基于STEM教育理念的初中化學(xué)教學(xué)分析

張義成

（隴南市成縣索池學(xué)區(qū) 甘肅 隴南 742509）

引言

在提倡培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的背景下，將STEM 理念融入初中化學(xué)教學(xué)中，重視融合實際情境和化學(xué)知識，進(jìn)而全面調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的主觀能動性，有效解決學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)時的問題，提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科整體學(xué)習(xí)能力。為此，教師要注意這一點，結(jié)合學(xué)生學(xué)情，優(yōu)化化學(xué)教學(xué)設(shè)計，采用更適合學(xué)生接受的教學(xué)方法，完成化學(xué)教學(xué)工作，進(jìn)而高效培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)能力。

1.初中化學(xué)教學(xué)中STEM 教育理念分析

當(dāng)STEM 被引進(jìn)到國內(nèi)時，許多學(xué)者對STEM 的性質(zhì)進(jìn)行了探討。從實踐角度來看，STEM 研究主要有兩類，一類是“整合取向”，它主張以多學(xué)科融合為中心，注重通過多學(xué)科融合來提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，并通過多學(xué)科融合來解決現(xiàn)實問題。在此趨勢下STEM 教育不僅要從科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個方面進(jìn)行綜合，而且要向“STEM+”（又稱“STEMx”）發(fā)展。另一類是“細(xì)分取向”，即STEM 教育應(yīng)當(dāng)對四個專業(yè)的融合進(jìn)行細(xì)致的研究，并從中發(fā)現(xiàn)適合于社會需要的發(fā)展模式。主張STEM 課程在引入時應(yīng)注重科技與工程學(xué)的結(jié)合，而這一模式更符合中國目前的基礎(chǔ)科技課程發(fā)展?fàn)顩r。STEM 教學(xué)應(yīng)該保持一門課程的特色，讓人更容易了解、更容易實施，但也只是在交叉學(xué)科的層次上進(jìn)行，更多是對兩門課程融合之后的情況進(jìn)行探討，而忽略STEM“入駐”之前學(xué)生自身情況，這一點值得反思。STEM教育實質(zhì)，就是要在孩子很小的情況下，就培養(yǎng)學(xué)生基本素質(zhì)、社會關(guān)懷、家國情懷，保護(hù)學(xué)生自主發(fā)展能力，沉淀學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，“隱去”學(xué)校教育中的“分?jǐn)?shù)”、不合理競爭等因素，從而激發(fā)學(xué)生潛能，為國家和社會作出更大貢獻(xiàn)[1]。

2. STEM 理念在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用價值

2.1 有利于培養(yǎng)學(xué)生興趣

初中化學(xué)教學(xué)時，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣十分必要。在化學(xué)課上，大部分學(xué)生并不喜歡化學(xué)課。許多學(xué)生只了解課本上的知識，對課外研究興趣較少。另外，大多學(xué)生在學(xué)習(xí)前并未形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，缺乏自主學(xué)習(xí)和探究能力，對化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣較弱。然而，STEM 教學(xué)理念在提升學(xué)生化學(xué)興趣方面起到了積極的促進(jìn)作用。通過STEM 教學(xué)，使得學(xué)生親身體驗化學(xué)知識，逐步提高化學(xué)知識學(xué)習(xí)及應(yīng)用能力[2]。

2.2 有利于培養(yǎng)學(xué)生實踐技能

在初中化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實驗是提高學(xué)生實際操作能力的一個重要環(huán)節(jié)。然而，在傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，教師通過講解、播放錄像等方法，使學(xué)生理解知識要點，縮短實驗操作的時間，增加理論知識講解時間，很難讓學(xué)生真正地投入到實驗學(xué)習(xí)中，從而影響學(xué)生實際操作能力的提升。然而，在STEM 教學(xué)思想指導(dǎo)下，教師積極地組織學(xué)生分組開展協(xié)作式探究實驗，以使學(xué)生更好地了解化學(xué)理論知識。化學(xué)實驗中，各實驗組根據(jù)不同因素進(jìn)行實驗，進(jìn)行實驗探究、觀察現(xiàn)象、記錄現(xiàn)象、分析處理數(shù)據(jù)等，即可增強(qiáng)學(xué)生動手能力，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中解決化學(xué)學(xué)習(xí)問題，達(dá)到提升化學(xué)知識應(yīng)用能力的目的。

2.3 有利于培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)探究能力

在化學(xué)課程教學(xué)中，探究能力是學(xué)生應(yīng)具備的基礎(chǔ)素質(zhì)。學(xué)生在課堂上發(fā)表自身觀點，與老師及同伴進(jìn)行溝通，并在課后進(jìn)行有關(guān)環(huán)保、生產(chǎn)、科技等項目的探索活動，使得學(xué)生化學(xué)探究求知欲不斷提升。教學(xué)時，教師利用STEM 教學(xué)理念，通過設(shè)計實驗來提高學(xué)生探究意識，使得學(xué)生在參與化學(xué)探究學(xué)習(xí)過程中將化學(xué)知識內(nèi)化于心，并在成功完成化學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)后生成成就感，這對培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)尤為關(guān)鍵，可切實落實素質(zhì)教育立德樹人目標(biāo)。

3. STEM 理念在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略

3.1 創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，在課堂導(dǎo)入中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在初中化學(xué)教學(xué)時，精彩的課堂導(dǎo)入可以提高課堂的學(xué)習(xí)效果，不僅能夠吸引學(xué)生的注意力，將學(xué)生興趣點轉(zhuǎn)化到課堂中來，還能將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行生動的展現(xiàn)。STEM 教學(xué)是一種以生活為基礎(chǔ)的教學(xué)活動，要求教師通過創(chuàng)造生活活動，使學(xué)生能在生活活動中獲得所學(xué)知識[3]。由于化學(xué)是初三的“開門課”，相對于其它課程來說要晚一些，學(xué)生要在短暫時間里掌握諸多知識。在進(jìn)行概念教學(xué)時，教師可以把其同生活中的實際相結(jié)合，尋找能在生活中運(yùn)用的物質(zhì)，并創(chuàng)造情景。需要注意的是，在導(dǎo)入這一環(huán)節(jié)不能太復(fù)雜，不然會耗費時間，導(dǎo)致學(xué)生無法注意到學(xué)習(xí)的要點。例如，在教學(xué)“原子的構(gòu)成”一節(jié)時，老師可以出示一張原子彈在日本引爆的照片，并說明二戰(zhàn)中美國對日本投下了兩枚原子彈，造成了日本的毀滅性破壞，從而使日本在二戰(zhàn)中被擊潰。先用歷史實例引起同學(xué)們對核彈的好奇，再以熱情設(shè)定問題，為何核彈的爆炸會造成如此龐大的能量？激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，積極探索問題的成因。通過此種方法，可以把枯燥無味的原子結(jié)構(gòu)和學(xué)生感興趣原子彈問題結(jié)合在一起，讓學(xué)生的主觀能動性得到最大程度的發(fā)揮，促使學(xué)生從被動接受知識到主動探究。

3.2 以問題為中心，驅(qū)動學(xué)生深入學(xué)習(xí)

STEM 教育以問題導(dǎo)向式和項目式為主要教學(xué)方式，此種方式反映了建構(gòu)主義理論的核心觀點，切實滿足初中化學(xué)課程內(nèi)容多、課時少的要求。化學(xué)學(xué)科本身強(qiáng)調(diào)的是科學(xué)探究性，通過發(fā)現(xiàn)問題、理論分析假設(shè)、進(jìn)行實驗記錄現(xiàn)象、解釋現(xiàn)象得出結(jié)論等過程，能對學(xué)生思維能力進(jìn)行培養(yǎng)?！皢栴}為本”的課堂教學(xué)有利于教師更好地進(jìn)行科研探索，有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維與能力，不僅使學(xué)生不僅在某一方面有所收獲，更使學(xué)生的思考能力有所提升。在STEM 教學(xué)中，注重工程和知識在生活中的運(yùn)用[4]。因此，設(shè)計的問題不能是簡單問題，也不能是無用問題，而是要與日常生活和生產(chǎn)有緊密聯(lián)系的問題。例如，在學(xué)習(xí)“燃燒與滅火”這一小節(jié)內(nèi)容時，老師可以從對燃燒條件的探究開始，來設(shè)計問題，即消防隊員在撲滅森林火災(zāi)時，是如何撲滅的？在什么條件下，才能引發(fā)一場森林火災(zāi)？在日常生活中，到處都可以看到燃燒現(xiàn)象，而教師所設(shè)計的每個問題也都是從生活實例開始，從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主思考，完成新概念的建構(gòu)，并對具體問題進(jìn)行理解。通過對問題的研究，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得良好的學(xué)習(xí)效果。例如，在講解“二氧化碳和一氧化氮”時，教師可以先介紹幾個典型的氣體中毒事例，再提出問題，如誰能說出氣體中毒的原因？在此基礎(chǔ)上，老師可以用提問的方式來指導(dǎo)學(xué)生的思維活動，如“為何以往燃煤爐時，不把窗戶和窗戶關(guān)閉，而是要讓房間通風(fēng)？”“為何使用CO2 滅火？”等，通過對這些多樣性的化學(xué)問題進(jìn)行合理的設(shè)計，能對學(xué)生思維進(jìn)行有效啟迪，而且還能以此來推動學(xué)生在對有關(guān)問題進(jìn)行思考，將物理學(xué)科等其它學(xué)科的知識進(jìn)行有效地運(yùn)用其中，從而提升待學(xué)化學(xué)新知的課前引入的有效性，有利于提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)實效性。

3.3 組織化學(xué)實驗，鍛煉學(xué)生實踐能力

在初中化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容占據(jù)重大比例。STEM 教學(xué)注重學(xué)生的動手能力，在化學(xué)實驗中，教師不僅能夠向?qū)W生展示出化學(xué)的神奇魅力，還能夠?qū)⒒瘜W(xué)作為科學(xué)操作的嚴(yán)謹(jǐn)性表現(xiàn)出來，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)過程中獲得更多的樂趣，從而對化學(xué)實踐有更深層次的理解，并指導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)到的知識付諸于實踐。初三年級學(xué)生，正是處在青春期，其對未知事物充滿著好奇心，并有著敢于嘗試的心理[5]。然而，化學(xué)實驗本身也擁有豐富多樣的特征，可以讓學(xué)生積極地去操作化學(xué)實驗，從而在實踐過程中，對化學(xué)知識有更多的理解。

例如，在進(jìn)行“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”實驗探究時，老師可以先用演示的方式讓學(xué)生認(rèn)識到氧的產(chǎn)生過程和需要注意事項，并以這些理論為依據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實際工作，通過直觀的實驗，歸納出氧的特性。在氧氣制取實踐中，教師也可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗探究，并提出自己的想法，在保證學(xué)生生命安全的前提下進(jìn)行試驗，來證實自己的猜測。通過實驗的探索，使學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容有了更深層次的理解。

又如，在學(xué)習(xí)“酸堿中和反應(yīng)”知識點時，教師要充分認(rèn)識到其獨特的魅力，了解其對學(xué)生的吸引力，并以趣味化創(chuàng)新實驗來指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行高水平的實驗知識學(xué)習(xí)任務(wù)和實踐操作活動。教學(xué)過程中，化學(xué)教師必須轉(zhuǎn)變以往的教學(xué)方法，使學(xué)生能更全面地體會到實驗知識，并能更好地參與到實驗知識的探索和實際應(yīng)用中?；瘜W(xué)教師利用魔法方法，將酚酞溶液與稀鹽酸依次注入，改變?nèi)芤荷珴?，從而達(dá)到不同的色彩。在此基礎(chǔ)上，教師為學(xué)生配備相應(yīng)的實驗設(shè)備和儀器，引導(dǎo)學(xué)生從多個視角去探究實驗知識，增強(qiáng)學(xué)生動手能力。保證實驗操作科學(xué)性和創(chuàng)造性，使學(xué)生能充分應(yīng)用所學(xué)的實驗知識和特點，提高實驗教學(xué)效果[6]。

再如，在化學(xué)課的第一堂課上，教師可以做一個有趣的實驗，把一塊手絹放進(jìn)一個裝滿酒精的燒杯里，用鑷子把它拿出來，再用火柴點燃。學(xué)生會注意到，盡管有火焰在手絹上燃燒，但當(dāng)火焰被撲滅時，它卻安然無恙。隨之，教師還又可以設(shè)計一個有趣的化學(xué)實驗，即藍(lán)色玻璃瓶，倒入適量葡萄糖液，滴入幾滴0.1%亞甲基藍(lán)，亞甲基藍(lán)不可多放，否則會影響顏色，再在一定濃度下添加NaOH。然后搖晃燒杯，燒杯里的液體先是變成藍(lán)色，靜等兩分鐘便無色，再變成藍(lán)色。通過這兩種實驗，通過學(xué)生相對熟悉的生活材料和情景，即可使其感受到化學(xué)實驗的樂趣，進(jìn)而迫不及待地探究神奇的化學(xué)知識。

3.4 建構(gòu)化學(xué)概念，提升計算能力

在STEM 理念指引下，化學(xué)教師在教學(xué)過程中可以結(jié)合數(shù)學(xué)知識，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)計算題的訓(xùn)練，以保障學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過程中，能在掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識時，提高計算能力?；瘜W(xué)概念與基本原理是學(xué)生進(jìn)行計算的基礎(chǔ)與核心，而化學(xué)計算則能加強(qiáng)學(xué)生對基本概念和基本原理的理解。在初中化學(xué)計算題教學(xué)中，必須要注重應(yīng)用實用理念和原則[7]。在解決問題時，要做到對目標(biāo)和信息的正確分析，為學(xué)生提供必要的知識和內(nèi)容，從而促使學(xué)生高效率解決計算題?；瘜W(xué)術(shù)語本身就有一套由化學(xué)方程式、離子符號等組成的語言體系，通過符號體系將化學(xué)知識從具體概念轉(zhuǎn)化為抽象概念，讓學(xué)生能更好地理解化學(xué)本質(zhì)，從而加深學(xué)生對化學(xué)知識的理解程度?；瘜W(xué)式價值是經(jīng)過實驗后嚴(yán)格規(guī)范和認(rèn)知的，是一切物質(zhì)的基本公式，從量的角度來看，可以從微觀和宏觀的角度來分析化學(xué)式，也可以從典型材料中挑選出合適的計算對象。例如，在學(xué)習(xí)化學(xué)計算習(xí)題解題方法時，根據(jù)純凈物化學(xué)式，從氧氣、二氧化碳、高錳酸鉀、氫氧化鈣、無水硫酸銅中，選擇二氧化碳和硝酸銨作為代表，并根據(jù)說明書元素質(zhì)量進(jìn)行計算，即可進(jìn)一步提升學(xué)生計算化學(xué)題的效率和質(zhì)量。

此外，在初中化學(xué)計算題學(xué)習(xí)時，教師應(yīng)該遵循著“質(zhì)量守恒定律”，讓學(xué)生清楚了解化學(xué)反應(yīng)原理，再深入剖析化學(xué)習(xí)題?！百|(zhì)量守恒定律”是參與化學(xué)反應(yīng)各個物質(zhì)的質(zhì)量之和，學(xué)生在做實驗時應(yīng)該分析化學(xué)作用前后的物質(zhì)總量。在這一過程中，嘗試分析物質(zhì)質(zhì)量發(fā)生的變化，按照化學(xué)方程來分析每一種物質(zhì)的質(zhì)量，對物質(zhì)質(zhì)量與質(zhì)量守恒定律的關(guān)系有更深入的了解。具體來講，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注以下幾點：一是參加該反應(yīng)的反應(yīng)材料數(shù)量之和與該物質(zhì)總重量相等，其余反應(yīng)物質(zhì)不計入。二是在化學(xué)反應(yīng)前后，各種元素類型保持不變。元素不能創(chuàng)造或消亡，這便是元素守恒。三是在化學(xué)反應(yīng)前后，原子種類、數(shù)量和質(zhì)量都不會變化，這便是原子守恒。四是“物質(zhì)守恒定律”可以用來說明化學(xué)的變化，而不能用來解釋物質(zhì)變化情況。在“質(zhì)量守恒定律”與“客觀事實”基礎(chǔ)上，學(xué)生在按化學(xué)公式進(jìn)行計算時，可以更清楚地認(rèn)識到物質(zhì)所發(fā)生的各種變化，使學(xué)生能更快地分析化學(xué)問題，并正確地解決計算問題。在“化學(xué)公式”學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以利用“質(zhì)量守恒定律”來加深對化學(xué)反應(yīng)的了解。同時，學(xué)生還可以利用“品質(zhì)守恒定律”，進(jìn)一步加深學(xué)生對化學(xué)知識的學(xué)習(xí)效果，從而有效地提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.5 注重以生為本，激活學(xué)生學(xué)習(xí)能力

STEM 教育思想重視培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和動手能力，而傳統(tǒng)教育方法是按照原有教學(xué)進(jìn)度向?qū)W生進(jìn)行知識的灌輸，而忽略了學(xué)生的主體性。在STEM 教育思想指引下，在課堂上要把學(xué)生放在第一位，調(diào)動學(xué)生主動性，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作精神。在進(jìn)行化學(xué)知識教學(xué)過程中，教師可以先讓學(xué)生自由組隊，之后讓其對這一節(jié)課的教學(xué)要點展開分析、學(xué)習(xí)和小組討論，最后再派一名代表來進(jìn)行講解。同時，教師可以在課堂上隨意地進(jìn)行參觀，聆聽學(xué)生解釋和分析，并對學(xué)生提出疑問。因此，在教學(xué)過程中，教師要給學(xué)生足夠的時間去思考，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。在教學(xué)中，以學(xué)生為主體的教學(xué)方法，就是要將學(xué)生在學(xué)習(xí)上的主體性充分地調(diào)動起來，真正激活學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識的活力[8]。

例如，在教學(xué)“制取氧氣”過程中，老師要求學(xué)生在實驗室中進(jìn)行實踐操作。教師可以讓學(xué)生回憶一下，有多少種制取氧氣的方法，再鼓勵學(xué)生自學(xué)操作，老師也可以在一旁對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，并對具體的操作進(jìn)行提示。在學(xué)生根據(jù)事先設(shè)計的實驗方案親自動手操作過程中，能讓學(xué)生對其中所含的化學(xué)實驗知識有更深入性認(rèn)知，也能夠通過這種實踐操作，有效地鍛煉他們的自主動手操作能力和實驗探究能力等化學(xué)學(xué)科的核心能力，但在整個實驗操作過程中要注意加強(qiáng)教師的全程指導(dǎo)和監(jiān)督，保證能及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗操作中的問題。另外，在教學(xué)中，還可以通過演示和演示，使學(xué)生更好地了解和掌握一些較難的化學(xué)實驗。在教學(xué)時，對于材料難以獲得和操作環(huán)境比較復(fù)雜的實驗，可以利用多媒體手段演示。當(dāng)課堂上的時間不足時，老師可以將一些比較簡單的實驗作為課下作業(yè)，讓學(xué)生在家里進(jìn)行操作，這樣可以對學(xué)生的實際動手能力進(jìn)行全面培養(yǎng)。

結(jié)束語

綜上所述，STEM 理念是一種嶄新的、先進(jìn)的教學(xué)思想，尚未完全成熟，有著廣闊發(fā)展空間。因此，在初中化學(xué)教師運(yùn)用STEM 理念過程中，仍存在著一些不確定因素。教師既是課堂教學(xué)承載者、實施者和完善者，又是教學(xué)理念研究者、踐行者和推廣者，教師應(yīng)從STEM 理念入手，積極挖掘STEM 思想在課堂教學(xué)中的教育價值，借助課堂知識講解踐行STEM 教學(xué)理念，以此為初中生化學(xué)知識學(xué)習(xí)和全面發(fā)展提供有利條件，強(qiáng)化學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)效果。