基于STEM教育理念的“乙醇”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

張志妍 王秀艷

摘 ? 要：以STEM教育為基礎(chǔ)，建構(gòu)基于STEM教育理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式。以“探究生活中的乙醇”為項(xiàng)目任務(wù)，從“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-應(yīng)用”三個層面設(shè)置驅(qū)動問題，以“推斷乙醇的結(jié)構(gòu)”“探究乙醇的轉(zhuǎn)化”“揭秘酒駕的原理”為驅(qū)動任務(wù)，針對乙醇催化氧化的實(shí)驗(yàn)不足之處進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)造性地使用“項(xiàng)目通行證”作為評價(jià)學(xué)生各階段學(xué)習(xí)情況的工具，從S、T、E、M四個層面評價(jià)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展水平，對中學(xué)化學(xué)教學(xué)有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；STEM教育理念；乙醇實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；項(xiàng)目通行證

1 ?問題的提出

新課程改革提出在普通高中探索開展科學(xué)創(chuàng)新與技術(shù)實(shí)踐的跨學(xué)科探究活動，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，這正是STEM教育的核心理念。STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的跨學(xué)科融合，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)[ 1 ]。同時，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版 2020年修訂）》中指出：依據(jù)社會情境中與化學(xué)相關(guān)的真實(shí)問題，探索基于學(xué)科的課程綜合化教學(xué)，開展研究型、項(xiàng)目化、合作式學(xué)習(xí)[ 2 ]。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)注重知識的綜合應(yīng)用，讓學(xué)生在收獲知識和技能的同時獲得核心素養(yǎng)的提升。

普通高中化學(xué)課程是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)、提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體，對科學(xué)文化的傳承和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)具有不可替代的作用。STEM教育理念本身的情境性、關(guān)聯(lián)性、驅(qū)動性、主體性、多元性和發(fā)展性等特點(diǎn)與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)具有高度契合性，因此在化學(xué)課堂中進(jìn)行STEM教育與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的深度融合，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中落實(shí)立德樹人任務(wù)、提升學(xué)生核心素養(yǎng)是切實(shí)可行的。

在化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)占有至關(guān)重要的地位，對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力、邏輯思維能力及綜合素質(zhì)的發(fā)展具有不可替代的作用。乙醇作為醇類代表物質(zhì)，與選擇性必修有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)模塊有著密切聯(lián)系。以典型代表物乙醇的具體反應(yīng)為載體，通過乙醇不同條件下的氧化反應(yīng)，分析乙醇中官能團(tuán)和化學(xué)鍵，預(yù)測可能的斷鍵部位與相應(yīng)的反應(yīng)，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)醇類物質(zhì)的性質(zhì)。然而，教材中的乙醇催化氧化實(shí)驗(yàn)存在兩點(diǎn)不足之處：僅憑氣味判斷乙醇氧化的產(chǎn)物乙醛；有毒的乙醛直接排放到空氣中。本文以化學(xué)實(shí)驗(yàn)科學(xué)性、安全性、綠色化的原則為出發(fā)點(diǎn)，學(xué)生采用希夫試劑與酸性高錳酸鉀等藥品對乙醇催化氧化的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，在掌握知識與實(shí)驗(yàn)技能的同時，兼顧創(chuàng)新意識與科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

2 ?教學(xué)范例

2.1 ?教學(xué)模式建構(gòu)

本文建構(gòu)了基于STEM教育理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式，如圖1所示，以“探究生活中的乙醇”為項(xiàng)目任務(wù)，以中國的酒文化入項(xiàng)，從“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-應(yīng)用”三個層面設(shè)置驅(qū)動問題，以“推斷乙醇的結(jié)構(gòu)”“探究乙醇的轉(zhuǎn)化”“揭秘酒駕的原理”為驅(qū)動任務(wù)，以學(xué)生為主體，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的探究活動，以“項(xiàng)目通行證”的形式評價(jià)學(xué)生各階段的學(xué)習(xí)情況，最后以多種成果展示學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生充分領(lǐng)會化學(xué)學(xué)科的價(jià)值，同時培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

2.2 ?教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：以酒文化入項(xiàng)

酒在中國的傳統(tǒng)文化中有其獨(dú)特的地位。教師提問學(xué)生能想到哪些關(guān)于酒的詩句，以及酒在日常生活中的用途。教師設(shè)置問題版通行證，如圖2所示。學(xué)生能夠從顏色、狀態(tài)、氣味等方面歸納出乙醇的物理性質(zhì)。

【設(shè)計(jì)意圖】 教師介紹中國酒文化，激發(fā)學(xué)生興趣與體驗(yàn)感，學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的課堂參與廣度，培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)的能力。教師依據(jù)問題版通行證評估學(xué)生對乙醇知識的熟悉情況。

環(huán)節(jié)二：推斷乙醇的結(jié)構(gòu)

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)乙醇的分子式推測可能的結(jié)構(gòu)式，遵循C、H、O元素的成鍵規(guī)則，搭建符合的球棍模型；通過Na與水反應(yīng)生成氫氣，并且Na要保存在煤油（烷烴混合物）中的事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)鍵的斷裂或活潑性角度考慮，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想，得到乙醇的結(jié)構(gòu)式；同時引導(dǎo)學(xué)生寫出乙醇與鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式，分析乙醇與乙烷二者的結(jié)構(gòu)區(qū)別，明確結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，進(jìn)而講解乙醇中的官能團(tuán)羥基，它的存在決定乙醇具有區(qū)別于乙烷的化學(xué)性質(zhì)，即幫助學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念。

【設(shè)計(jì)意圖】 科學(xué)（S）、數(shù)學(xué)（M）：從假設(shè)乙醇結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過推理、演示、實(shí)驗(yàn)證明等科學(xué)探究過程，定量分析乙醇與產(chǎn)生氫氣的關(guān)系，啟發(fā)學(xué)生關(guān)注物質(zhì)結(jié)構(gòu)，從分類角度認(rèn)識有機(jī)物官能團(tuán)，在進(jìn)行科學(xué)探究的同時提高學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三：探究乙醇的轉(zhuǎn)化

根據(jù)生活常識，學(xué)生知道乙醇具有可燃性、能夠發(fā)生氧化反應(yīng)，請同學(xué)書寫乙醇燃燒的化學(xué)方程式，根據(jù)性質(zhì)思考乙醇的用途和優(yōu)勢。學(xué)生查閱資料交流乙醇在人體內(nèi)的代謝過程（圖3），分析飲酒后出現(xiàn)不良反應(yīng)的原因。

由于時間有限，師生觀看乙醇的催化氧化試驗(yàn)的視頻，思考實(shí)驗(yàn)不足之處。學(xué)生查閱文獻(xiàn)，了解若干種改進(jìn)方法，綜合分析后得到表1實(shí)驗(yàn)方案[ 3 ]。

教師提供實(shí)驗(yàn)所需儀器和藥品，組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，并以化學(xué)方程式表征乙醇的氧化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)一些問題，經(jīng)過討論交流后，再次進(jìn)行改進(jìn)，得到實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案2（表2）。

【設(shè)計(jì)意圖】 科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）、數(shù)學(xué)（M）：通過模擬乙醇在人體中的代謝過程，學(xué)生分組進(jìn)行改進(jìn)乙醇的催化氧化實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識不同條件下乙醇的氧化反應(yīng)及有機(jī)物轉(zhuǎn)化的規(guī)律，能夠從宏觀、微觀及化學(xué)方程式三重表征乙醇的催化氧化反應(yīng)，構(gòu)建有機(jī)物的認(rèn)知模型，發(fā)展“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)四：揭秘酒駕的原理

通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生知道乙醇在不同條件下能發(fā)生氧化反應(yīng)，教師展示早期交警檢查酒后駕車的圖片，提出疑問：乙醇的氧化反應(yīng)與酒精檢測有什么關(guān)系？教師設(shè)置簡易版通行證（圖6），學(xué)生寫出自己的問題或收獲，具有較大的個人發(fā)揮空間。

【設(shè)計(jì)意圖】 通過了解酒后駕車的危害、酒駕檢測原理和處理辦法等途徑，學(xué)生加深對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”核心觀念的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生的法制意識和社會責(zé)任感。通過了解乙醇的應(yīng)用，學(xué)生理解乙醇的正反作用，培養(yǎng)辯證思維。

環(huán)節(jié)五：出項(xiàng)

教師設(shè)置反思版通行證（圖7），學(xué)生根據(jù)個人能力及興趣，完成分層項(xiàng)目成果：

（1） 形成完整的乙醇催化氧化實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案；

（2） 利用酵母、糖氣球等常見物質(zhì)制作簡易的酒精檢測裝置，在家庭、社區(qū)中進(jìn)行應(yīng)用。

【設(shè)計(jì)意圖】 科學(xué)（S）、工程（E）：通過對乙醇結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用之間關(guān)系的分析，學(xué)生能夠準(zhǔn)確運(yùn)用所學(xué)知識解釋酒駕的檢測原理，形成實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案、自制酒精檢測儀等項(xiàng)目成果，建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”的化學(xué)觀念，并在生活中應(yīng)用這種觀念，發(fā)展“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”素養(yǎng)。

3 ?教學(xué)反思

3.1 ?全程評價(jià)學(xué)習(xí)過程

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的每個節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該伴隨學(xué)習(xí)過程的評價(jià)與反思。教師以“項(xiàng)目通行證”作為評價(jià)工具：在“酒文化入項(xiàng)”時，教師設(shè)置問題版通行證，把握學(xué)生對乙醇前概念的掌握情況。在“探究乙醇的轉(zhuǎn)化”環(huán)節(jié)，教師設(shè)置問題版通行證，評價(jià)小組內(nèi)成員的分工合作表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)問題并及時進(jìn)行干預(yù)指導(dǎo)。在“揭秘酒駕的原理”時設(shè)置簡易版通行證，學(xué)生從不同維度寫出自己的觀點(diǎn)，以辯證的思維看待乙醇。在“出項(xiàng)”環(huán)節(jié)設(shè)置反思版通行證，學(xué)生反思項(xiàng)目中的收獲與不足，為今后的項(xiàng)目總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。在各節(jié)點(diǎn)上交“通行證”，學(xué)生才能進(jìn)入下一步學(xué)習(xí)?！绊?xiàng)目通行證”作為教師了解學(xué)情、過程評價(jià)以及調(diào)整教學(xué)的工具，不僅能夠即時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，而且對于評估學(xué)生思維和素養(yǎng)發(fā)展具有重要意義。

3.2 ?完成素養(yǎng)發(fā)展任務(wù)

本項(xiàng)目以“探究生活中的乙醇”為主題，逐步開展“推斷乙醇的結(jié)構(gòu)”“探究乙醇的轉(zhuǎn)化”“揭秘酒駕的原理”等活動過程，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)醇類知識的興趣，使學(xué)生能夠根據(jù)官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，解釋和預(yù)測有機(jī)化合物的性質(zhì)，在解決項(xiàng)目問題的同時，實(shí)現(xiàn)了知識到素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題，并根據(jù)現(xiàn)象做出判斷，采取合理的解決方法。在這個過程中，不僅提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，也培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是、科學(xué)探究的精神，實(shí)現(xiàn)不同層面的素養(yǎng)全面發(fā)展，起到了事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)：

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