新人教版化学教材STEM教育理念体现分析

(1.哈尔滨师范大学 a.教师教育学院;b.化学化工学院，哈尔滨 150025；2.双鸭山市集贤县兴安中心校，黑龙江 双鸭山 155100)

2017年教育部颁发的《义务教育小学科学课程标准》把STEM教育列入新课程内容。另有机构预测称，中国3周岁至12周岁的儿童科学教育市场规模将从2017年的1 600亿元上升至2022年的4 160亿元。世界经济论坛的一份报告显示，2017年升小学的学生中，有65%的学生在未来做的工作目前甚至还不存在，目前所受的教育自然也无法培养他们应对这些工作的能力。种种数据表明STEM已经是教育者不可忽视的教育理念。“科学会越来越明显和重要，也是未来时代发展和科技强国道路上中国青年一代人最应该具备的基本素质”。从事STEM教育的创业者卢申彪接受采访时如是说。教材作为教学目标、教学内容的载体，其书写编排方式是备受关注的。因此研究新人教版化学教材STEM教育理念的体现分析对于教师组织教学具有重要意义。

一、STEM教育的概念

由美国发起的STEM教育是取自科学、技术、工程、数学四个英文单词的首字母，旨在通过跨学科综合性教育提高学生素质以巩固自身的国际竞争能力。

科学是指经过历史验证、逻辑推理得出的有关事物本质和运动规律的内容。而化学学科的科学知识不仅仅包括元素及其化合物的结构、性质、互相转化，还包括元素周期律等。化学学科的科学知识充斥着人们生活的方方面面，如食物的烹制，衣服的组成成分，交通工具的动力，现代建筑的水泥、玻璃、塑料等化工产品等等。所以学习化学不能形而上学，而要明白自己所学的知识是在生活中如何应用的。

人类的生产发展离不开方法手段，这就是STEM的“技术”。STEM教育强调分享、创造，强调让学生体验和获得分享中的快乐感与创造中的成就感。有的项目还把STEM教育内容游戏化(将游戏的元素、方法和框架融于教育场景)[1]。所以,STEM教育理念中的技术更多强调学生的自主性。而化学学科的技术知识在生产生活、实验室等场所都有所体现。

数学作为一种技术手段，是可以帮助人们作定量分析的。STEM教育理念中的“数学”作为一种工具学科是帮助人们理解量的关系、空间组成结构的手段方法，是将“科学”“技术”运用的方法依据。而化学学科作为一种应用技术学科，其实不仅仅需要数学知识，还需要数学思维。有机物空间立体构型、阿伏伽德罗常数计算、氧化还原计算、一定浓度溶液配制、pH值计算都离不开“数学”。

而工程是将“科学”“数学”“技术”综合运用到生产生活中。这也体现了STEM教育的综合性、跨学科性。STEM教育从本质属性上可以理解为一类课程，即包含四大所谓“元学科”的一种课程。STEM教学实践过程中，将上述四门“元学科”以完整的知识体系展示[2]，这也正是STEM教育理念强调的知识的系统整体性，而化学学科的自身特点也是符合STEM教育理念的。在化学学科中也包含着许多其他学科的知识。像丁达尔效应、喷泉实验的物理原理，蛋白质变性、基本营养物质等生物知识，稀土、海洋资源等地理知识，题设字数增多对于学生语文阅读能力的要求。将STEM教学理念运用到化学教学中是再合适不过的了。

STEM作为一种跨领域教育理念旨在培养综合型人才，是符合我国“科教兴国”战略的。虽然在我国仍处于发展萌芽阶段，但其重要性不言而喻。教材作为教学目标、教学内容的载体，其书写编排方式是备受关注的。因此研究新人教版化学教材STEM教育理念体现分析对于教师组织教学具有重要意义。

二、近五年全国二卷STEM教育理念分析

(一)2015年全国二卷

1.选择题部分

“食物干燥剂”的成分，阿伏伽德罗常数的相关计算，有机物的同分异构体计算,海水的开发利用共从四个方向出题，约占30分的分值，这还不包括一些运用规律的直接计算题。

2.非选择题部分

以极具发展前景的清洁能源——氢能制取氢气为考点，分值在4分；海洋中CO2存在形式，主要以光合作用作为依据以及海水回收环保问题，共计约7分。

2015年全国二卷选择题中通过食物干燥剂的性质、选择及反应原理考查让学生了解到化学科学知识在实际中的应用。阿伏伽德罗常数的计算考查包括化学键计算、弱电解质离子的水解离子总数、氧化还原电子转移、质子中子相关概念之间的关系。有机物主要考查酯类化合物性质及分子式、同分异构体的判断。工业流程题中考查氯气作为氧化剂的性质体现、粗盐提纯过程、从经济角度选择沉淀剂、尾气处理等问题。非选择题中考查环保问题、元素之间的转化等问题。

可以看出试题仍是主要考查化学基础知识，STEM理念更多体现在科学、数学两个方面。

(二)2016年全国二卷

1.选择题部分

涉及环境保护问题的燃料的燃烧产物分析、阿伏伽德罗常数的相关计算、有机物同分异构体的计算、活用自然资源——海水做电池等出题点，共计12分。

2.非选择题部分

火箭燃料——联氨的使用理由：既检测了学生化学知识的掌握，又能对学生进行爱国主义渗透；化工燃料丙烯腈的产率计算及原因分析。共计约10分。

2016年全国二卷选择题中通过考查燃料燃烧、环境污染与防治等知识包括温室气体主要成分、酸雨的导致因素。有机物除了考查有机物反应类型外，还考查了同分异构体的数量判断。在考查原电池工作原理时，渗透了工业流程中体现的环保意识。在非选择题中考查了联氨作为常见的还原剂在工业中处理高压锅炉水防止氧化的原理，化工燃料丙烯腈的产率影响因素分析、选择依据以及图像分析。

可以看出除了基础的STEM化学科学知识素养的培养，2016年的高考大题中增加了工程类素养能力的考查，这些知识没直接体现在课本中，但却是学生通过课本学习所应掌握的。

(三)2017年全国二卷

1.选择题部分

结合生物知识蛋白质的组成成分，维生素D的使用用途，微量元素硒摄入量控制；阿伏伽德罗常数的相关计算；铝制品表面耐腐蚀薄膜的形成过程分析。共计约18分。

2.非选择题部分

建筑材料水泥中钙含量的测量，测量过程中副产物成分分析；化工原料丁烯的制备与产率值分析及相应措施。共计约18分。

2017年全国二卷选择题中考查了蛋白质基本组成元素是碳、氢、氧、氮，有些蛋白质还包括硫、磷等元素。这些科学知识由于比较细碎，很容易被学生忽视。同时这类与其他学科相交叉的知识点也要引起学生与教师的关注。阿伏伽德罗常数知识点结合了离子水解、氧化还原数值计算等知识点进行考查。原电池工作原理知识点考查是以铝制品表面氧化膜耐腐蚀的生活实际知识为背景。在非选择题部分，以水泥、化工原料丁烯这些工业生产原料为依托，结合钙锰铁等元素知识以及产率等生活实际问题。

可以很清晰地看到在2017年高考试题中，STEM理念出现频次有显著提高，这也体现了对学生相关素养的重视程度有所提升。

(四)2018年全国二卷

1.选择题部分

除油污原理、漂白粉用途、中和胃酸、X射线造影检查原理；SO2和氮氧化合物形成雾霾的过程分析，源头探究及处理方法；阿伏伽德罗常数的相关计算；科学家新研发的“可呼吸”的二次电池工作原理分析。共计约24分。

2.非选择题部分

作为最早使用Zn的国家化学史渗透；甲烷—二氧化碳催化重整的减少温室气体排放的选择原料。共计6分。

2018年全国二卷选择题中考查了常见化学物质的性质和用途判断，包括中和胃酸、X射线造影等生活实际问题，题目难度不大。平时注意相关基础知识的积累并能灵活应用即可。流程图题背景设置为雾霾形成分析，情境真实，聚焦学科核心素养，既可以引导考生认识与化学有关的社会热点问题，形成可持续发展的意识和绿色化学观念，又体现了高考评价体系中的应用性和综合性考查要求。原电池原理以我国科学家发表在化学顶级刊物上的“一种室温下可呼吸的钠、二氧化碳二次电池”为载体，考查了原电池和电解池的工作原理，很好地弘扬了社会主义核心价值观个人层面的爱国精神，落实了立德树人的教育根本任务。在非选择题中结合化学史、环保进行命题。

可以看出2018年高考试题更加看重学生“技术”“工程”素质，这也反映出我国对综合类人才的需求。

(五)2019年全国二卷

1.选择题部分

蚕丝的成分，蜡的成分分析；阿伏伽德罗常数的相关计算；古代绘画和彩陶的燃料成分分析计算；有机物的同分异构体计算。共计约18分。

2.非选择题部分

常用的白色颜料立德粉制备流程的产物应用分析，结合物理原理的焰色反应；用于农药、橡胶制备的重要有机化工原料——环戊二烯的转化率等计算及提高措施，影响因素分析；从茶叶中提取的咖啡因成分分析。共计约26分。

2019年全国二卷选择题中考查了中国古代传统文化化学知识，引用语文的诗句考查蚕丝等的主要成分。在阿伏伽德罗常数计算一题中考查了质子数中子数关系，粒子的水解氧化还原以及共价键的技巧计算。考查沉淀溶解平衡曲线以中国四大发明之一的古代彩陶和绘画为背景进行命题，渗透爱国主义教育。在非选择题中工业流程题中考查了物理相关的焰色反应，以重晶石为化工生产原料生产立德粉。在实验题中考查了从茶叶中提取咖啡因的原理和相关化学反应。

可以看到在2019年的试题命制中试题背景设置越来越贴近生活实际。考查的内容也不仅仅是化学基础知识，逐渐增加了跨学科内容。这都是不可忽视的一个命题趋势。

三、教学启示

高考作为目前我国选拔人才的一个主要方式，其试题内容的呈现形式是师生都不能忽视的问题。教师要会分析高考试题的命题趋势、出题热点、高频词汇，从而调节自己的教学节奏。

根据近五年的高考试题分析发现，高考试题越来越多地呈现出综合性知识的考核，跨学科跨领域并且渗透爱国主义、环保意识等教育。STEM教育理念正符合我们的培养目标，教师要学会运用，在平时的教学中注意化学“科学”基础知识的学习，特别是与生活实际相关的营养物质之类的知识；要注意平时教学中的习题计算，特别是化学学科的一些知识技巧计算，以提高学生的“数学”素养能力；要注意教学过程不是简单的知识学习，应注重学生的创造能力、动手能力的培养，提高学生的“技术”素质；要注意综合性知识的练习，培养学生“工程”素质能力。

总之，教师要正视自身责任，以STEM教育方法为指导，将科学、技术、工程和数理等多学科有机融合，实现知识的整合，发展学生高阶思维，并改善当前教学中存在的问题[3]。