STEM视域下高中化学实验教学策略

叶陈津 李媛媛

摘 要：实验教学在高中化学教学中的地位犹如画龙点睛一样，不仅可以利用好奇的心理调动学生的积极性，更能以直观的实验现象，带来视觉的冲击，留给学生深刻的印象，从而达到事半功倍的教学效果。随着知识的综合创新，多学科融合的问题越来越复杂，单一的学科知识已经难以解决问题，这给教育带来了巨大的挑战。多学科融合的STEM教育，迎合了社会对人才的需求，肩负起培养综合创新人才的任务，也为高中化学实验教学奠定了基础。

关键词：STEM;化学;实验教学;策略

STEM教育是科学（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）与数学（Mathematics）教育的首字母简写，是由美国发起的一项自上而下的教育改革[1]。美国在二战过程中深刻体会到了综合国力的重要性。综合国力的竞争就是人才的竞争，而人才的培养靠教育。随着当今社会现代化、智能化的发展，单一能力的人才已经越来越难以胜任高新技术职业。在复杂的社会背景下，多学科综合发展的STEM教育因运而生。STEM教育能够打破学科间的壁垒，培养综合创新人才，为解决复杂的高新技术问题提供了强大的保证。因此，随着美国变成超级大国，美国的STEM教育也被其他国家借鉴，并加以改进，为国际人才的培养奠定了基础。

高中化学因其知识的多样性和复杂性被称为理科中的文科。学生大多习惯死记硬背应付考试，没有利用学科特色来学习化学，使学习过程事倍功半。随着实验探究引入课堂，实验过程的趣味性、实验现象的直观性，深深地吸引学生的注意力，大大提高学生的参与性，从而达到事半功倍作用。STEM视域下高中化学实验教学，融合了多学科的特点，使化学知识得到全面的提升，充分体现了化学学科素养对人才的要求，为培养科研型人才奠定了基础。

传统的高中化学实验教学立足课本，以演示实验为载体，先学习新知识，再实验验证。这种实验教学模式弱化了实验的探究性和趣味性，以一种很直白的方式将实验呈现给学生，缺少逻辑分析，设计实验的过程。这种教学方式，不利于学生分析问题，解决问题思想的形成，也不符合真实情景问题的解决过程。STEM视域下高中化学实验教学克服了传统高中化学教学的缺点，有利于培养综合创新人才。与传统教学方式相比，STEM视域下高中化学实验教学策略如下：

探究式化学实验教学方法的引入，使得STEM实验教学具有朦胧美。为了增加教材中演示实验的吸引力，我们需要将演示实验转变成探究性实验。因此，实验的讲述过程，需要按照认识事物的过程推进。对于物质性质类演示实验，教师先讲述实验目的，并提供实验药品，学生按照实验目的和药品，设计实验方案。最后教师邀请学生代表上台演示实验，并解释实验现象。通过学生主动分析、设计实验方案、探究实验等过程，使学生掌握物质具有的性质。

项目化校本化学实验的引入，使得STEM实验教学具有更强的可操作性，是对课堂教学的补充[2]。一个项目的解决包括了实际问题的分析，文献的查阅，实验方案的设计，理论论证，实验论证，归纳总结，交流反思。因此，项目化的教学方式能够锻炼学生良好的科学研究思维，形成严谨的科学研究方法。受限于课时量和教学进度的束缚，课堂演示实验内容只能满足最基本的实验，对于一些综合创新实验只能望洋兴叹。校本选修实验课程的设立为学生动手做实验提供了机会，也为培养化学综合创新人才提供了可能。

综合创新化学实验的引入，对STEM实验教学起到举足轻重的作用。STEM视域下高中化学实验的灵魂是综合创新实验。只有综合创新实验才能培养学生的创新意识，为社会培养创新型人才。在高中阶段，大多数课本实验都属于常规型实验。因此，在实验内容不超出高中生的知识体系下，从现实生活中挖掘出一些具有综合创新的实验项目，具有十分重大的意义，也是对高中化学教师的巨大挑战。例如，当学习完酸碱中和滴定后，可以设立一个校本选修实验项目“自制酸碱指示剂并测定其显色范围”。学生经过查阅资料可以发现，水果和蔬菜中含有的有机色素经过提取即可制成酸碱指示剂，然后往强酸中滴加2～3滴自制酸碱指示剂，再按照强酸强碱中和滴定实验操作，测定指示剂的显色范围。又如学习完氧化还原滴定后，教师可以设立校本实验项目“碘量法测定蔬菜和水果中维生素C的含量”。蔬菜中含有维生素C，学生很早就知道这个事实，但至于含有多少并不明确。该项目的设立能够很快引起学生的兴趣。在好奇心地驱动下，学生产生强烈的探究欲望，使后续探究过程水到渠成。学生经过查阅资料即可得出碘量法测定原理及注意事项，然后从家里就地取材，在实验室利用氧化还原滴定，可定量测定水果或蔬菜中维生素C的含量。

现代分析仪器等高端电子设备的引入，使STEM化学实验教学如虎添翼。在测定酸碱中和滴定曲线过程中，传统的实验方法需要繁杂的数据处理过程。pH传感器的使用让酸碱中和滴定变成智能化的过程，直接可以从设备上得到滴定曲线。在学习电解质的强弱时，学生对于完全电离和部分电离概念，无法通过实验观察，较难理解。随着电导率传感器的引入，使得离子浓度的大小能够直观地从溶液的导电率数值得出。学生通过比较电导率数值大小，判断电解质的电离程度，使原本抽象的概念，变成形象化的实验，大大提高了教学效果。在学习分子的空间构型时，由于抽象化的理论，使得学生很难真正理解分子的空间结构，更不易判断原子的共面、共线问题。随着3D打印技术的发展，有条件的学校可以让学生参与分子空间模型的打印过程，通过打印出的分子空间构型实物，让学生理解原子在空间上的关系，使得抽象问题形象化。

STEM视域下高中化学实验教学过程由于引入了上述策略，必将使得课堂教学过程更具有魅力，教学内容更加生动形象，这将驱使学生积极地参与教学过程，从而显著地提高教学效果，为培养综合创新型化学学科人才奠定基础。

参考文献

[1] 徐田子等，从危机应对到战略规划——澳大利亚STEM教育政策述评[J]，外国中小学教育，2018年第6期.

[2] 孙莉等，基于项目学习的STEM校本课程开发与教师专业发展[J]，教育与装备研究，2018年第11期.

注：本文系2019年度泉州市基础教育课程教学研究立项课题“STEM视域下高中化学实验教学探究”（课题批准号：QJYKT2019-045）阶段研究成果。