)現(xiàn)象，且蒸發(fā)的速度與表面積、空氣流通速度、液體溫度等因素息息相關。教師與高中生利用“數(shù)學知識”將“餃子醋”定義為“人們?yōu)榱诉_到調味的目的，而使用醋酸與水按照一定比例進行調配的產物，且醋酸越多，酸味越大，醋酸越少，醋味就越小”。教師與高中生利用“教育知識”將“餃子醋”定義為“餃子是我國的傳統(tǒng)食物，且是傳統(tǒng)美食，而餃子醋自然沾餃子的光而成為一種獨立存在的醋酸產品。且餃子醋與普通醋完全不一樣，普通食用醋就是酸酸的味道，而餃子醋卻是甜中微微有點酸，略有點醋飲料的風格”。

四、STEM理念應用于化學課堂的再思考

STEM理念是一種全新理念和先進理念，還沒有完全成熟、擁有廣闊發(fā)展前景和提升空間的應用策略，因而在化學課堂教學過程中使用STEM理念時還具有一定的不確定性。因此，教師既要在化學課堂教學中積極踐行STEM理念，以此為高中生的課堂認知提供另一番別有洞天的認知角度和認知信息，還要對STEM理念進行深入研究和大膽探究，有效促進STEM理念日益走向成熟，也將STEM理念在化學課堂上的科學應用在層次上、質量上和水平上實現(xiàn)有效提升。STEM理念屬于利用全局觀念去審視一個化學問題，因而對高中生提出的思維要求和觀察場面的要求都較高，因此，就是要對高中生循循善誘地指引高中生循序漸進。

結語

教師不僅是化學課堂的承載者、實施者和完善者，也是STEM理念的研究者、踐行者和推廣者，更是高中生進行知識積累、課堂合作、快樂交流和主動探究的關注者、指導者和促進者。因此，教師以STEM理念為研究對象，積極開發(fā)STEM理念在化學課堂上的教育價值，并在化學課堂上借助知識講解踐行STEM理念、借助課堂探究踐行STEM理念、借助實驗活動踐行STEM理念，以此為高中生的知識學習和全面發(fā)展創(chuàng)設一個最優(yōu)化的發(fā)展平臺。

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（作者單位：廣西玉林市福綿高級中學）