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）