STEM教育理念視域下的高中化學(xué)教學(xué)研究

謝國芳

摘 要：STEM教育指的是科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程四者實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合的教育模式，其核心在于有效整合各個學(xué)科，意在彌補(bǔ)單個學(xué)科的局限性，幫助學(xué)生打開思維，提升學(xué)習(xí)能力。筆者將在分析當(dāng)前化學(xué)課堂教學(xué)的現(xiàn)狀、踐行STEM理念的重要性基礎(chǔ)上探究STEM教育在高中化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐措施。

關(guān)鍵詞：STEM教育;高中化學(xué);教學(xué)實(shí)踐

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，學(xué)生能夠在實(shí)踐的過程中提升動手能力。但是需要注意的是，化學(xué)本身就具有很強(qiáng)的學(xué)科性質(zhì)，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)無法實(shí)現(xiàn)較為全面的發(fā)展，而STEM教育理念能夠有效解決這一問題。

一、高中化學(xué)課堂教學(xué)的現(xiàn)狀

提高化學(xué)課堂的教學(xué)效率與質(zhì)量，是每一名教師追求的目標(biāo)。學(xué)生的能力發(fā)展離不開教師的正確引導(dǎo)和溝通，而高中化學(xué)涉及的理論與實(shí)驗(yàn)課程較為復(fù)雜，僅憑借教師的講解，學(xué)生無法深入把握其中的深意，教師一直占據(jù)主導(dǎo)地位并不能很好地利用課堂教學(xué)幫助學(xué)生吸收知識點(diǎn)，會讓化學(xué)課堂教學(xué)的問題日益嚴(yán)重。

（一）忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生動手操作能力較差

在高中化學(xué)課堂教學(xué)中，教師總是忽略實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，新課改明確要求要培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，以及化學(xué)核心素養(yǎng)，但是受到高考的壓力及傳統(tǒng)教育觀念的影響，教師仍然秉承古板的教學(xué)觀念，依然將化學(xué)課等同于知識講解課，忽視新課改中對培養(yǎng)學(xué)生動手能力的要求，沒有培養(yǎng)學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣。因此首先需要做的就是積極開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程[1]。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)熱情比較低，很難達(dá)到教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生是課堂教學(xué)的主體，所有的教學(xué)活動都應(yīng)該圍繞學(xué)生展開?；瘜W(xué)作為一門實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，需要學(xué)生展開探究式的學(xué)習(xí)活動，但是由于學(xué)生的日常學(xué)習(xí)任務(wù)比較繁重，教師無法展開有趣的實(shí)驗(yàn)探究，因此學(xué)生的抽象思維邏輯能力也沒有得到充分的發(fā)展，從而導(dǎo)致他們對化學(xué)學(xué)習(xí)的積極性與主動性日漸降低，缺乏內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力，自然而然不會對知識點(diǎn)形成深刻的印象，這種教學(xué)現(xiàn)象無法幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

二、踐行STEM理念的重要性

STEM理念是一種比較先進(jìn)的教學(xué)理念，是立足于科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程四大課程去審視化學(xué)知識的講解辦法以及思維方式，從而促進(jìn)高中生能夠從多個角度感知化學(xué)基礎(chǔ)知識點(diǎn)，能夠幫助他們實(shí)現(xiàn)各個學(xué)科之間的融會貫通。所以，基于STEM理念開展化學(xué)課堂教學(xué)能夠幫助他們更加全面地掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識點(diǎn)，能夠讓學(xué)生在輕松愉悅的課堂教學(xué)中學(xué)得更好更快，真正實(shí)現(xiàn)快樂成長，在快樂中收獲知識，完成新課改對于化學(xué)課堂的教學(xué)要求。高中學(xué)習(xí)是人生非常重要的一個階段，對于學(xué)生今后的發(fā)展具有十分重要的推動作用。教師需要本著立德樹人的教學(xué)原則，積極開發(fā)學(xué)生的邏輯思維，讓學(xué)生在化學(xué)課堂中了解事物發(fā)展的本質(zhì)。而STEM教育理念運(yùn)用跨學(xué)科的觀念能夠解決當(dāng)前化學(xué)課堂存在的問題，它也能夠?qū)處煹慕虒W(xué)產(chǎn)生如虎添翼的作用，提高化學(xué)整體課堂教學(xué)的質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)，從而提升他們的化學(xué)核心素養(yǎng)。

三、基于STEM理念開展化學(xué)課堂教學(xué)的策略

（一）利用STEM教育提升多學(xué)科綜合能力

多學(xué)科綜合能力是目前高中生急需提升和培養(yǎng)的能力。教師要善于利用STEM教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行良好的知識融合。在具體教學(xué)中可以采用講故事的形式激發(fā)學(xué)生的興趣，進(jìn)而將文學(xué)性質(zhì)的內(nèi)容與化學(xué)知識融合。這樣的方法既可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如：在教學(xué)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”時(shí)，教師可以運(yùn)用此類教學(xué)方法。教師首先進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的分析：本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是金屬活動性，重點(diǎn)是金屬活動性的順序，難點(diǎn)是順序的初步探究。教師在教學(xué)的時(shí)候可以嘗試結(jié)合蘊(yùn)含在其中的科學(xué)原理為學(xué)生講化學(xué)故事，讓學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)化學(xué)過程中的文學(xué)性，在講解的過程中要注意使用詼諧幽默的語言。教師可以為學(xué)生講解拿破侖與鋁的故事，在具體的講授過程中，教師要善于借助疑問引導(dǎo)學(xué)生思考，從而激發(fā)學(xué)生的探究興趣。比如，教師可以向?qū)W生提問：很多人為了顯示自己崇高的地位，在用餐的時(shí)候使用的是黃金器皿，但是只有拿破侖一個人使用的是鋁制器皿，這是為什么呢？當(dāng)教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生陷入沉思之后，可以適當(dāng)提醒學(xué)生：結(jié)合鋁的發(fā)現(xiàn)時(shí)間與時(shí)代背景進(jìn)行考慮。教師在最后要為學(xué)生講解與鋁有關(guān)的復(fù)雜知識，不僅要讓學(xué)生知道鋁是地殼中含量最多的金屬元素，并且要提到，在當(dāng)時(shí)的時(shí)代，人們還沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鋁，鋁的存在形式一直是鋁的相關(guān)化合物。在這時(shí)，教師還可以聯(lián)系鋁的化學(xué)性質(zhì)引導(dǎo)學(xué)生展開更為深入的思考，讓學(xué)生明了因?yàn)殇X的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，而且是一種比較輕的元素，很容易就和其他物質(zhì)融合了，比如說和氧氣結(jié)合就會形成三氧化二鋁。最后，教師比較金元素與鋁元素的異同，這樣的方式可以讓學(xué)生輕松了解到金和鋁的化學(xué)性質(zhì)[2]。另外，教師在講述的過程中和學(xué)生頻繁互動，學(xué)生也在教師的引導(dǎo)下逐漸明白了事物之間存在的聯(lián)系。這種教學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科與其他文史類學(xué)科的融合，提升了學(xué)生多學(xué)科的綜合運(yùn)用能力。

（二）利用STME教育提升學(xué)生知識運(yùn)用能力

STME教育的本質(zhì)是多學(xué)科的交叉融合，除此之外，還重視學(xué)科知識的綜合運(yùn)用，即將所學(xué)的知識合理運(yùn)用在生活之中，進(jìn)而提升學(xué)生的綜合能力。在具體的教學(xué)中，教師可以從生活實(shí)際出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組之間的交流合作，共同進(jìn)行知識的遷移和運(yùn)用，幫助學(xué)生提升解決問題的能力和自主創(chuàng)新的能力。

例如：在教學(xué)“生活中常見的有機(jī)物”時(shí)，教師首先要對本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行分析：這節(jié)課本身和我們的日常生活就有很多的聯(lián)系，因此教師可以引導(dǎo)學(xué)生在自由分組的基礎(chǔ)上完成學(xué)習(xí)任務(wù)——發(fā)現(xiàn)自己身邊生活中的有機(jī)物的特點(diǎn)。學(xué)生很快進(jìn)行了分組，然后開始了思考。各個小組的組長要善于觀察生活，而且要學(xué)會深入挖掘這些有機(jī)物的化學(xué)性質(zhì)。在探究的過程中，有一個小組找到了生活中常見的酒精這一物質(zhì)，當(dāng)教師詢問的時(shí)候，他們表示這兩種物質(zhì)都是生活中十分常見的有機(jī)物，即乙醇。教師對學(xué)生的發(fā)現(xiàn)表示肯定之后，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生借助小組合作的方式共同探究乙醇的化學(xué)性質(zhì)，或者是更深一步了解清楚結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生會深入探索。但是筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)學(xué)生由于之前并未嘗試過這種學(xué)習(xí)方法，在和其他人進(jìn)行交流的過程中也出現(xiàn)了問題，不懂得如何和其他人進(jìn)行探索和學(xué)習(xí)，導(dǎo)致合作的效率反而不如獨(dú)自學(xué)習(xí)的效率。而小組長之前沒有帶領(lǐng)小組成員一起學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，因此在具體實(shí)踐的時(shí)候也無法合理進(jìn)行任務(wù)的分工[3]。這時(shí)候教師就需要引導(dǎo)小組長學(xué)習(xí)如何分工和帶領(lǐng)小組成員更好地合作交流。就從乙醇這個小組來說，教師可以引導(dǎo)學(xué)生了解到我們生活中的酒精和乙醇這兩種物品的異同點(diǎn)，這一點(diǎn)可以讓一個小組成員開展探究。在這個成員探究的基礎(chǔ)上可以讓另兩個成員嘗試計(jì)算其中水的比例，還有醋酸的分配任務(wù)的方法也是如此。每一步雖然是不同的學(xué)生完成的，但是在具體的操作中，當(dāng)某個同學(xué)遇到問題的時(shí)候小組長要組織大家一起探索和談?wù)?，并鼓勵大家對其中的問題進(jìn)行實(shí)際操作和實(shí)踐，去驗(yàn)證和了解問題。在這一過程中，還有小組也找到了生活中其他的有機(jī)物。雖然很多學(xué)生找的比較重復(fù)，但是在實(shí)際操作過程中卻有著不一樣的做法。教師既不要過多干擾學(xué)生，也要學(xué)會適時(shí)指導(dǎo)和幫助學(xué)生，給學(xué)生自信心，提升學(xué)生知識的整體運(yùn)用和遷移的能力。

（三）利用STME教育促進(jìn)學(xué)生思維的轉(zhuǎn)變

STME教育是在促進(jìn)多學(xué)科交融的基礎(chǔ)上促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的一種教育方式。從高中生的化學(xué)思維學(xué)習(xí)分析，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的時(shí)候一板一眼，具體表現(xiàn)為在犯錯誤的時(shí)候無法快速轉(zhuǎn)換思維解決問題。當(dāng)學(xué)生犯錯誤時(shí)，教師不可直接批評或者苛責(zé)，而是要善于引導(dǎo)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維的轉(zhuǎn)變。

以“電解熔融氧化鎂與三氧化二鋁”的教學(xué)為例。教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)電解熔融氧化鎂與三氧化二鋁的時(shí)候發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了兩種物質(zhì)，一種是金屬，一種是氧氣，氯化鎂的兩極分別得到的是鎂和氯氣。學(xué)生已經(jīng)對這個電解非常熟悉。但是在之后學(xué)習(xí)電解熔融氯化銀的時(shí)候，教師提問了這樣一個問題：你們覺得會得到什么樣的結(jié)果？這時(shí)候一位學(xué)生突然提到上次學(xué)習(xí)過電解熔融氧化鎂與三氧化二鋁，得到的是一種氧氣和一種金屬，因此這次也會得到同樣的結(jié)果，只不過鎂換成了鋁。很顯然學(xué)生這樣的推斷是不正確的，但是當(dāng)筆者詢問其他學(xué)生意見的時(shí)候，竟然有大部分學(xué)生同意這個想法，其他表示不同意的學(xué)生也不是非常確定。這時(shí)候教師只要認(rèn)真分析就會發(fā)現(xiàn)學(xué)生是陷入了一種思維慣性的怪圈。教師這時(shí)候一方面要直接指出學(xué)生的錯誤，一方面要引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變思維。學(xué)生在聽到自己的推斷是錯誤的時(shí)候很不理解。這時(shí)候教師要引導(dǎo)學(xué)生從兩種物質(zhì)的性質(zhì)入手，前者是離子晶體，后者是共價(jià)化合物，兩者之間到底有什么不同。學(xué)生在得到提示之后立刻反應(yīng)過來是怎么回事，并否認(rèn)了自己之前的看法，重新展開了思考。教師再告知學(xué)生要認(rèn)識到任何一種物質(zhì)都有其化學(xué)性質(zhì)和屬性，不能單純從字面上理解每一種化學(xué)物質(zhì)。筆者非常理解學(xué)生的推斷，因?yàn)閺摹伴L相上”分析，氯化鎂和氯化銀似乎完全一模一樣，只不過換了一種金屬。這樣一種形式迷惑了學(xué)生的雙眼，誤導(dǎo)了學(xué)生的判斷。因此教師要從這一個錯誤中讓學(xué)生學(xué)會反思，學(xué)會思維的轉(zhuǎn)變，并且認(rèn)識到化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)。還有一部分學(xué)生表示因?yàn)閼T性和懶惰，在心理上已經(jīng)對這個變化有了一個基本的判斷，再加上之前學(xué)過的知識，因此才有了錯誤的認(rèn)識。其實(shí)從本質(zhì)上來說是一種思維的慣性和對化學(xué)知識探索興趣的不足，教師也要注意學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)和培養(yǎng)，讓學(xué)生勇于并善于思考[4]。

（四）利用STEM教育引導(dǎo)學(xué)生知識遷移

遷移是學(xué)習(xí)的一種方式。這種學(xué)習(xí)方式能夠讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識的拓展和延伸。STEM教育中也包含遷移的元素。但是目前高中化學(xué)教師對于學(xué)生知識遷移的能力并不重視，導(dǎo)致學(xué)生無法靈活運(yùn)用知識，也就無法提升自身的學(xué)習(xí)效率。從化學(xué)學(xué)科的角度分析，遷移是必然會發(fā)生的，教師要利用STEM教育引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會遷移。在實(shí)際教學(xué)中，教師可以從某一個生活現(xiàn)象出發(fā)，讓學(xué)生進(jìn)行解釋，教師則從學(xué)生的某一話語中開展引導(dǎo)性的分析。

例如：在教學(xué)“葡萄糖”這部分內(nèi)容時(shí)，教師可以向?qū)W生拋出一個趣味性的問題引導(dǎo)學(xué)生思考。比如，教師讓學(xué)生帶一些“銀”到學(xué)校中，這時(shí)，學(xué)生往往會陷入思考之中，并積極地列舉生活中含有“銀”的物品，比如，“水銀、暖瓶”等，當(dāng)學(xué)生回答出“暖瓶”這一答案以后，教師安排一位學(xué)生在下節(jié)課從家中帶一點(diǎn)“銀”到化學(xué)課堂上使用。這種提前預(yù)習(xí)的方式能夠極大地調(diào)動學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)興趣，并能夠幫助學(xué)生意識到生活與化學(xué)學(xué)科的緊密性。在下一節(jié)課中，教師便借助“廢棄暖瓶”開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師蘸取一些“銀色物質(zhì)”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，去鼓勵學(xué)生猜想其構(gòu)成與作用。當(dāng)學(xué)生做出回答以后，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考這些用作保溫材料的“銀色物質(zhì)”的制作方法，并借此引導(dǎo)學(xué)生開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)[5]。這時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被極大地調(diào)動，他們愿意參與到實(shí)驗(yàn)過程中。在開展具體的實(shí)驗(yàn)操作之前，教師可以讓學(xué)生進(jìn)行大膽的猜測，鼓勵學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)所包含的原理，并給予學(xué)生相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在進(jìn)行相關(guān)了解之后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)葡萄糖和銀氨溶液進(jìn)行反應(yīng)得到了該物質(zhì)，具體的化學(xué)反應(yīng)方程式是：葡萄糖和銀氨溶液生成氫氧化鈣及銀沉淀、葡萄糖酸和水。然后，教師便組織學(xué)生開展具體的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生首先將試管清洗干凈，然后配制好銀氨溶液，之后向試管里面加入了銀氨溶液，稍微振蕩之后進(jìn)行了水浴加熱（提示學(xué)生注意安全），三分鐘到五分鐘之后取出。學(xué)生看到試管壁上出現(xiàn)了大量的銀，經(jīng)過這種操作，學(xué)生能夠感受到化學(xué)的奇妙，銀在燈光的照耀下閃閃發(fā)光，學(xué)生也會獲得較大的成就感。當(dāng)然，教師要引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)失敗的學(xué)生分析其中的原因，并再次展開實(shí)驗(yàn)。總之，這種教學(xué)方法使得學(xué)生順利實(shí)現(xiàn)了知識的遷移，并且進(jìn)一步深入挖掘其中的原理，獲得了前所未有的成就感。

結(jié)束語

綜上所述，STEM教育是一種綜合學(xué)科和能力的方法，并且與生活實(shí)際相聯(lián)系，能夠提升學(xué)生解決問題和探索實(shí)踐的能力。教師要善于結(jié)合本學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的條件和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行具體策略的探索，當(dāng)然，最為重要的是教師的教學(xué)方式和教學(xué)理念的轉(zhuǎn)換要做到以學(xué)生為主體為核心，以提升學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)，夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，為今后的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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