基于STEM教育視野下的初中化學(xué)實(shí)踐探究

張義

摘 要：STEM教育是指科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematic）。[1]它是一種強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間相互融合和整合的一種教育，即在教學(xué)過(guò)程中滲透著科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)這四部分內(nèi)容。[2]其特征主要體現(xiàn)為趣味性、豐富性、實(shí)踐性、創(chuàng)造性，STEM教育過(guò)程是能很好地體現(xiàn)科學(xué)素質(zhì)和化學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)過(guò)程，是非常適合初中化學(xué)教學(xué)的一種教育。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);STEM教育;實(shí)踐

STEM教育不是單一的只以知識(shí)為中心，而是一種教學(xué)方式多樣化的以學(xué)生為中心的授課模式;教學(xué)評(píng)價(jià)也是多樣化的，沒(méi)有唯一的標(biāo)準(zhǔn)，顯示出全方位多角度對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)估，能夠更好地發(fā)揮出每個(gè)學(xué)生的特長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì)?；瘜W(xué)從教育體系而言是相對(duì)獨(dú)立的科學(xué)學(xué)科，包含了數(shù)學(xué)、物理、生物等學(xué)科知識(shí)，如若將以上種種學(xué)科中相關(guān)的知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來(lái)就是STEM教育的顯著特點(diǎn)，讓學(xué)生在學(xué)科融合中獲取知識(shí)，展現(xiàn)創(chuàng)新思維，在不斷地解決問(wèn)題中鍛煉邏輯思維，從而提高解決實(shí)際問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)。因此，STEM教育過(guò)程是能很好地體現(xiàn)科學(xué)素質(zhì)和化學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)過(guò)程，是非常適合初中化學(xué)教學(xué)的一種教育。

一、真實(shí)情境，細(xì)品STEM教育的趣味性

化學(xué)知識(shí)在我們的日常生活中有著廣泛運(yùn)用。STEM教育理念要求教師從生活實(shí)際出發(fā)，將知識(shí)點(diǎn)巧妙地融入生活情境中，引發(fā)學(xué)生一定的認(rèn)知矛盾，然后從情境中拋出問(wèn)題，引發(fā)思考，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。以“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”的模式“自然地”帶動(dòng)新課程的學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程變成了解決問(wèn)題、完成目標(biāo)工程的過(guò)程。學(xué)習(xí)變成了一個(gè)自發(fā)主動(dòng)的行為，和傳統(tǒng)教學(xué)模式形成鮮明對(duì)比。

以“金屬的化學(xué)性質(zhì)”為例，“教師呈現(xiàn)了一個(gè)用了十多年的鋁壺，拋出問(wèn)題：生活中的鐵會(huì)很容易生銹腐蝕，為什么鋁能‘十年如一日呢？難道鋁和金一樣穩(wěn)定嗎？”鐵容易在潮濕的空氣中生銹，金是一種穩(wěn)定且昂貴的金屬，這是學(xué)生在生活中就能獲取的知識(shí)，而“鋁制品”作為一種生活中和“鐵制品”一樣常見(jiàn)的廉價(jià)金屬，慣性思維下，學(xué)生很自然會(huì)將其等同于“鐵”來(lái)看，和鐵一樣不穩(wěn)定且容易生銹，但是老師卻帶來(lái)了一個(gè)“十多年都不生銹的鋁壺”，很大程度上沖擊了學(xué)生的原有認(rèn)知，從而自然引發(fā)思考——鋁到底有哪些化學(xué)性質(zhì)？

再以“水的凈化”這一節(jié)為例，水是一種學(xué)生較為熟悉的物質(zhì)，風(fēng)霜雨雪、江河湖海皆為水，但是也有學(xué)生較為陌生的水資源，如“地下水”“蒸餾水”“山泉水”等。學(xué)生對(duì)水的知識(shí)有一定基礎(chǔ)，但是往往停留在表層認(rèn)知。面對(duì)這樣的情況，如果上來(lái)就引入“硬水”“軟水”的概念顯然無(wú)法達(dá)到理想的教學(xué)效果。所以教師在一開(kāi)始先呈現(xiàn)了三種水的樣品，分別是：河流中的水（渾濁）、當(dāng)?shù)刈詠?lái)水、煮沸的飲用水。教師拋出問(wèn)題：為什么前兩種水我們一般不能直接引用？一般情況下，學(xué)生能很快說(shuō)出河水不能飲用是因?yàn)槠渲杏腥庋劭梢?jiàn)的雜質(zhì)。教師再問(wèn)：如何去除這些固體雜質(zhì)？通過(guò)回憶以往的知識(shí)，學(xué)生一般都可答出過(guò)濾。這就直接引出了新課內(nèi)容“水的凈化”。講述完完整的凈化過(guò)程后便得到了自來(lái)水，教師接著提問(wèn)：自來(lái)水看上去也非常清澈，為什么只有煮沸才可以飲用呢？自然過(guò)渡到“硬水”“軟水”的相關(guān)知識(shí)。綜上，教師將新課內(nèi)容完全包含在一個(gè)真實(shí)的情境中，并以一個(gè)個(gè)環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題串聯(lián)起新課內(nèi)容，讓學(xué)生不僅學(xué)習(xí)掌握了新的知識(shí)，更是通過(guò)一個(gè)真實(shí)的情境真切體會(huì)到了“水的凈化過(guò)程”，體會(huì)到了“化學(xué)”對(duì)于社會(huì)生活的重要性。

由此不難看出，通過(guò)聯(lián)系生活實(shí)際觸發(fā)的問(wèn)題，更能引起學(xué)生思維的共鳴，讓學(xué)生在生動(dòng)有趣的氛圍中目標(biāo)明確地學(xué)習(xí)是STEM教育貫徹的理念。從情境出發(fā)，由問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中教師只是指引者，學(xué)生全程參與學(xué)習(xí)，自主探究，在解決問(wèn)題的同時(shí)不斷掌握新的知識(shí)和技能，再將其回歸于生活實(shí)際，服務(wù)于真實(shí)情境。STEM教育模式下的學(xué)習(xí)是有趣又實(shí)用的。

二、多元融合，探索STEM教育的豐富性

知識(shí)具有流通性和實(shí)效性，將所有學(xué)科割裂式地教學(xué)是不科學(xué)的。就化學(xué)的知識(shí)體系而言，與數(shù)學(xué)、物理、生物、地理都有一定的重疊性。因此在教學(xué)過(guò)程中，教師有必要注意學(xué)科的融合性，在解決問(wèn)題的時(shí)候應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生思考是否可以參考其他學(xué)科。

例如，在學(xué)習(xí)酸堿中和反應(yīng)的過(guò)程中，為了探究NaOH和HCl是否發(fā)生了反應(yīng)，即主要測(cè)定混合溶液的pH的變化。在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們一般利用pH試紙和酚酞來(lái)觀察混合溶液的酸堿變化，并確定反應(yīng)終點(diǎn)。并利用數(shù)學(xué)知識(shí)做出溶液酸堿變化和加入鹽酸的體積的關(guān)系圖。然而，在實(shí)際操作過(guò)程中，由于試紙和指示劑以及人眼帶來(lái)的誤差性，常導(dǎo)致模擬圖像不夠精準(zhǔn)，在學(xué)生的認(rèn)知上形成一定的阻礙。但是隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，該實(shí)驗(yàn)可采用pH檢測(cè)儀直接測(cè)量混合溶液的酸堿度，并在PC端直接生成精確圖像，最后學(xué)生可以利用數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)圖像進(jìn)行剖析，從而得出更為確切的結(jié)論。如：隨著稀鹽酸的不斷加入，溶液確實(shí)可變?yōu)橹行裕磮D像呈現(xiàn)pH=7），但是這個(gè)點(diǎn)的捕捉非常困難，只需極少量的鹽酸，利用膠頭滴管逐滴加入尋找反應(yīng)終點(diǎn)的方法從理論上分析是具有很大偏差的，大家觀察到的溶液從紅色恰好變?yōu)闊o(wú)色這一現(xiàn)象其實(shí)無(wú)法確定此時(shí)反應(yīng)恰好完成。在以上學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)歷了從觀察分析的定性思維到對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析、歸納等定量思維的過(guò)程，在教學(xué)設(shè)計(jì)上通過(guò)眾多學(xué)科的有效結(jié)合，學(xué)生利用各學(xué)科所學(xué)的知識(shí)跨學(xué)科解決相關(guān)問(wèn)題。同時(shí)也想讓學(xué)生了解溶液酸堿度在現(xiàn)代技術(shù)中的廣泛運(yùn)用，充分體現(xiàn)了STEM教育理念中的工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)思想，使教育豐富多彩。

三、協(xié)作探究，感受STEM教育的實(shí)踐性

STEM教育理念注重學(xué)生積極參與到活動(dòng)中，在“玩”中探索學(xué)習(xí)理論知識(shí)并培養(yǎng)工程思維，在“做”中思考并鞏固理論知識(shí)滲透技能的訓(xùn)練。運(yùn)用所學(xué)知識(shí)展開(kāi)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，既幫助學(xué)生鞏固了所學(xué)知識(shí)，又將其運(yùn)用在真實(shí)的生活情境中，這一點(diǎn)在化學(xué)復(fù)習(xí)課中可有效利用，能達(dá)到不錯(cuò)的效果。

例如，在復(fù)習(xí)酸堿鹽的相關(guān)知識(shí)時(shí)，教師設(shè)計(jì)了這樣的活動(dòng)：

整個(gè)活動(dòng)氛圍異常熱烈，幾乎所有學(xué)生都熱情地參與活動(dòng)，通過(guò)小組協(xié)作，每個(gè)學(xué)生都做出了屬于自己的汽水。隨即教師拋出問(wèn)題：檸檬酸是一種有機(jī)食用酸，它當(dāng)然具有酸的通性，那么你知道汽水中的“氣”是怎么來(lái)的嗎？通過(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，學(xué)生立刻開(kāi)始檢索酸的相關(guān)通性，通過(guò)酸可以和碳酸鹽發(fā)生反應(yīng)生成CO2得到自制汽水的反應(yīng)原理，即2H++CO32-=H2O+CO2，同時(shí)也得出有機(jī)酸中也含有H+，為后續(xù)有機(jī)物的學(xué)習(xí)做了鋪墊。

在以上的案例中，雖然課堂秩序稍顯紊亂，但是從學(xué)生的參與熱情中不難看出，對(duì)于“玩”的活動(dòng)，大部分學(xué)生都選擇主動(dòng)投入，在輕松愉悅的氛圍中通過(guò)相互協(xié)作的實(shí)踐活動(dòng)，回顧以往知識(shí)，又增加了新的體驗(yàn)，潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力，增強(qiáng)了課程的實(shí)用性。

四、實(shí)驗(yàn)新穎，體現(xiàn)STEM教育的創(chuàng)新性

STEM教育理念要求教學(xué)過(guò)程充滿創(chuàng)造性，然而傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)過(guò)分注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和邏輯思維的訓(xùn)練，很大程度上忽略了對(duì)孩子發(fā)散思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，化學(xué)教師在課堂上必須摒棄傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，以教材中的化學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一些創(chuàng)新環(huán)節(jié)。教師應(yīng)在學(xué)生原有的知識(shí)基礎(chǔ)上選用一些貼近生產(chǎn)生活的新型材料的儀器來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。

例如，在學(xué)習(xí)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”這一節(jié)時(shí)，為了比較鎂、鋁、鐵、鋅、銅和酸反應(yīng)的不同現(xiàn)象，傳統(tǒng)的教學(xué)中，通常采用點(diǎn)滴板，但是由于點(diǎn)滴板容量有限，所能盛放的酸液較少，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。教師可以利用身邊的素材，指導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行一定的創(chuàng)新，以便更好地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)更加有效地控制了實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)變量，體現(xiàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

儀器改造如下圖：

以上實(shí)驗(yàn)材料簡(jiǎn)單易得，便于操作，方便學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器的不斷創(chuàng)新，同時(shí)也為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)增添了藝術(shù)感。每一次實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)創(chuàng)新都是科學(xué)和藝術(shù)的結(jié)合，是孩子們豐富想象力的體現(xiàn)。學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程就是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)綜合運(yùn)用的升華。在整個(gè)創(chuàng)新的過(guò)程中，學(xué)生既感受到了知識(shí)的力量，也體會(huì)到了創(chuàng)造的樂(lè)趣，更體驗(yàn)到了藝術(shù)的魅力。

在全面開(kāi)展科學(xué)教育的新時(shí)代，STEM教育模式無(wú)疑是對(duì)科學(xué)教育的豐富和發(fā)展，以前的課程教學(xué)內(nèi)容過(guò)分學(xué)科化、專門化、結(jié)構(gòu)化，割裂了學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性和綜合性。STEM教育模式正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。因此，教師應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，拋開(kāi)原有的觀念，銳意進(jìn)取，大膽創(chuàng)新，以學(xué)生為課堂中心，充分發(fā)揮STEM教育的優(yōu)勢(shì)，讓所有的初中化學(xué)課堂變得有趣豐富、多元融合，充滿實(shí)踐性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生有能力將課堂所學(xué)回歸現(xiàn)實(shí)生活。但愿在STEM教育理念下茁壯成長(zhǎng)的孩子將來(lái)也能將所學(xué)回饋于世間萬(wàn)物，創(chuàng)造更美好的社會(huì)。[3]

參考文獻(xiàn)：

[1]劉小琴.STEM教育在初中物理電路部分教學(xué)中的實(shí)踐研究[D].南充：西華師范大學(xué)，2018.

[2]董靜.STEM教育在初中物理電路部分教學(xué)中的實(shí)踐研究[J].湖南中學(xué)物理，2018（11）：20-21.

[3]朱圣華.基于STEM教育視野下的初中化學(xué)教學(xué)模式探析[J].新智慧，2019（32）.