STEAM教育理念在高考化學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用
——以“無(wú)機(jī)工藝流程題”為例

李申申，崔繼文

(佳木斯大學(xué)，黑龍江 佳木斯 154007)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《新課標(biāo)》)規(guī)定了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，其要求更加凸顯了綜合性和跨學(xué)科性，對(duì)學(xué)生未來(lái)的發(fā)展具有重要的意義。而STEAM(Science,Technology,Engeering,Arts and Mathmatics)教育理念，與之不謀而合。但是，就查閱文獻(xiàn)資料來(lái)看，將STEAM教育理念與高考化學(xué)復(fù)習(xí)相融合，并且可供參考的案例并不多，因此本文對(duì)此部分進(jìn)行研究，以無(wú)機(jī)工藝流程題為例。

1 STEAM教育理念的含義與特點(diǎn)

1.1 含義

STEAM教育是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)多領(lǐng)域融合的綜合教育，是一種強(qiáng)調(diào)突破學(xué)科之間的，通過(guò)在真實(shí)情境綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)[1]的教育理念。

1.2 特點(diǎn)

1)跨學(xué)科性與整合性：STEAM教育理念注重跨學(xué)科融合與對(duì)多學(xué)科知識(shí)的整合，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。2)情境性與探究性：STEAM教學(xué)注重情境創(chuàng)設(shè)，以實(shí)際生產(chǎn)生活為背景，注重與生產(chǎn)生活相聯(lián)系，設(shè)置有梯度的問(wèn)題，層層遞進(jìn)，幫助學(xué)生形成解決問(wèn)題的思維模型。3)開(kāi)放性與可操作性：以開(kāi)放型的視角，在開(kāi)放性問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和解決復(fù)雜問(wèn)題的思維能力。4)體驗(yàn)性和邏輯性：在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，學(xué)生只有在課堂上具有良好的體驗(yàn)感，才能更好的培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力。

2 當(dāng)下高考化學(xué)復(fù)習(xí)模式存在的問(wèn)題

目前，全國(guó)普遍實(shí)行的高考復(fù)習(xí)模式一般為三輪：一輪進(jìn)行單元復(fù)習(xí)。二輪進(jìn)行專(zhuān)題模塊復(fù)習(xí)。注重學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決，并通過(guò)分析、推理等方法認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型。三輪復(fù)習(xí)則是模擬題的反復(fù)練習(xí)，對(duì)學(xué)生綜合能力的進(jìn)一步強(qiáng)化。傳統(tǒng)的高考復(fù)習(xí)模式，一般由教師對(duì)高考題目，或者是模擬題等典型題目，進(jìn)行整理，發(fā)放給學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練，再由教師進(jìn)行講解。這樣的復(fù)習(xí)模式在新高考的評(píng)價(jià)體系下，不利于學(xué)生對(duì)必備知識(shí)的掌握，與關(guān)鍵能力的發(fā)展。因此，在此背景下，急需新的教學(xué)模式來(lái)促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

3 STEAM教育理念的項(xiàng)目式教學(xué)在無(wú)機(jī)工藝流程題中的應(yīng)用

3.1 無(wú)機(jī)工藝流程題的特點(diǎn)

工藝流程題因情境真實(shí)、具有較強(qiáng)的綜合性和應(yīng)用性、能充分體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)，已成為高考中命題者推崇的一種題型[2]?？荚嚨膬?nèi)容借助真實(shí)的文獻(xiàn)情境為背景，以元素化合物為素材，重點(diǎn)考察物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)原理與應(yīng)用、物質(zhì)的分離與除雜，以及物料的循環(huán)使用和綠色化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，著重考察學(xué)生提取信息、分析信息、整合信息，以及利用該信息解決問(wèn)題的能力，最終全面落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的考察。學(xué)生普遍反映此類(lèi)題型較難，因此該題型也成為教師關(guān)注的重點(diǎn)。

3.2 基于STEAM教育理念的項(xiàng)目式教學(xué)無(wú)機(jī)工藝流程題解題分析

3.2.1 教學(xué)項(xiàng)目的選擇及教學(xué)目標(biāo)的確定

現(xiàn)在高考試題的命制：以真實(shí)情境為測(cè)試載體，以實(shí)際問(wèn)題為測(cè)試任務(wù)，以化學(xué)知識(shí)為解題工具，從而達(dá)到測(cè)試核心素養(yǎng)的宗旨[3]。讓學(xué)生了解化學(xué)知識(shí)在現(xiàn)代化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，凸顯化學(xué)學(xué)科與實(shí)際生產(chǎn)生活的聯(lián)系。另外“無(wú)機(jī)工藝流程”題是二輪復(fù)習(xí)中一個(gè)重要的模塊，既是學(xué)生在解題過(guò)程中的一個(gè)難點(diǎn)，也是教師教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)?；诖耍疚倪x擇了2021年全國(guó)乙卷的26題作為研究對(duì)象，并設(shè)計(jì)以下教學(xué)目標(biāo)。

1)知識(shí)目標(biāo)：能夠運(yùn)用所學(xué)習(xí)元素化合物的知識(shí)，物質(zhì)的分離、提純與轉(zhuǎn)化，氧化還原反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)原理等相關(guān)知識(shí)分析流程圖[4]。

2)能力目標(biāo)：通過(guò)對(duì)流程圖的分析，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)化學(xué)概念理論的遷移能力，逐步提升學(xué)生證據(jù)推理的邏輯思維能力，以及構(gòu)建認(rèn)知模型的能力。

3)素養(yǎng)目標(biāo)：通過(guò)對(duì)題目的分析，結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例，將知識(shí)和認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為解決問(wèn)題的能力、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任，形成基于無(wú)機(jī)元素化合物知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的學(xué)科核心素養(yǎng)。

例題(全國(guó)乙卷2021年高考工能藝流程題節(jié)選)磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過(guò)如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。

該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開(kāi)始沉淀和沉淀完全的見(jiàn)表1。

表1 各金屬離子開(kāi)始沉淀和沉淀完全的pH值

回答下列問(wèn)題：

1)“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽。寫(xiě)出Al2O3轉(zhuǎn)化NH4Al(SO4)2為的化學(xué)方程式。2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時(shí)用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是。3)“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是。4)將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經(jīng)處理得，循環(huán)利用。

3.2.2 教學(xué)項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施見(jiàn)表2。

強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算能力，能夠?qū)W會(huì)運(yùn)用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行定量的分析，并最終能夠形成解答此類(lèi)題目的認(rèn)知模型。

表2 問(wèn)題、解決方案與目的

表2(續(xù))

1)審題干。提取有效信息，明確該工藝流程的目的。2)看流程。明確每一步的反應(yīng)物與生成物，明確每一步添加物質(zhì)的作用與目的，對(duì)所學(xué)習(xí)過(guò)的以元素化合物為基礎(chǔ)的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行整合。3)讀問(wèn)題。提取關(guān)鍵信息，將知識(shí)和認(rèn)知結(jié)合，進(jìn)行證據(jù)推理形成認(rèn)知模型。4)寫(xiě)答案。正確使用化學(xué)符號(hào)對(duì)化學(xué)方程式、離子方程式、物質(zhì)進(jìn)行表征；注意方程的配平，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行表述。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析近5年的高考題，發(fā)現(xiàn)工藝流程題近幾年來(lái)的出題方式，更加注重基于真實(shí)情境的背景，重點(diǎn)考察學(xué)生的證據(jù)推理能力和必備知識(shí)，注重化學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活的聯(lián)系。STEAM教育理念下的項(xiàng)目式教學(xué)可以很好地將學(xué)生置身于情境中，可以相對(duì)較好地鍛煉學(xué)生的綜合能力。這樣的教學(xué)模式可以更好地促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，有利于培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)造性的人才。