化学STEM课程及案例分析

方红梅

摘 要：STEM是源于美国的集科学、技术、工程和数学为一体的综合教育，是为打破学科间的界限，通过对学生应用学科素养综合解决问题能力的培养，为社会的建设输送综合性的人才。在中学化学中实施STEM教育理念可以提高学生对化学学习的兴趣，在化学的学习中感受各学科之间的紧密联系。本文以工业生产中的“海水中提取镁”为例，详细阐述中学化学STEM课程中化学与其他学科之间的联系。

关键词：STEM课程;中学化学;海水中提取镁;化学教学;教学案例

STEM是指科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics），强调的是在课堂上巧妙融合四门学科，进而培养学生的学科综合的运用能力。在课程改革后，中学化学教材中的知识越来越贴近生产、生活实际，为STEM理念融进中学化学教学之中提供基础保障。教师在中学化学教学中对学生进行STEM知识的融合，不仅要重视学生对化学知识的掌握，还要注重对学生进行化学学科外知识的了解，既可以开阔学生的知识面，又能最大程度地提高学生运用综合知识解决问题的能力。

一、选取案例依据

镁质轻、耐腐蚀性佳、减震性及耐冲击性强、尺寸安定性高，在交通运输、电子通信、医疗、军工等行业中应用广泛，而镁在海水中的含量仅次于氯和钠，因此开发利用海水这一巨大资源提取镁在生产、生活中都有重大意義。“海水中提取镁”在中学化学教材中居于电解饱和食盐水制取氯气、碘的提取、离子反应、氧化还原反应等基础知识之后，且这一工程中涵盖化学、科学、数学等学科知识，在此工程中进行STEM教育更能培养学生的学科素养。故在本文中以“海水中提取镁”为案例，分析STEM理念在中学化学中的应有。

二、教学设计思路

从科学知识方面讲，本课题以化学知识为主，主要涉及离子的富集、离子反应、电解熔融氯化镁等知识;在镁的提取过程中认识其物理性质、化学性质，以及在实际生产、生活中的应用，进而从课内引入课外，使化学知识由“学术性”转变为“社会性”，教师的教学由“以学科为中心”转变为“以学习为中心”。

从技术工程方面讲，学生要通过已学知识和查阅资料，了解生产石灰乳的工厂所具备的条件，如技术先进、符合“绿色化学”、能最大程度地利用流程中的副产品;“海水中提取镁”涉及多种工艺流程，如煅烧、沉降、过滤、电解熔融等。教师在教学过程中引导学生设计工艺流程，在小组讨论和相互交流中精化工艺流程，对自己设计的工艺流程进行必要的改进，培养学生的探索精神。

从数学知识方面讲，在整个教学流程中，数学作为辅助工具与化学知识相整合，如图表的设计、镁的提取率的计算，不仅培养了学生的数学素养，还提高了学生对数据的对比、分析能力，增强学生知识的运用能力。

三、教学流程

【创设STEM情境】使用PPT展示镁及其合金在实际生产、生活中的应用，引导学生总结镁的物理性质;以图表的形式展示给学生海水中各元素的含量，以及全国各地对镁及其合金的用量，进而让学生认识到制取镁的重要意义，使学生从课程之初就意识到STEM理念在课程中的应用。

【提出问题】从刚才的PPT展示中，我们已经了解到全国各地对镁及其合金的需求量是很大的，我们已经学习过电解饱和食盐水制取氯气、碘的提取、离子反应、氧化还原反应等知识，那么问题来了：如果你是一位企业家，由于海水量巨大，你从众多海水中资源的开发项目中选择了“海水中提取镁”这一项目，你会如何设计“海水中提取镁”的工艺流程？

【工艺流程初探】依据教师提供的氯化镁的熔点低、海边贝壳的主要成分等信息，引导学生自主完成“海水中提取镁”的工艺流程设计，画出流程图，以小组的形式呈现给全班学生，并说明小组在设计流程图中所遇到的问题。

【疑难解答】首先对学生所做的流程图加以赞赏，然后针对学生在设计流程图中的疑问及涉及的知识点进行讲解，鼓励学生对自己设计的流程图进行改进。如学生普遍反映无法快速有效的提取海水中镁，我们便可以利用前几节学到的元素的富集方法来展开，进而使学生对所学知识更加巩固。

【工艺流程再探】通过教师对疑难问题的解答和对化学知识的讲解，对所画的流程图进行改进，确定最终的工艺流程方案。此过程为学生应用综合知识解决问题的过程，符合STEM教育中对学生工程素质的培养。

【交流评价】小组之间相互展示设计成果，每组推荐一人向全班同学介绍本组设计流程的原理和思路，以及对厂址的选择方向，并回答其他同学所提出的问题。此阶段为学生综合能力的展示阶段，学生在其中可以提高自觉的环境意识、责任意识等，为STEM教育理念的应用阶段。

以上仅为STEM教育理念在中学化学教学中应用的一个小的案例，在中学化学的教学过程中，教师要多多尝试开发相关案例。为保证此理念的实际意义，教师在中学化学教学中要转变传统的教育理念、开发关于STEM领域的校本课程及教材，并为学生提供课外STEM实践机会。目前，在我国STEM在课堂中的应用尚处于尝试阶段，需要我们同仁再接再厉，探索将STEM理念融进中学化学教育之中的有效措施。

参考文献

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