STEM教育理念下初中化学项目学习的区本课程设计的研究
朱韶红 王东
摘要：项目学习是STEM教育理念所倡导的一种学习方式。作者在区域化实践的基础上，对“初中化学项目学习”的区本课程设计进行整体研究，在课程目标设计、课程内容设计、课程开发路径设计等方面作出探讨。
关键词：STEM教育；项目学习；初中化学；课程设计
文章编号：1008-0546（2018）11-0023-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.007
一、问题的提出
美国著名科学家布里思罗说“化学已成为一门中心的、实用的、创造性的科学 [1]。”高中化学课标指出“化学不仅与人类的衣食住行密切相关，而且已发展成为生命科学、材料科学、能源科学、环境科学、信息科学、纳米技术和工程技术科学的重要基础，成为推动科学技术进步和现代社会文明的重要力量 [2]。” 基于此，在初中化学的教学实践中，引入STEM教育理念下的项目学习，则尤显必要。在“初中化学项目学习”区域化实践的基础上，如何课程化，并在理论层面进行整体设计，将是本文所要探讨的问题。
二、问题的分析
1.核心概念
STEM教育20世纪80年代兴起于美国。STEM教育是通过基于问题学习、基于项目学习、基于工程设计等方式将科学、技术、工程和数学四门学科融合的教育。整合性是STEM的最突出特征和要求。STEM教育的本质是在众多孤立的学科中建立一个新的桥梁来为学生提供整体认识世界的机会，通过使这四种学科整合到一种教学范例中，把学生学习的零碎知识变成一个互相联系的统一整体的过程，这样就消除了这四门学科中传统的学习障碍，是一种跨学科的学习方法 [3]。
“项目学习”来源于英文Project-based Learning，简称PBL。指的是以完成“项目作品”为形式，将知识和技能的学习融于解决真实情境和复杂问题过程的一种新型教学模式 [4]。
STEM教育理念下的初中化学项目学习，指的是在初中化学的学习过程中，教师选择与学生“生活知识或概念”相接近的内容，创设真实的情景，通过科学探究等学习的组织形式，用最简捷、最适合学生实際、学生喜闻乐见的方式给他们提供有价值的主题、明确的标准、适当的解释条件，学生整合运用其他科学学科（物理、生物）的知识、数学学科的知识，借助现代教育技术手段，通过思考和自主建构获得新知识、亲身体验化学知识形成和建构化学知识网络的一种新的学习方式。
2.课程愿景
本课程旨在通过STEM教育理念下初中化学项目学习的实践研究，帮助学生正确理解化学这门学科，提高初中学生对化学知识理解的程度，帮助学生形成新的价值判断，提高学生在新的情境下解决问题的能力，更加科学地揭示化学知识的社会意义。旨在关注学生学习方式的转变，促成学生学习力的提高，注重重组、用好教学资源，强调教学范式的转变，成为理解性课堂、建构性课堂、反思性课堂和探究性课堂，这将有助于学生自我建构学科核心知识、掌握解决问题的思路和方法，有助于学生科学精神和创新能力等核心素养的形成和发展。
将项目思想引入基础教育课堂，对于提高学生的协作沟通能力、批判性思维能力、问题解决能力等都将会有十分重要的作用。初中化学学科进行项目化学习的重点不是重新定位化学课程，而是重新定位学生的教育和教学，改变目前“教教材”的现状。学生通过学习相关课程的核心知识，并且应用这些学科知识解决化学学科中的真实问题，学生和教师全身心参与，真正进行“具身学习”，共同探求问题的本质，寻找解决路径，帮助学生厘清问题解决过程中的思路，从而提升其思维能力，这也与我国古代儒家思想不谋而合，如荀子在《劝学》中强调：“君子之学也，入乎耳，箸乎心，布乎四体，形于动静。”
三、STEM教育理念下初中化学项目学习的区本课程设计思路
1.课程目标设计
本课程将根据本区域内生态、经济、文化发展特征以及学生的生活经验和知识基础，参考国内外项目学习的研究成果，以义务教育阶段初中化学学科教学实践为研究对象，关注学科课程与STEM课程之间的关系，化学学科与项目学习、初中学生与项目学习、教师与项目学习的关系，寻找在初中化学学习过程中，实施项目学习的具体的教学组织形式、教学设计内容、适合进行项目学习的教材和非教材的内容，建立项目学习实践模板，为项目学习在初中化学学科教学中的应用进行探索。
2.课程内容设计
课程以学生自主学习能力的培养为核心，力求深化初中化学课堂的教学改革，通过不同形式的课堂教学组织，促使学生主动参与学习活动，在掌握化学知识的同时，将化学学科内涵、化学学科思想、化学学科观念等内化成提升自身学习能力的利器，在教学实践中不断探索、改进、解决教学中存在的实际问题。
主要分以下几块内容：
（1）STEM教育理念下初中化学证据推理的项目学习研究。
（2）STEM教育理念下初中化学模型认知的项目学习研究。
（3）STEM教育理念下初中化学学科社会价值的项目学习研究。
（4）STEM教育理念下初中化学新授课中进行项目学习的实践研究。
（5）STEM教育理念下初中化学复习课中进行项目学习的实践研究。
（6）STEM教育理念下的初中化学项目学习活动评价量表研究。
3.课程开发路径设计
第一步：理论研究。通过组织区内骨干教师学习“STEM教育”、“项目学习”理论，梳理STEM教育理念，了解当前STEM教育的方式；通过调查问卷、师生访谈等形式有效测查我区初中阶段STEM教育的发展情况和教学中学生主动学习缺失的现状，为本课程提供较为系统的理论支撑。
第二步：实践研究。主要包括对初中化学的学习内容、学习目标、模块差异、难度分析等各个方面的研究。在具体的教学实践中探索项目学习的设计规律，改进教学方法，调整教学策略，解决教学中的实际问题，培养学生运用学科综合思想解决问题的能力，从而提高学生的创造性思维能力。
第三步：实践总结。通过对已有教学实践的研究，寻找适合本区大多数初中校的、包含“STEM教育、项目学习”元素的化学学科课程，提升初中学生的化学学科核心素养，有效促进初中化学教学中学生主动学习的形成和发展，建构初中化学项目学习的教学范式。总结研究取得的成果，总结开展项目学习中存在的困难、研究中存在的不足之处以及对后续的研究思考。
第四步：整体提升。基于上述实践，初步设计出一套符合本区生源的初中化学学科开展项目学习的基本流程，并深入探索适合初中化学进行项目学习的活动设计，期待通过项目式学习活动培养学生解决实际问题的能力，培养符合时代发展需要的高端人才。
四、STEM教育理念下初中化学项目学习的区本课程设计样例
中考专题复习“物质的分离和提纯”项目式学习课例
Step1：呈现数据，引入主题
师：我们的世界正在发生着日新月异的变化，这其中离不开化学学科的贡献。请同学们看一组美国化学学会的统计数据（表1）。
师：在科学家的努力下，物质以几何级数的速率在增长。而在物质制备的过程中，都会涉及到“分离和提纯”的问题，今天我们项目式学习的主题就是“物质的分离和提纯”。
Step2：图形表征，梳理方法
师：混合物分离和提纯有物理方法和化学方法。初中阶段的物理方法主要有过滤、蒸发、结晶等。图1是它们在流程图中的表征形式。请思考：（1）沉淀C和溶液D如何分离？（2）沉淀C表面会有残留液，如何进一步提纯？（3）溶液D又如何得到晶体D？
生1：固体C和溶液D分离应该用过滤。
生2：沉淀C还需要经历洗涤、干燥，才能变为纯净干燥的固体。
生3：溶液D要变为晶体，可用蒸发操作。
师：用蒸发，说明D的溶解度受温度影响不大，那么如果D的溶解度随温度降低而减小，又如何提纯呢？
生：蒸发浓缩、降温结晶、过滤、干燥。
Step3：交流评价，归纳原则
师：利用化学方法除杂提纯时，要注意两个原则。我们来看几组除杂方案（表2），请同学们评价是否适宜。
生1：A方案铁虽然能和硝酸银反应，但会生成硝酸亚铁，引入新杂质。
生2：B方案硫酸钾溶液过量，会有剩余，引入新杂质。
生3：C方案氢氧化钠溶液除掉杂质HCl的同时也能吸收有用物质CO2。
生4：D方案中泥沙不溶，氯化钠可溶，利用“溶解、过滤、蒸发”则可除去泥沙，得到氯化钠。
师：除杂原则：（1）不能“玉石俱焚”；（2）不能“前门驱虎，后门进狼”。
Step4：项目设计，提升能力
师：氯化钠是我们生活中常见的物质，如氯化钠中分别混有碳酸钠、氢氧化钠、硫酸钠，该如何除杂呢？用化学方程式表示。
生：板演化学方程式
师：从离子角度分析酸碱盐的除杂更简便有效，因此同学们必须熟练掌握常见离子的反应配对（图2）。
生：讨论，在学案上补充其他离子，完善图2。
师：通过海水晾晒可得粗盐，粗盐除NaCl外，还含有MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等杂质，请同学设计方案，提纯粗盐，得到氯化钠。
生：小组合作学习，讨论交流后，设计出图3项目方案。
师：我们在设计物质分离提纯的方案时，通常应考虑原理、操作步骤、试剂用量等内容，这个过程中同学们一定要结合提纯物和杂质的性质差异进行整体性设计。
五、结束语
本课程拟在STEM教育理念引導下，让学生在“解决问题”的过程学会学习。教师可以提供给学生的是一些恰当的“新问题”。这种学习活动中教师可以提供给学生熟悉的生活生产中的教学资源，帮助学生用已有的化学知识解决真实问题；通过激发学生深入思考、质疑、批判，培养他们的证据推理意识和批判性思维能力，最终提高学生的科学素养，真正掌握化学学科核心知识，在不断的“解决问题”中学会学习。
本课程旨在通过教师的行动研究达到改进中学化学课堂中学习方式改变之目的，让学生体会化学学科的持久性价值；帮助学生在化学学习中体验、领悟和形成一定的经验，以期对学生未来的学习产生广泛的迁移意义；在课程核心思想的引领下，更大程度地创设有利于激发学生的学习潜能、自信心和创造力的化学课堂。
参考文献
[1] R.步里斯罗[美]. 化学的今天和明天[M].北京：科学出版社，2001：1
[2] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017：57
[3] 肖敏，吴晓红.基于美国K-12阶段STEM理念的教学设计——以“‘设计一座硫酸厂”为例[J].化学教学，2016（2）：44-48
[4] 王萍.基于《教师教育课程标准》视域下的项目学习探究[J].中国教师，2012（15）：48-50
摘要：项目学习是STEM教育理念所倡导的一种学习方式。作者在区域化实践的基础上，对“初中化学项目学习”的区本课程设计进行整体研究，在课程目标设计、课程内容设计、课程开发路径设计等方面作出探讨。
关键词：STEM教育；项目学习；初中化学；课程设计
文章编号：1008-0546（2018）11-0023-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.007
一、问题的提出
美国著名科学家布里思罗说“化学已成为一门中心的、实用的、创造性的科学 [1]。”高中化学课标指出“化学不仅与人类的衣食住行密切相关，而且已发展成为生命科学、材料科学、能源科学、环境科学、信息科学、纳米技术和工程技术科学的重要基础，成为推动科学技术进步和现代社会文明的重要力量 [2]。” 基于此，在初中化学的教学实践中，引入STEM教育理念下的项目学习，则尤显必要。在“初中化学项目学习”区域化实践的基础上，如何课程化，并在理论层面进行整体设计，将是本文所要探讨的问题。
二、问题的分析
1.核心概念
STEM教育20世纪80年代兴起于美国。STEM教育是通过基于问题学习、基于项目学习、基于工程设计等方式将科学、技术、工程和数学四门学科融合的教育。整合性是STEM的最突出特征和要求。STEM教育的本质是在众多孤立的学科中建立一个新的桥梁来为学生提供整体认识世界的机会，通过使这四种学科整合到一种教学范例中，把学生学习的零碎知识变成一个互相联系的统一整体的过程，这样就消除了这四门学科中传统的学习障碍，是一种跨学科的学习方法 [3]。
“项目学习”来源于英文Project-based Learning，简称PBL。指的是以完成“项目作品”为形式，将知识和技能的学习融于解决真实情境和复杂问题过程的一种新型教学模式 [4]。
STEM教育理念下的初中化学项目学习，指的是在初中化学的学习过程中，教师选择与学生“生活知识或概念”相接近的内容，创设真实的情景，通过科学探究等学习的组织形式，用最简捷、最适合学生实際、学生喜闻乐见的方式给他们提供有价值的主题、明确的标准、适当的解释条件，学生整合运用其他科学学科（物理、生物）的知识、数学学科的知识，借助现代教育技术手段，通过思考和自主建构获得新知识、亲身体验化学知识形成和建构化学知识网络的一种新的学习方式。
2.课程愿景
本课程旨在通过STEM教育理念下初中化学项目学习的实践研究，帮助学生正确理解化学这门学科，提高初中学生对化学知识理解的程度，帮助学生形成新的价值判断，提高学生在新的情境下解决问题的能力，更加科学地揭示化学知识的社会意义。旨在关注学生学习方式的转变，促成学生学习力的提高，注重重组、用好教学资源，强调教学范式的转变，成为理解性课堂、建构性课堂、反思性课堂和探究性课堂，这将有助于学生自我建构学科核心知识、掌握解决问题的思路和方法，有助于学生科学精神和创新能力等核心素养的形成和发展。
将项目思想引入基础教育课堂，对于提高学生的协作沟通能力、批判性思维能力、问题解决能力等都将会有十分重要的作用。初中化学学科进行项目化学习的重点不是重新定位化学课程，而是重新定位学生的教育和教学，改变目前“教教材”的现状。学生通过学习相关课程的核心知识，并且应用这些学科知识解决化学学科中的真实问题，学生和教师全身心参与，真正进行“具身学习”，共同探求问题的本质，寻找解决路径，帮助学生厘清问题解决过程中的思路，从而提升其思维能力，这也与我国古代儒家思想不谋而合，如荀子在《劝学》中强调：“君子之学也，入乎耳，箸乎心，布乎四体，形于动静。”
三、STEM教育理念下初中化学项目学习的区本课程设计思路
1.课程目标设计
本课程将根据本区域内生态、经济、文化发展特征以及学生的生活经验和知识基础，参考国内外项目学习的研究成果，以义务教育阶段初中化学学科教学实践为研究对象，关注学科课程与STEM课程之间的关系，化学学科与项目学习、初中学生与项目学习、教师与项目学习的关系，寻找在初中化学学习过程中，实施项目学习的具体的教学组织形式、教学设计内容、适合进行项目学习的教材和非教材的内容，建立项目学习实践模板，为项目学习在初中化学学科教学中的应用进行探索。
2.课程内容设计
课程以学生自主学习能力的培养为核心，力求深化初中化学课堂的教学改革，通过不同形式的课堂教学组织，促使学生主动参与学习活动，在掌握化学知识的同时，将化学学科内涵、化学学科思想、化学学科观念等内化成提升自身学习能力的利器，在教学实践中不断探索、改进、解决教学中存在的实际问题。
主要分以下几块内容：
（1）STEM教育理念下初中化学证据推理的项目学习研究。
（2）STEM教育理念下初中化学模型认知的项目学习研究。
（3）STEM教育理念下初中化学学科社会价值的项目学习研究。
（4）STEM教育理念下初中化学新授课中进行项目学习的实践研究。
（5）STEM教育理念下初中化学复习课中进行项目学习的实践研究。
（6）STEM教育理念下的初中化学项目学习活动评价量表研究。
3.课程开发路径设计
第一步：理论研究。通过组织区内骨干教师学习“STEM教育”、“项目学习”理论，梳理STEM教育理念，了解当前STEM教育的方式；通过调查问卷、师生访谈等形式有效测查我区初中阶段STEM教育的发展情况和教学中学生主动学习缺失的现状，为本课程提供较为系统的理论支撑。
第二步：实践研究。主要包括对初中化学的学习内容、学习目标、模块差异、难度分析等各个方面的研究。在具体的教学实践中探索项目学习的设计规律，改进教学方法，调整教学策略，解决教学中的实际问题，培养学生运用学科综合思想解决问题的能力，从而提高学生的创造性思维能力。
第三步：实践总结。通过对已有教学实践的研究，寻找适合本区大多数初中校的、包含“STEM教育、项目学习”元素的化学学科课程，提升初中学生的化学学科核心素养，有效促进初中化学教学中学生主动学习的形成和发展，建构初中化学项目学习的教学范式。总结研究取得的成果，总结开展项目学习中存在的困难、研究中存在的不足之处以及对后续的研究思考。
第四步：整体提升。基于上述实践，初步设计出一套符合本区生源的初中化学学科开展项目学习的基本流程，并深入探索适合初中化学进行项目学习的活动设计，期待通过项目式学习活动培养学生解决实际问题的能力，培养符合时代发展需要的高端人才。
四、STEM教育理念下初中化学项目学习的区本课程设计样例
中考专题复习“物质的分离和提纯”项目式学习课例
Step1：呈现数据，引入主题
师：我们的世界正在发生着日新月异的变化，这其中离不开化学学科的贡献。请同学们看一组美国化学学会的统计数据（表1）。
师：在科学家的努力下，物质以几何级数的速率在增长。而在物质制备的过程中，都会涉及到“分离和提纯”的问题，今天我们项目式学习的主题就是“物质的分离和提纯”。
Step2：图形表征，梳理方法
师：混合物分离和提纯有物理方法和化学方法。初中阶段的物理方法主要有过滤、蒸发、结晶等。图1是它们在流程图中的表征形式。请思考：（1）沉淀C和溶液D如何分离？（2）沉淀C表面会有残留液，如何进一步提纯？（3）溶液D又如何得到晶体D？
生1：固体C和溶液D分离应该用过滤。
生2：沉淀C还需要经历洗涤、干燥，才能变为纯净干燥的固体。
生3：溶液D要变为晶体，可用蒸发操作。
师：用蒸发，说明D的溶解度受温度影响不大，那么如果D的溶解度随温度降低而减小，又如何提纯呢？
生：蒸发浓缩、降温结晶、过滤、干燥。
Step3：交流评价，归纳原则
师：利用化学方法除杂提纯时，要注意两个原则。我们来看几组除杂方案（表2），请同学们评价是否适宜。
生1：A方案铁虽然能和硝酸银反应，但会生成硝酸亚铁，引入新杂质。
生2：B方案硫酸钾溶液过量，会有剩余，引入新杂质。
生3：C方案氢氧化钠溶液除掉杂质HCl的同时也能吸收有用物质CO2。
生4：D方案中泥沙不溶，氯化钠可溶，利用“溶解、过滤、蒸发”则可除去泥沙，得到氯化钠。
师：除杂原则：（1）不能“玉石俱焚”；（2）不能“前门驱虎，后门进狼”。
Step4：项目设计，提升能力
师：氯化钠是我们生活中常见的物质，如氯化钠中分别混有碳酸钠、氢氧化钠、硫酸钠，该如何除杂呢？用化学方程式表示。
生：板演化学方程式
师：从离子角度分析酸碱盐的除杂更简便有效，因此同学们必须熟练掌握常见离子的反应配对（图2）。
生：讨论，在学案上补充其他离子，完善图2。
师：通过海水晾晒可得粗盐，粗盐除NaCl外，还含有MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等杂质，请同学设计方案，提纯粗盐，得到氯化钠。
生：小组合作学习，讨论交流后，设计出图3项目方案。
师：我们在设计物质分离提纯的方案时，通常应考虑原理、操作步骤、试剂用量等内容，这个过程中同学们一定要结合提纯物和杂质的性质差异进行整体性设计。
五、结束语
本课程拟在STEM教育理念引導下，让学生在“解决问题”的过程学会学习。教师可以提供给学生的是一些恰当的“新问题”。这种学习活动中教师可以提供给学生熟悉的生活生产中的教学资源，帮助学生用已有的化学知识解决真实问题；通过激发学生深入思考、质疑、批判，培养他们的证据推理意识和批判性思维能力，最终提高学生的科学素养，真正掌握化学学科核心知识，在不断的“解决问题”中学会学习。
本课程旨在通过教师的行动研究达到改进中学化学课堂中学习方式改变之目的，让学生体会化学学科的持久性价值；帮助学生在化学学习中体验、领悟和形成一定的经验，以期对学生未来的学习产生广泛的迁移意义；在课程核心思想的引领下，更大程度地创设有利于激发学生的学习潜能、自信心和创造力的化学课堂。
参考文献
[1] R.步里斯罗[美]. 化学的今天和明天[M].北京：科学出版社，2001：1
[2] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017：57
[3] 肖敏，吴晓红.基于美国K-12阶段STEM理念的教学设计——以“‘设计一座硫酸厂”为例[J].化学教学，2016（2）：44-48
[4] 王萍.基于《教师教育课程标准》视域下的项目学习探究[J].中国教师，2012（15）：48-50
