STEM理念下开展高中化学实验课的实践研究
陈彩红
[摘? ?要]STEM教育理念与高中化学实验课的融合,围绕化学学科核心素养开展,教学重心从讲授事实转移到使用事实上,将学生学习能力的培养从记忆事实知识转移到理解可迁移的知识上,促进和发展学生的探究应用能力、团队合作能力、解决问题能力和交流表达能力,培养学生的创新意识。
[关键词]STEM;实验课;高中化学
[中图分类号]? ?G633.8? ? ? ? [文献标识码]? ?A? ? ? ? [文章编号]? ?1674-6058(2019)32-0065-02
一、STEM课程理念
STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)各学科首字母的缩写。STEM教育,注重培养学生的探究能力,打破学科领域边界,培养学生的科技理工素养。从STEM到steam(增加了艺术),再到STEAMx(增添更多的学科领域),STEM教育的内涵和外延越来越丰富,它包括了艺术、体育、科学、计算机科学、人文、创造与革新、调查研究、全球沟通协作等二十一世纪所需的知识与技能,逐渐发展为更强的跨学科综合教育。
二、现状分析
高中化学是一门以实验为基础的学科。在化学实验课中,融入STEM课程理念,探索高中化学实验课中的跨学科合作是很有必要的。然而,我国对STEM教育和STEM课程的研究多处于理论阶段,仍存在问题与不足:(1)在国内的相关研究当中,没有形成适用于本土的具有本国特色的STEM课程;(2)STEM课程理念在高中化学实验课中应用的相关研究存在空白;(3)在高中化学实验中融入STEM课程理念需要教师具备相关学科的综合知识与教学技能,教师缺乏相关的培训学习。
三、高中化学实验课与STEM课程理念相融合
传统的化学实验课是教师在课堂上演示实验,学生先观察并记录实验现象,再到实验室操作,注重实验技能的掌握和化学原理的验证。该教学模式重记忆、轻思维,难以培養学生深层次的理解能力和解决实际问题的能力。
STEM课程理念下的高中化学实验课以项目实践为载体,设计可从科学、技术、工程、数学等方面进行的实验,重视跨学科的应用交流,注重培养学生的动手能力及团队合作能力;围绕化学学科核心素养开展实验,教学重心从讲授事实转移到使用事实上,将学生学习能力的培养从记忆事实知识转移到理解可迁移的知识上。
四、STEM课程理念下高中化学实验课案例设计与实施
1.基本流程
提出与分析问题→应用跨学科知识→团队合作→选择与应用适当的技术→探究与设计作品→展示与评价成果。
2.活动实施——以“智力元素碘的提取”为例
(1)教学内容及设计思路
碘是人体生长发育所必需的微量元素,有“智力元素”之称。碘元素的相关物理性质、化学性质及其应用,分别在人教版初中教材和高中必修2的第一章呈现。在人教版、苏教版、鲁教版教材中都编入了“海带中碘元素的分离及检验”或“海带提碘”等必修的探究性实验或选修实验。本地区使用的是人教版教材,人教版化学必修2第四章第一节专题二《海水资源的开发利用》中安排了探究性实验“海带中碘的分离与检验”。该实验教学通常是教师先在课堂上讲授实验原理,再安排学生到实验室做实验;课时有限时,只在课堂上分析实验,再让学生做练习加深记忆。
STEM课程理念下,我们大胆对该实验进行创新,设立“智力元素碘的提取”项目,让学生查找资料,结合已有知识,设计提取的实验方案,根据实验方案实施实验操作并对实验过程进行记录分析,再根据分析结果修改实验方案,最后以讨论或辩论的方式选出最具可行性的实验方案。让学生将实验步骤与创新思维结合起来,可使学生在课堂上保持积极的学习状态。
(2)教学目标分析
(3)小论文的书写及答辩
让学生结合自己的实验设计方案、实验现象、实验亮点、创新做法等内容撰写小论文,并附上实验的照片、原始数据、产品展示。在校内开展答辩,让学生通过PPT,讲述项目实践过程,锻炼学生表达交流和协作的能力。答辩过程全程录像,作为校本课程资源的积累。评选校级一、二、三等奖,选优秀作品参加广州市各类比赛,增强学生自信心。
五、实践研究的反思
1.文献检索能力有待提高
当要求学生查找碘的相关资料时,多数学生只会通过百度搜索,资料有限。建议学生到增城图书馆注册会员,或登录广州市图书馆官网,进行电子阅览与搜索,还可登录“中国知网(CNKI)”检索需要的资料文献。
2.设计方案时缺乏数据精准意识
在查看学生的项目设计方案时,发现学生只是写出实验步骤,画出简单的操作流程图,对实验做定性分析,没能深入转化为定量分析。如在海带的质量、滴加多少滴过氧化氢或高锰酸钾、试剂浓度、灼烧时间、煮沸时间、对比实验等方面没记录精准数据,这对后期的分析会产生较大的障碍。故在修正项目设计方案时,明确提出要列表格,记录精准数据,准确记录实验现象,收集多次实验数据并整理数据,最终得出研究结果。
3.实施实验方案时应有严谨的科学态度
在实施实验方案过程中,多数学生对自己设计的实验方案能够严格执行,眼里透露出对知识的渴望、对实验现象的期待,就像科学家一样以严谨的科学态度在做研究。
4.在活动中培养创新意识和探究精神
当学生看到向过滤后的浅黄色溶液中滴加淀粉溶液后溶液变蓝色时,兴奋极了。这一现象证明从海带中分离出了碘单质。某学生提出:“可否在淀粉与碘的混合液中提取碘单质?”并尝试在淀粉与碘的混合液中用反萃取法提取碘单质,最终成功。还有学生尝试用“强生婴儿油”或食用油代替CCl4做萃取剂,环保意识得到增强。学生在活动中不断成长,培养了创新意识和探究精神。
此外,STEM课程理念下高中化学实验课的开展,可充分利用第二课堂的时间,由学生根据各个项目提出需要解决的问题,设计方案,再根据方案开展实验;在实施方案的过程中仔细观察,记录分析,再次修正设计方案,最后通过辩论选择出最具可行性的方案。实验中难免会出现失败,学生在寻找失败原因的过程中完成对知识的动态掌握,在一个开放、轻松又严谨的氛围中自主探究,在实践中感悟。
(特约编辑 温? ?简)