基于STEM 教育下的中學(xué)化學(xué)教學(xué)模式初探

吳金霞

（甘肅省民勤實(shí)驗(yàn)中學(xué)，甘肅民勤 733399）

中學(xué)化學(xué)作為一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科，其教學(xué)有效性直接影響著學(xué)生理性思維的發(fā)展，故必須不斷更新和完善其教學(xué)方法。科技的發(fā)展不斷推動(dòng)著教育領(lǐng)域的創(chuàng)新，在此背景下，STEM 教育得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，其強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的綜合應(yīng)用，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。因此，此教育理念下的中學(xué)化學(xué)教學(xué)模式必將有更多創(chuàng)新，以顯其靈動(dòng)特色，吸引學(xué)子之注意力。教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問題，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)能力，以促進(jìn)其創(chuàng)新思維與綜合能力之發(fā)展。

一、基于STEM 教育下的初中化學(xué)教學(xué)特點(diǎn)

STEM 教育崇尚學(xué)科交融，初中化學(xué)教學(xué)亦可與科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科緊密結(jié)合。如此，學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)，可運(yùn)用數(shù)學(xué)的知識(shí)解決化學(xué)方程式中的計(jì)算難題；或借助物理的原理闡釋化學(xué)反應(yīng)的奧秘。如此一來，學(xué)生方能更高效地領(lǐng)悟與應(yīng)用化學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)跨學(xué)科思維及綜合解決問題的能力。通過這些特點(diǎn)，初中化學(xué)教學(xué)可以更好地促進(jìn)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的全面發(fā)展。此外，化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性極強(qiáng)的學(xué)科，需要學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐探究與實(shí)驗(yàn)操作，以體驗(yàn)化學(xué)現(xiàn)象，培養(yǎng)科學(xué)觀察、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析的能力。故而，STEM 教育理念下的初中化學(xué)教學(xué)可通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或項(xiàng)目，使學(xué)生通過實(shí)踐探索化學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)其科學(xué)思維與實(shí)踐能力。

二、基于STEM 教育下的初中化學(xué)教學(xué)策略

（一）問題驅(qū)動(dòng)，創(chuàng)設(shè)科學(xué)情境

1.激趣導(dǎo)入：提出生活化問題

生活化問題可以引發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，使他們主動(dòng)去探索和解決問題。提出生活化的問題方便創(chuàng)設(shè)科學(xué)情境，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。抽象的化學(xué)知識(shí)和實(shí)際生活場(chǎng)景的有機(jī)結(jié)合可以讓學(xué)生更主動(dòng)也更容易地理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。而教師借此滲透相應(yīng)的科學(xué)知識(shí)，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。以“金屬資源的利用和保護(hù)”這部分內(nèi)容為例，我們可以提出以下兩個(gè)問題：第一問，在日常生活中，我們使用了很多金屬制品，比如鐵鍋、鋁箔等，你有沒有想過這些金屬是如何被提取出來的？這些金屬的來源是什么？是否有可持續(xù)利用的方法？這個(gè)問題能夠引導(dǎo)學(xué)生思考金屬資源的來源、提取方法和可持續(xù)利用的可能性，激發(fā)他們對(duì)金屬資源的重視；第二問，如今，人們?cè)絹碓疥P(guān)注環(huán)境問題，那么在金屬資源的利用中，我們應(yīng)該如何平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的關(guān)系？有哪些措施可以在金屬資源的利用和保護(hù)之間找到平衡點(diǎn)？這個(gè)問題通過結(jié)合環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的議題，引導(dǎo)學(xué)生思考金屬資源的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的重要性，可以喚起他們的環(huán)境意識(shí)和創(chuàng)新性思考。而在提出問題的過程中，教師可以采用開放性問題和引導(dǎo)性問題的結(jié)合方式。開放性問題可以激發(fā)學(xué)生的思考和討論，而引導(dǎo)性問題則可以幫助學(xué)生準(zhǔn)確定位和解決問題的方向。同時(shí)，問題應(yīng)該具有現(xiàn)實(shí)性和可行性，與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和興趣相關(guān)，能夠引發(fā)他們的探索欲。這樣，通過提出生活化問題，可以激發(fā)初中生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，促進(jìn)他們?cè)诳茖W(xué)情境中的思考。

2.引發(fā)好奇：提出展望性問題

初中生好奇心強(qiáng)，對(duì)未知領(lǐng)域充滿探索欲，在化學(xué)教學(xué)中提出展望性問題可有效引發(fā)他們的求知欲。而展望性問題通常與前沿科學(xué)研究、未解決的問題或待解決的難題相關(guān)，能夠激發(fā)學(xué)生的思考和探索欲望，促使他們主動(dòng)去尋找答案。展望性問題為學(xué)生提供了一個(gè)追尋知識(shí)的動(dòng)力和目標(biāo)，可以讓他們?cè)诳茖W(xué)情境中體驗(yàn)到探索未知的樂趣。以“水的凈化”這部分內(nèi)容為例，教師可以在完成基本教學(xué)后提出以下兩個(gè)展望性問題：（1）目前的水凈化方法主要有過濾、消毒等，但還存在一些難以解決的問題，比如如何高效地去除水中的微量有機(jī)物和重金屬污染，如何解決水質(zhì)安全與可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾等。請(qǐng)你展望一下未來的水凈化技術(shù)，你認(rèn)為有哪些可能的創(chuàng)新和突破？這個(gè)問題可以引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)有水凈化技術(shù)的不足和未來的發(fā)展方向，激發(fā)他們對(duì)科學(xué)技術(shù)的研究和創(chuàng)新的興趣。（2）面臨著水資源日益緊張的問題，人們開始探索一些非傳統(tǒng)水資源，比如海水淡化、廢水回用等。請(qǐng)你展望一下未來的水資源利用與再生技術(shù)，你認(rèn)為有哪些可能的突破和創(chuàng)新？這類問題可以引導(dǎo)學(xué)生思考水資源利用的可持續(xù)發(fā)展問題，激發(fā)他們對(duì)于非傳統(tǒng)水資源利用和再生技術(shù)的探索和創(chuàng)新思維。而在提出展望性問題時(shí)，教師可以將學(xué)生引入前沿科學(xué)領(lǐng)域的研究和技術(shù)應(yīng)用，讓他們了解當(dāng)前的科學(xué)難題和研究方向。問題要既能鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思考，又要能引導(dǎo)他們思考問題的關(guān)鍵點(diǎn)和可能的解決方案，以引發(fā)初中生的鉆研欲望，激發(fā)他們追求知識(shí)的動(dòng)力。

（二）多元互動(dòng)，引導(dǎo)創(chuàng)新思考

1.利用現(xiàn)代技術(shù)，提供豐富的學(xué)習(xí)材料

傳統(tǒng)教學(xué)模式下的化學(xué)課堂往往較為枯燥，通常以教師的單方面的知識(shí)輸出為主。而基于STEM 教育理念的化學(xué)課堂則需要師生之間進(jìn)行充分的互動(dòng)。為此，教師可以利用現(xiàn)代信息技術(shù)提供豐富的學(xué)習(xí)材料，以豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，引發(fā)他們對(duì)知識(shí)的探索。比如，可以通過互聯(lián)網(wǎng)提供教學(xué)視頻、在線課程、電子書籍、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等。這些資源可以覆蓋課程的不同方面和學(xué)生的不同需求，使學(xué)生能夠通過多種途徑和角度進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此，教師可以借此在初中化學(xué)教學(xué)中滲透當(dāng)代化學(xué)技術(shù)。具體而言，可以通過以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：第一，借助現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備引入現(xiàn)代科學(xué)研究成果，可以展示一些關(guān)于當(dāng)代化學(xué)技術(shù)的真實(shí)案例，例如有關(guān)新型材料、新能源等方面的研究成果和應(yīng)用實(shí)例，讓學(xué)生了解到當(dāng)代化學(xué)技術(shù)的前沿發(fā)展；第二，播放展示化學(xué)實(shí)驗(yàn)促進(jìn)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的視頻，讓學(xué)生了解當(dāng)代最新的化學(xué)技術(shù)，如紅外線光譜儀、質(zhì)譜儀等，讓學(xué)生感受到現(xiàn)代化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用；第三，利用移動(dòng)應(yīng)用提供個(gè)性化和交互式的學(xué)習(xí)材料，即讓學(xué)生通過手機(jī)應(yīng)用根據(jù)自己的興趣和學(xué)習(xí)進(jìn)度選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。移動(dòng)應(yīng)用往往還能提供與課程相關(guān)的小游戲、互動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)、學(xué)習(xí)筆記等，學(xué)生可以通過參與游戲、模擬實(shí)驗(yàn)和查看學(xué)習(xí)筆記來深入了解知識(shí)，以提高學(xué)習(xí)效果。

2.利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生即時(shí)性交流

基于STEM 教育下的初中化學(xué)教學(xué)，可以與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，即引導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行即時(shí)性交流，以提高他們的自主學(xué)習(xí)能力。通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生可以受自己的興趣驅(qū)動(dòng)而學(xué)習(xí)，從而參與到各種討論和交流活動(dòng)中，與同學(xué)們和老師互動(dòng)，分享學(xué)習(xí)體會(huì)和問題解決方法。這不僅可以提高他們的信息技術(shù)應(yīng)用能力，還可以促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)興趣。具體來講，我們可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上建立學(xué)習(xí)社區(qū)或是班級(jí)微信群等形式的交流平臺(tái)，以提供一個(gè)即時(shí)性、互動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境。教師則可以鼓勵(lì)學(xué)生在這個(gè)平臺(tái)上互相提問、回答問題、分享學(xué)習(xí)資源、討論學(xué)習(xí)進(jìn)程等。比如針對(duì)“常見的酸和堿”這一課題，教師可以設(shè)立一個(gè)專門用于討論“常見的酸和堿”的論壇，讓學(xué)生在論壇上提出自己遇到的問題、分享理解和解題思路，并進(jìn)行針對(duì)性討論。通過這種交流方式，學(xué)生可以從不同的角度和解題思路中獲得啟發(fā)和幫助，進(jìn)行更多的創(chuàng)新思考。教師則可以提出一些引導(dǎo)創(chuàng)新思考的問題，如提出一個(gè)開放性問題，讓學(xué)生思考如何將所學(xué)的化學(xué)知識(shí)與科學(xué)技術(shù)相聯(lián)系，并應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)問題。而借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，教師還可以通過瀏覽學(xué)生的互動(dòng)結(jié)果給出肯定或提供改進(jìn)意見。另外，教師也可以參與到學(xué)生的線上交流活動(dòng)中來，提供一些新的解決問題的思路、方法等，以保證學(xué)生的交流能更加有方向、有針對(duì)性和有效。再如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上分享自己整理的學(xué)習(xí)資料、筆記和習(xí)題解析等，并互相交流，以形成互相學(xué)習(xí)的氛圍。如此一來，通過師生互動(dòng)，雙方可以就課內(nèi)外知識(shí)進(jìn)行充分探討，學(xué)生的學(xué)習(xí)和思考可以不再拘泥于課本，而且學(xué)生之間可以進(jìn)行思維碰撞，產(chǎn)生新的好的想法，不斷激發(fā)創(chuàng)新性思考。這對(duì)他們的化學(xué)知識(shí)的吸收能起到促進(jìn)作用。

（三）協(xié)作探究，促進(jìn)學(xué)科融合

通過引導(dǎo)學(xué)生協(xié)作探究，可以培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神和解決問題的能力。同時(shí)，學(xué)生也能夠體會(huì)到不同學(xué)科之間的聯(lián)系與融合，加深對(duì)綜合學(xué)科的理解，為將來的科學(xué)研究和解決實(shí)際問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在協(xié)作探究中，學(xué)生可以通過團(tuán)隊(duì)合作，利用多個(gè)學(xué)科的知識(shí)和技能，解決實(shí)際問題，以加深對(duì)不同學(xué)科之間關(guān)聯(lián)性的理解。比如，在學(xué)習(xí)酸堿中和反應(yīng)的過程中，教師可以組織學(xué)生分成小組，每個(gè)小組的成員可以代表不同的學(xué)科背景，比如科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等。接著，教師提出有關(guān)酸堿中和反應(yīng)的實(shí)際問題，如“如何利用酸堿中和反應(yīng)？”小組成員可以共同討論，并從網(wǎng)絡(luò)中搜索相關(guān)資料，從自己小組所代表的學(xué)科本質(zhì)的角度出發(fā)，進(jìn)行針對(duì)性探討，如“工程”小組可以搜索到酸堿中和反應(yīng)與工程學(xué)科的如下聯(lián)系：在工程中，酸堿中和反應(yīng)被廣泛應(yīng)用于廢水處理和污染物凈化領(lǐng)域，工程師們可以利用酸堿反應(yīng)中生成的鹽，將廢水中的有害物質(zhì)中和掉，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。組內(nèi)探討的過程中，學(xué)生逐漸認(rèn)識(shí)到化學(xué)在工程領(lǐng)域發(fā)揮的作用?？梢?，這樣的探究式學(xué)習(xí)能讓學(xué)生自主探索化學(xué)與各個(gè)學(xué)科的知識(shí)和技能的融合點(diǎn)，從而全面、深入地理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并提高綜合思考能力。

（四）梳理思路，強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析

1.回顧實(shí)驗(yàn)過程，提煉數(shù)據(jù)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)，因此，引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程，提煉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分有必要。學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程能對(duì)實(shí)驗(yàn)中使用的化學(xué)概念、實(shí)驗(yàn)步驟和儀器設(shè)備等內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性復(fù)習(xí)和鞏固，從而加深對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作技巧的印象。引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程還可以讓他們意識(shí)到實(shí)驗(yàn)中可能存在的誤差和偏差，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析提供更準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。而提煉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是一個(gè)更重要的數(shù)據(jù)處理步驟，可以幫助學(xué)生從繁雜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中提取出重要的信息。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的提煉可以使學(xué)生更全面地了解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的規(guī)律性，并能夠?qū)?shù)據(jù)與理論知識(shí)相結(jié)合，從而進(jìn)行更深入的計(jì)算、分析和推測(cè)。在這個(gè)過程中，他們可以鍛煉觀察能力和數(shù)據(jù)分析能力，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)研究水平。這可以促進(jìn)化學(xué)與數(shù)學(xué)的融合，并提高學(xué)生對(duì)這兩門學(xué)科融合的認(rèn)知。為此，教師要加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程。比如，在學(xué)生完成“人類重要的營養(yǎng)物質(zhì)”這一課題下的實(shí)驗(yàn)后，教師可以如此引導(dǎo)學(xué)生回顧：第一，重播相關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀看，鼓勵(lì)他們總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程，讓他們回憶實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)的背景；第二，在視頻播放到實(shí)驗(yàn)操作關(guān)鍵階段時(shí)，教師可以對(duì)重要環(huán)節(jié)進(jìn)行慢放，并對(duì)現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵步驟的部分暫停，讓學(xué)生回顧自己在實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)操作；第三，讓學(xué)生將記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步提煉，如濃度、質(zhì)量、體積等，以此培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維。

2.整理數(shù)據(jù)信息，加強(qiáng)分析

在學(xué)生完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)后，教師要引導(dǎo)他們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化整理和分析，讓學(xué)生更清晰地看到數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和趨勢(shì)，從而進(jìn)一步加深對(duì)化學(xué)現(xiàn)象和理論的理解。在此過程中，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果背后的規(guī)律和機(jī)制，探索化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)條件之間的關(guān)系。這將有助于他們對(duì)化學(xué)知識(shí)的掌握和應(yīng)用。整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和數(shù)據(jù)處理能力的重要環(huán)節(jié)，需要學(xué)生觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)性分析有用的數(shù)據(jù)。這將培養(yǎng)學(xué)生對(duì)細(xì)節(jié)的關(guān)注和觀察的能力。而且他們需要運(yùn)用邏輯推理和統(tǒng)計(jì)分析的方法尋找數(shù)據(jù)中的規(guī)律和趨勢(shì)，并進(jìn)行科學(xué)解釋。這對(duì)他們的邏輯思維、數(shù)據(jù)處理能力的發(fā)展都是十分有利的，仍以“人類重要的營養(yǎng)物質(zhì)”這一課題為例，教師可以通過以下步驟引導(dǎo)學(xué)生整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：第一階段，即在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師可以要求學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將其整理為表格、圖表等形式。這將幫助學(xué)生更加直觀地看到數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。同時(shí)，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)的不同條件或參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和整理，以便進(jìn)行比較和分析。第二階段，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，如解釋計(jì)算邏輯等。教師則可以通過提問的方式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，讓他們自主揭示其中隱含的規(guī)律。這樣，通過引導(dǎo)整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和科學(xué)研究能力，為他們今后的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

總而言之，本文對(duì)基于STEM 教育下的中學(xué)化學(xué)教學(xué)模式進(jìn)行了初步探討。通過創(chuàng)設(shè)科學(xué)情境、多元互動(dòng)、協(xié)作探究和強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析等策略的應(yīng)用，可以提高學(xué)生的實(shí)踐能力、跨學(xué)科思維和創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展。然而，對(duì)于這一新的教育模式，還有很多問題需要進(jìn)一步研究和探索。未來的研究可以通過實(shí)踐探索和項(xiàng)目設(shè)計(jì)來驗(yàn)證這些教學(xué)策略的有效性，并進(jìn)一步完善中學(xué)化學(xué)教學(xué)模式，以適應(yīng)STEM 教育的發(fā)展和變革。