基于STEAM理念下的科学实验创新

陈佳清

摘要：STEAM教育理念最早是美国政府提出的教育倡议，为加强美国K12关于科学、技术、工程、艺术以及数学的教育。鼓励孩子在科学、技术、工程和数学领域的发展和提高，培养孩子的综合素养，从而提升其全球竞争力。[1]当下国内的科學教育正在经受着STEAM理念的冲击，本文将以“测定氧气在空气中的体积比”装置改进为例，介绍渗透STEAM理念的科学课程。

关键词：STEAM；空气的成分装置改进

STEAM是全球化的科学教育理念，更是有效实施科学探究的指导思想。教育部制定的初中科学课程标准中也明确提出“科学探究是科学的本质特征，具有重要的教育价值，体现科学探究的精神，是教育面向未来的必然要求。[2]”在初中科学教学中，有很多教师演示实验或学生实验，那么如何在这些实验中渗透STEAM理念呢？笔者以华师大版初中科学七年级下册“测定氧气在空气中的体积比”为例，谈谈自己的一些做法，仅供参考。

一、融合科学、技术、工程，找到实验器材处理的切入点

在设计课堂实验时，基于大部分学生在小学科学中已经学过空气中氧气的体积分数为21%这一学情，故将教材中探究空气中氧气的含量改成验证空气中氧气的含量。同时给学生提供必要的“技术”支持——提供针筒、橡胶管、玻璃弯管、电钻等仪器，结合审美要求、呈现数理分析，引导学生对教材中的装置进行改装（图1），找到新的探究点。

在“测定氧气在空气中的体积分数”的实验前，引导学生要验证空气中氧气的体积分数，氧气不可能单独从空气中抽出（图2），只能设法将其除去。由于教材直接呈现红磷燃烧实验装置，所以在教学中我们经常忽略了这个问题，或许这个问题才是学生探究空气中氧气体积分数的起点。

二、围绕科学、数学分析，发现新的探究问题

在选择实验药品时，教师展示相关药品燃烧的文字表达式及其反应物与生成物状态的资料，学生针对药品需要满足的条件进行思考，从而选取合适的实验药品——既要满足在空气中能和氧气发生反应，又不能产生新的气体的要求。

在红磷燃烧结束后，实验现象表明进入集气瓶中的水的体积少于其容积的1/5，没有出现预期的结果。针对该实验现象，教师围绕STEAM理念，引导学生思考可能使实验结果出现偏差的原因，进而归纳出装置不能漏气、红磷应过量、点燃红磷要立即伸入集气瓶中并塞紧塞子、待装置冷却后打开弹簧夹等是取得实验成功的关键。同时，学生能够深刻认识到装置气密性好坏对实验成功与否至关重要。

发现新的问题，剩余气体成分是什么？学生建立假设：（1）剩余气体还有很多氧气；（2）剩余气体是二氧化碳；（3）剩余气体是氮气。教师提供蜡烛、火柴、澄清石灰水等实验材料，学生根据已学知识和生活经验，设计实验方案：利用“红磷燃烧实验改进装置”左边的针筒抽取集气瓶内剩余的气体，一部分气体缓缓地推向燃烧的蜡烛火焰周围，观察蜡烛燃烧情况；另一部分气体注入澄清石灰水中，观察澄清石灰水是否变浑浊。通过实验现象及现有知识得出结论：剩余气体大部分是氮气。

三、深化探究性学习，渗透STEAM教育

初中科学课标中提到“了解科学技术在日常生活和生产、社会中的应用，了解科学发现带来的重大的技术发明及其产生的社会影响，初步认识科学和技术的社会功能”[2]。为了有效落实STEAM理念，在学习空气的成分及其用途等知识后，给每个实验小组准备袋装薯片、针筒、蜡烛、火柴、澄清石灰水，探究包装中的气体成分。在之前一系列实验的基础上，学生比较容易建立假设，并且验证假设：先抽取一针筒包装袋内的气体，罩在蜡烛上，观察是否熄灭；再抽取一针筒包装袋内的气体，通到澄清石灰水中，观察是否变浑浊。最终的出结论包装袋内的气体是氮气。

在初中科学实验中，并不缺乏STEAM元素，这就要求科学老师立足学情，帮助学生开辟一条自主探究合作式学习道路，促使学生在观察、分析、操作、尝试、交流合作等过程中，体会合作学习的快乐，提高解决实际问题的能力。

参考文献：

[1]华东师范大学.2015.开放教育研究.上海.数字化时代的STEAM教育.杨晓哲，任友群

[2]中华人名共和国教育部制定.2011.初中科学课程标准.北京：北京师范大学出版社，6～12

[3]南京师范大学.2014.理论与争鸣.南京.美国STEAM教育变革中“变革方程”的作用及其启示，钟柏昌，张丽芳