基于STEM的初中化学深度学习研究

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　　摘 要：在我国教育新课程改革的背景下，从知识和技能培养方向转为对学生核心素养的培养，在初中化学课程标准中也要求注重培养学生的科学素养。近年来，STEM教育理念的提出为教育工作者深入研究学科深度学习的提供了新的突破点，将STEM教育融入初中化学课程的教学方法符合当下的社会教育理念。本文通过化学实践教学案例分析，发挥基于STEM的教学设计所能达到的培养目标。
　　关键词：STEM教育理念;初中化学;深度学习
　　
　　STEM教育的提出受到世界各地的广泛热议和支持，它能够将关于理科的基础知识内容整合在一起，进行设计并由最后的工程来实现，STEM教育与化学教学的融合，有效解决了目前在化学教学中存在的一些问题，因此，作为理科中重要学科之一，化学课堂借助STEM教育实现全面的创新和发展，势必会给学生带来不一样的化学学习体验，教师的教学质量和教学效率也得到进一步提升。
　　一、 对于STEM教育和深度学习的基本认识与理解
　　STEM即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）等单词的首字母缩写组合。STEM教育即一种通过整合科学、技术、工程和数学等领域的内容来指引和引导教学与学习的方法和途径，它打破了学科学习的领域界限，有效培养学生跨学科的多元思维能力及科学素养，能够促使学生积极地去应对在实际社会生活中迎来的挑战。STEM教育是由本科教育逐渐向基础教育推进的，近年来，在中学教学设计中开始出现，主要是应用于科学学科。
　　深度学习最早由美国学者者Ference Marton和Roger Saljo在1976年提出，后来陆续有相关研究人员来关注与研究深度学习，并成功将其运用到各学科的教学实践当中。在信息时代下，现代知识经济社会要求学生能够对知识信息有较好的加工能力，并具有解决实际复杂问题的能力，占有高阶思维意识。化学深度学习则是由一个有意义的主题来展开学习活动的，促使学生通过联想和激活、内化和变式、活动和体验、迁移和应用、反思和评价等过程中来切实掌握化学重点知识，能够理解学习过程和学习意义，把握化学学习的内在涵义，从而树立正确的学习观和人生观。
　　基于STEM的化学深度学习研究，注重化学基础知识和实践的充分结合，强化多学科知识内容的整合，提升学生的综合性素养，从而促进学生对学科的深度学习。
　　二、 探究STEM与初中化学相融合的教学模式
　　以STEM教育理念为基础的初中化学教学模式是以学生为中心，教师起到辅助和组织的作用，将整体教学流程分为四个环节：情境创设与引入、知识理解与探究、工程设计与制作、课堂评价与总结。教师在教学流程的不同环节要采取不同的教学方式，例如在知识理解与探究环节，在学生根据所学知识或是查阅相关资料来解决、探究问题时，教师可以向学生提供一定的知识补充和构建，为下一步的工程设计与制作做好基础工作;又如在工程设计与制作环节，学生在方案构想和实践制作时遇到难以解决的问题，并且采用的辅助工具有危险因素，教师则需要指导学生注意仪器使用和操作过程的规范;而在课堂评价与总结环节，教师需要观察并找出学生在实践过程中存在的问题，给予回答和解释，适当评价学生的表现，鼓励学生，最后对该课时作总结。
　　（一） 情境创设与引入
　　新课标改革中课堂情境出现的频率较高，占有重要的地位和作用，创设一定的課堂情境能够激发学生的主观能动性，提高对化学学科的学习兴趣，积极参与到课堂教学中来，教师需要将课堂与外界环境结合起来，进行有意义的建构，在模拟真实的教学情境中开展教学活动。同时，情境的创设还要巧妙融合STEM教学理念，以开辟培养学生综合素养的新途径。
　　（二） 知识理解与探究
　　以问题为导向，促使学生产生探究意识，明确探究方向，以小组的形式展开分析和讨论，教师引导学生自主查询相关材料，并将自身所掌握的化学知识和生活常识联系起来，思考解决问题的办法。STEM教育中含有问题驱动的教学理念，在此过程中，学生的团结协作意识和能力得到提升，同时也训练了学生的思辨能力。教师则要激发学生的学习动力，鼓励学生自主思考探究，尝试表达观点，回答问题。另外学生参考的资料并不局限于化学这一学科，可以运用多种学科知识来深入分析，这将极大地提升学生的跨学科思维能力。
　　（三） 工程设计与制作
　　完成理解与探究后，则开始进行工程设计与制作环节，在制作前需要确定实践方案，有步骤有顺序地展开，保证方案的实际性、创造性，体现个体或社会的各种需求，符合工程设计要求，从而锻炼学生的工程思维和动手能力。制作过程即猜想与方案的检验过程，调动学生的手脑协调能力。这一环节符合STEM教育要求培养学生协作能力、跨学科思考与实践的理念。
　　（四） 课堂评价与总结
　　学生以小组为单位完成作品后开始进行介绍和展示，教师与学生共同对各小组的作品讨论和评价，给予该作品一些可改进的建议，最后教师在评价总结时要给予学生一定的鼓励和表扬，激励其今后继续努力。学生通过课堂评价与总结，增强了科学语言表达能力，取长补短，客观看待自身的优势和不足，形成良好的学习习惯。课堂总结是必不可少的，它能够将化学知识逻辑化，构建一个知识体系，把复杂、量多的知识点整合起来，还可以实现知识的拓展和延伸，促使学生懂得如何将知识运用到实际生活中。
　　三、 基于STEM的初中化学深度学习的教学实践
　　（一） 实践教学案例一——空气的组成
　　本节课选自沪教版《化学》教材九年级上册第二章课题1《由多种物质组成的空气》，主要是介绍空气的组成，区分纯净物与混合物的概念，让学生认识到空气污染的危害，了解预防治理的措施，从而树立学生保护大气环境的意识。
　　1. 情境的创设和引入 　　教师借助多媒体技术来向学生展示空气净化器，并收集反应空气质量指数的信息资料做成图表，以及一些空气污染的视频，学生从空气净化器的介绍中初步认识了空气的成分，图表和视频让学生直观地感受到空气污染对人类健康带来的种种危害。这是通过多媒体来展示STEM教育的情境性。
　　2. 知识理解与探究
　　教师首先向学生提出问题：“空气污染是由于什么物质造成的？那么我们要如何净化空气？”学生联系所学的化学知识和日常生活经验，来分析、讨论、思考这个问题，有的学生认识空气净化器就足以净化空气了，但有的学生持反对意见，认为空气净化器的装置过于简易达不到较好的净化效果，随后教师引导学生进行分组探究活动，在充分认识空气净化器工作原理的基础上，理解各种材料对于相应的污染物所发挥的作用，提出净化空气的措施，教师则需要适当地补充知识。
　　3. 工程设计与制作
　　学生根据讨论结果来设计方案，可以画出示意草图作准备，模拟一个简易的空气净化器，学生认为操作所需的器材有：风筒、风扇、电池、电池盒、马达、导线、火柴、泡沫胶、塑料瓶、滤布、胶带等等，教师为学生提供这些器材，学生以小组为单位分工制作和实验。
　　4. 课堂评价与总结
　　在规定时间内，各组学生共同完成产品制作后，教师进行成果验收，比较评价各组产品的优劣，与学生一起找出实验失败的原因，商讨如何改进手工制作的空气净化器，学生之间也可以交流分享制作心得。在以上步骤完成后，教师开始总结本课内容，并提出实验过程中需要注意的一些安全事项，学生认真聆听，记录重点和不足之处，教师鼓励学生提出促进空气治理的措施，并讲述如何将化学知识应用到实际生活中。
　　（二） 实践教学案例二——二氧化碳的性质
　　本节课选取的是沪教版《化学》教材九年级上册中关于二氧化碳的性质和制备的教学内容。二氧化碳是繼学习了空气、氧气后的第三种具体物质，主要在于凸显该部分内容与实际生活的联系，促进学生的理解和吸收，营造活跃的课堂氛围，激发学生的兴趣，增强自主探究能力。
　　1. 情境的创设与引入
　　教师仍可以以视频的形式来向学生展示灭火气体的简介，观看蜡烛熄灭的过程，学生仔细观察灭火装置中的变化，了解到如果蜡烛熄灭，说明这种气体不支持也不能燃烧，将装满二氧化碳的大烧杯倒扣在水中，发现液面上升，说明二氧化碳溶于水，澄清的石灰水变浑浊说明二氧化碳与氢氧化钙发生了反应，生成了碳酸钙。
　　2. 知识理解与探究
　　教师向学生提问：“这种气体是什么，它有什么性质？”学生经过讨论和思考后发表观点，教师接着将课前备好的蛋壳拿来进行实验，将得到的气体进行检验查看是否有视频中的现象，与学生共同并分析生成这种气体的缘由，将多学科的知识联系起来，进行判断和思考，在小组讨论中获得合作探究的能力以及思辨的能力。
　　3. 工程设计与制作
　　学生根据蛋壳实验原理自主进行探究，通过往烧杯中加入蛋壳和白醋来获得二氧化碳气体，再依次进行检验其性质，小组成员分工协作完成这些实验，将观察到的现象做好记录。学生在实际动手操作中加强了对二氧化碳气体的认识和理解，体现出STEM教育理念的协作性、实践性特征。
　　4. 课堂总结与评价
　　教师对学生的实验过程进行评价和总结，指出学生在实验中需要改进的地方，失败的实验要采用什么样的办法来调整，要求学生注意细节，例如在倒白醋时，不要倒在燃烧的蜡烛上，导致蜡烛熄灭，影响实验结果的正确性。最后教师引领学生回顾二氧化碳的性质和制作过程，加深巩固知识点。
　　综上所述，对于STEM融于初中化学深度学习的研究，能够有效提高学生的团队合作意识和能力，增强语言表达能力以及自主思考的能力。由于教学时间和条件的有限，本研究尚有不足之处，期望在将来通过更多的实践来促进STEM教学理念在初中化学学科的应用。
　　参考文献：
　　[1]陈济平.在初中化学教学中实施STEM教育的研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2018.
　　[2]崔莉莎.基于STEM教育的初中化学教学实践研究[D].内蒙古师范大学，2018.
　　[3]李扬.STEM教育视野下的科学课程构建[D].金华：浙江师范大学，2014.
　　作者简介：
　　陈军，江苏省靖江市，江苏省靖江市滨江学校。
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