STEM理念在中学化学特色课程中的实施与思考

邝燕妮

【摘 要】用“猪油的华丽转身”的教学案例具体说明STEM理念在中学化学特色课程中的实施，为STEM理念在课程中的实施提供参考和建议。

【关键词】STEM；化学；特色课程

【中图分类号】G423.06 【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2019）10-0262-02

一、STEM理念

STEM理念起源于美国，它为越来越多人所知，是一种跨学科的学习理念，是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）和Mathematicss（数学）的简称，目的在于培养综合素养高的科学家、技术人员、工程师、数学家和综合素养能力强的公民，这种提法与我国新课程的改革目标是不谋而合的。《2017中国STEM教育白皮书》发布，國家已明确把STEM教育纳入国家战略发展政策，由此可见STEM教育实施的重要性。在运用STEM理念的教学过程中，提倡学生在做中学，因此学生的学习方式从被动接受转化为主动获取，在课程学习中尝试小组合作交流、设计探究并解决问题，从而获得多学科的综合知识和综合素养（包括科学、技术、工程和数学素养）的提升，这对教学提出了更高要求。

二、STEM与化学特色课程

STEM的教学原则是解决实际生活中有意义的问题。我校化学特色课程是一门“生活化的课堂”，是一门内容很丰富的综合实践课程，上课的很多素材都来源于生活，科学探究性强，而且保证每一周都有两节课的时间上课，不用受课时紧张和考试压力的限制，这些都为STEM理念的实施提供了很好的土壤和空间，同时可以提升学生学习化学的兴趣和满足学生多样化的需求。下面以笔者在化学特色课程中实施的“猪油的华丽转身”为例加以说明，提供一些参考和建议。

三、“猪油的华丽转身”教学案例与分析

本文选取人教版选修五第四章第一节“油脂的性质”这一内容，教学案例是与该部分内容相关的延伸知识，课题为“猪油的华丽转身”，原理是利用油脂的皂化反应制造肥皂，并对肥皂进一步加工，最后制造出各种精美形状的手工皂。

针对“猪油的华丽转身”的活动内容，设计了以下的教学过程：

开题、确定研究目的，收集资料（科学）→整合资料、形成初步实验方案（科学）→确定实验方案，进行实验探究（技术、工程、数学）→合作交流与评价→优化实验方案，再进行实验探究（技术、工程、数学）→汇报成果和心得体会

在实践过程中，需要融汇科学、技术、工程、数学等方面的知识，主要以小组合作交流的形式完成教师安排的任务，教师主要起引导者的角色。

1.开题，确定研究目的，教师提出任务，学生收集相关资料。

【教师】这是猪油和几块手工皂，同学们知道它们之间有什么联系吗？

【学生】难道从猪油可以制造出手工皂？

【教师】没错！猪油是油脂的一种，通过油脂在碱性条件下的水解反应可以制造出肥皂，反应原理如下：

〖XC40.JPG；%30%30〗

用制出的肥皂经过加工，便制造出精美的手工皂了。请同学们根据老师提供的信息，确定这个项目的目标，收集资料，形成制作的初步方案。

【学生】分组交流，讨论，确定任务目标，收集资料。

【设计意图】把该研究活动当做一个工程活动，工程（Engineering）活动是一个项目活动，有明确目标，让学生明确本项目的目标，才能更好地进行设计，研究。

2.开发形成初步实验方案。

各小组经过讨论，汇报实验方案，如何从猪油中得到手工皂？

【教师】提醒在方案的实施过程中要注意的问题。

【设计意图】让学生尝试设计方案，培养学生独立思考的能力。

3.整合资料、形成初步实验方案。

【教师】给学生提供所需的药品、仪器（如下图），提醒学生在实验过程注意观察和记录现象。

〖XC41.JPG；%30%30〗

【学生】根据小组的设计方案，找到所需的药品、仪器，分工合作进行实验。

【设计意图】在实验探究过程中，激发学生大胆猜想，小心求证，培养学生的科学、工程、技术、数学的素养。

4.合作交流与评价。

【教师】组织学生分享小组的成果，找出闪光点及不足，并提出改进方法。提出改进的问题：（1）在相同条件下如何析出更多的肥皂？（2）如何调节肥皂液的PH值？

（3）如何使制得的手工皂的颜色调和得更均匀？（4）如何使制得的手工皂更润滑些。

【学生】分享小组的成果，讨论老师提出的问题。优化实验方案，进一步进行实验探究。

第一次实验成果如下图：

【设计意图】让学生通过交流、分享，相互学习，优化实验方案。

5.优化实验设计，再进行实验探究。

【学生】优化实验设计：①实验药品的用量加大几倍；②把饱和食盐水改成食盐晶体；③用冰水代替冷水冷却；④在皂化过程中不断地滴入酒精。

【设计意图】增强学生的探究意识、科学精神，从工程实践的需求出发体验科学探究的精神。

6.汇报成果。

【学生】各小组把整个研究过程创作成PPT向大家汇报。

【教师】聆听各小组的汇报，总结各小组的整体情况进行点评。“猪油的华丽转身”这个特色课程我们把它作为了一个工程项目进行研究。整个项目我们经历了开题、确定研究目的、收集资料；各小组整合资料形成初步实验方案，确定实验方案，运用我们所学的科学知识和技术产进行实验探究，得到初步成果；各小组进行交流与评价，找出在制作过程中的闪光点与不足；接着重新优化设计方案，再进行实验探究。在这个过程中，我们体验了科学生产的不容易和有产品出现的喜悦感。

【設计意图】回顾整个研究实践项目的过程，引导学生运用所学知识解决生产问题，动手实践，加深整个项目的整体印象。

四、教学反思

1.本项教学设计，融合了跨学科的思想，很好地体现了STEM理念。

（1）S（科学素养）油脂的知识，油脂的皂化反应原理。

（2）T（技术素养）托盘天平的使用，油脂水解条件的控制，制作肥皂过程中PH值的调节，探究的每个过程都是技术运用的过程。

（3）E（工程素养）学生在整个项目中就是“工程”的设计者和践行者：从确定研究目的→开发方案→形成方案→实验探究→交流与评价→优化设计方案→再实验探究。这整个过程学生运用自己所学的知识和技术动手实验解决实验过程中的问题，其实就是技术与工程的融会，充分体现和培养了学生的技术素养和工程素养。

（4）M（数学素养）STEM教育理念中，数学素养指的是学生在发现、表达、解析和解决各种情况下的数学问题时进行分析、推断和有效交流思维的能力。在实验过程中对数据的记录和整理，对PH的调节处理，优化方案后按比例加倍投料再生产，这些都涉及到学生运用数学知识解决实际问题的能力也就是培养了学生的数学素养。

在实施STEM理念的教学过程中，笔者不是把科学与工程简单地堆积起来，而是引导学生把学到的零散的知识与机械过程有机融合在一起进行探究世界，很好地促进了学生的全面发展。

2.在项目实施过程中也存在如下不足。

（1）对个别问题考虑不够周到。

从猪油制作出肥皂的过程，由于实验室条件的限制，没有很好的干燥条件，没有进行产率和成本进行记录、计算，其实这也是培养学生数学素养很好的素材，没有充分利用好。

（2）拓展延伸内容不够。

在制造手工皂过程中用到色素，但没有进行色素提取的小实验，其实这也是一个很好的延伸素材，可以由学生尝试去探讨，进行研究提取，该项目内容会更丰富。

五、结束语

总的来说，“猪油的华丽转身”这一课程选材贴近学生生活，学生是实践活动的主体，小组成员相互合作，解决问题。学生收获的不仅是学科的知识，更是科学、技术、工程、数学等素养的整体提升，很好地体现了STEM理念的实施。“猪油的华丽转身”只是活动的载体，是化学学科中的冰山一角。化学本身是一门充满科学探究的“生活化”课程，很多活动和理论都不是孤立单一的，蕴含的许多素材例如物质的制备、分离提纯、化学工艺品的制作等都涉及到STEM的理念。只要我们深入了解、挖掘教材，多引导学生去发现，寻找生活中有意义的情境，就可以找到很多融合的知识去实践；STEM的理念在课程实践中就自然而然地生根发芽，焕发出生机与活力，从而培养出更多有综合学科素养的人才！

参考文献

[1]李扬.STEM教育视野下的科学课程构建[D].金华：浙江师范大学，2014.

[2]李谦，赵中建.美国中小学实施教育个案研究——以北卡罗来纳州科学和数学学校为例[J].外国中小学教育，2014（5）：55-66.

[3]赵扬.初中化学实践活动课中跨学科思想的具体应用——“了解水的世界”为主题的活动设计分析[J]中学化学教与学，2018（2）：29-31.

[注]广州市教育研究院科研课题“STEM课程实施促进学校特色课程创新的研究”（课题批准号：GZJY2017-105）的研究成果之一。