基于STEAM教育理念的初中化学“QELTS”教学模式初探——以九年级人教版“水的净化”一课为例

文∣贺玉婷 胡珍珍

一、研究背景

随着人类知识领域的扩展，专业学科的系谱边界渐渐模糊。跨界与学科整合的思潮让科学、数学等学科得以在生活的不同层面建构联结。课程是桥，联结着教育者与受教育者的学习课题，于是产生了课程统整理念，应运而生了STEAM教育。[1]分科教学已经不能满足时代进步的人才培养需求，不同的学科之间本就不存在绝对的界限，它们都是相辅相成的。目前存在的分科教学会让学科之间的距离拉大了，不利于学生综合知识体系的建构以及从部分到整体的推理演绎，并且割裂了教育与实际问题的联系。[2]

(一)实施STEAM教育符合社会发展需要

缺乏创新型人才和综合素质人才已经成为中国经济由高速发展向高质量发展的瓶颈。因此，要培养创新型人才和具有综合素质人才这一目标，也对青少年的学习提出了更高的要求，一方面要求学生理解与掌握知识技能，另一方面也要求学生提高学科知识之间的联系与统整，培养思维整合的意识。[3]学生不再是被动地接受教师单一的知识讲授，而是要自主建构知识与实践探究操作，我们要提高学生的隐形能力如人文精神、社交能力等，满足知识经济时代的特殊发展，培养时代紧缺的创新型人才。[4]

(二)实施STEAM教育符合化学改革需求

化学新课程改革是顺应当今时代人才需求的必由之路，其理念的更新变革是灵魂步骤，理念的最终落实要在具体的课堂教学过程中。[5]在《全日制义务教育化学课程标准》中，强调“以生活为背景，让学生解决生活中的化学实际问题；多途径、多方位、多角度将化学知识渗透到生活中，以培养学生的思维探究和主动操作意识”。《普通高中化学课程标准(2017年版)》明确强调了学科的时代性、整体性，并且在教学评价和教学建议之中，强调教学内容要贴近生活应用和社会实际，重视化学与其他学科之间的联系，以及情境教学的创设。[6]这恰好和STEAM教育理念相一致，而初中化学是培养青少年化学知识与能力的初步阶段。

由此，本文试图通过设计基于STEAM教育理念的初中化学“QELTS”教学模式，寻找出能够符合我国化学课程标准和人才培养需求的解决之道，为一线教师开展STEAM教育提供参考和依据。

二、基于STEAM教育理念的“QELTS”教学模式的构建

(一)“QELTS”教学模式的概念界定

经过理论与实践，基于STEAM教育理念设计初中化学“QELTS”教学模式，如表1所示。该模式是基于情境为前提，以五大环节为基础，以STEAM教育理念为引导。在教学过程中“QELTS”教学模式分为七大部分。首先分析基于STEAM教育理念的学习目标，再分析基于STEAM教育理念的学习任务，从而设计教学环节，包括创设情境、合作探究、制订方案的设计融合、学习交流和成果展示，最后进行多元化的评价，如图1所示。其中最核心的环节为“制订方案”，制订方案环节基于情境创设了问题、实验、生活、技术、故事这五种情境，本课题研究的模式名称的由来即是问题(Question)、实验(Experiment)、生活(Life)、技术(Technology)、故事(Story)的首字母缩写组合而成的“QELTS”。

笔者设计的教学模式共包含七个环节，其中STEAM教育理念分为两个环节，分别是学习目标和学习任务的分析，这是教师教学过程中的课前准备。在课堂中，教师通过创设情境引入新课，以5人为一组，进行小组合作探究，在此过程中，教师做好指导工作并且要充分发挥学生在制订方案中“Q”

表1 “QELTS”教学模式的核心分类

图1 “QELTS”教学模式图

(问题情境)、“E”(实验情境)、“L”(生活情境)、“T”(技术情境)、“S”(故事情境)这五个情境中的主体作用，通过与STEAM教育理念的设计融合，整合多学科知识，体现整合、科学、技术、工程等特点，然后学生进行学习交流和成果展示。在最后的环节中进行多元化的评价，包括小组评价和教师的整体评价，反馈出本节课的优缺点，为下节课的教学计划做准备。

“QELTS”教学模式注重教师的多学科素养和课前的教学制订方案，以及学生在各个环节中的主体作用。“QELTS”教学模式各环节之间逐次递进、环环相扣，教学流程清晰，富有逻辑性，可供一线教师借鉴和参考。

(二) “QELTS”教学模式在初中化学中的应用研究

1. “QELTS”教学模式的案例设计“水的净化”

人教版《化学》九年级上册第四单元课题二“水的净化”教学设计如表2所示。在此之前学生已经学习了一定的化学实验知识，但是将化学和生活实际相结合的能力还需要进一步提升。本节课有助于学生提高理论联系实际的能力以及动手操作的能力，培养学生的发散思维和合作意识。

“QELTS”教学模式下“水的净化”教学设计

课题名称：水的净化

(一)STEAM教育理念下的学习目标分析

科学(S)：掌握净水原理，探究得到干净透明的水需要怎样的流程。

技术(T)：学习过滤操作并制作简易净水器，掌握制简易净水器的技能。

工程(E)：制作出简易的净水器并加以运用。

艺术(A)：设计净水器的模型，画出图形。

数学(M)：能够根据设定的情境，计算净水器所需数量。

(二)STEAM教育理念下的学习任务分析

(1)净水的原理。

(2)净水的方法。

(3)过滤实验操作。

(4)制作简易净水器。

(三)教学过程设计

1. 创设情境

(1)多媒体情境。

【教师活动】多媒体播放从太空中拍摄的地球照片，请分析不同颜色代表什么。

【学生活动】在情境中观察总结，分析并思考。

(2)问题情境。

【教师活动】请学生回答地球上存在的水大多可否直接饮用；浑浊的水如何变得澄清；列举自己所知的净水方法，这些净水方法的特点是什么？

【学生活动】用自己的语言描述刚刚观察的地球颜色。回答教师提出的问题。

设计意图：创设情境，引导学生进入课题内容，引导学生依据已有认知，从不同学科知识中获取所需要的信息，体现STEAM教育理念的整体性。

2. 合作探究

【教师活动】请学生分组进行讨论净水处理方案，绘制实验装置草图。

【学生活动】查阅资料，思考问题情境，分析净水流程。

设计意图：培养学生的合作意识。

3. 制订方案

(1)问题情境(Q)。

【教师活动】生活中的饮用水是如何净化来的？观看教师实地走访自来水厂的净水过程视频。

【学生活动】由视频了解自来水厂净水的过程并分组讨论每一步操作的作用。

设计意图：通过小组讨论，回顾已有的生活经验和不同学科知识。

(2)实验情境(E)。

【教师活动】准备实验物品：矿泉水瓶、纱布、小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉、活塞、玻璃小导管、烧杯、漏斗、滤纸、玻璃棒、带铁圈的铁架台、药匙、锥形瓶、分液漏斗、橡皮塞等。

药品：浑浊的河水、蒸馏水、明矾、活性炭、漂白粉。

【学生活动】掌握净水原理，探究得到干净透明的水需要的流程；设计净水器的模型，设计净水器草图。

图3 净水器设计草图

制作简易净水器，并不断调整实验材料放置顺序，观察现象并记录分析，掌握制作简易净水器的技能。

图4 简易净水器实物图

设计意图：教师提出科学的猜想和工程问题，锻炼学生的创新意识和实践操作能力，体现STEAM教育理念的科学(S)和工程(E)。

(3)生活情境(L)。

【教师活动】回收市场上小型家用净水器，如图5所示，带领学生分析其内部构造。

图5 家用净水器

【学生活动】动手拆卸净水装置，观察其内部构造，结合资料掌握其净水的原理。

【教师活动】根据小组制作的净水装置，记录一次净水多少毫升，需要多长时间？每小组5人，每人每天饮水量为800毫升，一次需要多少个净水器才能同时净化800毫升水？

【学生活动】根据设定的情境，依据净水装置一次能够净水的量，估算在特定时间里需要多少个净水装置才能满足要求。

设计意图：在具体真实的情境中动手操作，深化理论知识，体现STEAM教育理念的技术(T)和数学(M)。

(4)技术情境(T)。

【教师活动】出示图6，给学生演示过滤方法，让学生自学过滤实验操作，分组合作。

图6 过滤

【学生活动】学习过滤操作并净化浑浊的河水，掌握制简易净水装置的技能。

设计意图：提高学生兴趣，改善学生的学习状态，锻炼学生动手操作和应用知识的能力。体现STEAM教育理念的科学(S)和技术(T)。

(5)故事情境

【教师活动】教师提出让学生设计一套模拟自来水厂净水的装置，为流落荒岛的鲁滨逊进行雨水净化，获取饮用水，体会生活之水来之不易。

【学生活动】根据所学内容，两两合作，设计出一套完整的装置。

设计意图：将分散的知识整合成完整的知识，体现STEAM教育的科学(S)、艺术(A)、工程(E)的融合以及培养爱护水资源的意识。

4. 学习交流成果展示

【教师活动】教师走动观摩并针对问题进行指导。

【学生活动】学生小组代表发言，展示实验设计及记录，阐述实验结果与猜想是否一致，并分享计算净化效果情况。

设计意图：学生通过小组交流，讲述实验过程与结果，锻炼学生的语言表达和交流能力。

5. 评价

(1)教师让学生各小组之间相互评价，便于知识的交流和表达能力的提升。

(2)教师通过分析及听取小组评价后给予中肯的评价和鼓励，适当表扬表现良好的小组，对于实验失误的小组给予正确的指导、鼓励，增加学生下次实验的信心。

三、结论与反思

(一)“QELTS”教学模式优势

1.能够提高学生的创新意识和学习兴趣

初中教育的对象是正值青春年少的学生，他们正处于思维最为活跃的时期，正是培养创新思维以及主动思考、分析、判断能力的最佳时期，于是构建基于STEAM教育理念的“QELTS”教学模式符合该阶段学生的学习，通过借助多媒体教学和实验室实验能拓宽教学的广度和深度，能提高学生的创新意识、学习兴趣和学习效率等。

2.能够形成全新的学生学习观和教师教学观

在传统课堂中，学生身份单一，不注重学生自我知识建构和自我知识探索以及合作得新知的能力。基于STEAM教育理念的“QELTS”教学模式的教学更符合人才培养的需求，该模式改变了以往的学生学习观，不仅注重学习成绩，更注重学生能力的培养，学生学习更加具有趣味性、积极性、探究性；而以往教师因为教学时间有限、任务繁重等原因，一味地进行知识的灌输，课堂呈现的是“教”与“被教”的关系，但是在基于STEAM教育理念的“QELTS”教学模式中，课堂没有“教”与“被教”的明显界限，教师不囿于课本和黑板，而是有效地借助教学媒介，教师由“教”者变为“导”者，是师生共同思考、各抒己见、共同探索的过程，从而实现教学相长。

(二)如何进一步实践“QELTS”教学

1.重视情境化的设计与建构

初中化学所包含的知识与生活和周边环境息息相关。例如，手机与高分子材料有关、炊具与金属有关、衣物与化学合成材料有关等。利用生活情境来创设学习情境，更加便于理解记忆，学生更加容易了解化学知识在生活中的角色。化学知识和问题源于生活，情境创设途径可使知识具体化和生活化，有助于知识的吸收应用。

2.完善硬件和软件

基于STEAM教育理念的“QELTS”教学模式与传统的教学模式相比，对多媒体和实验室的条件有更高的要求，多媒体起着演示、模拟及辅助的功能，并且还有在线视频的功能等，只有完善的设备，才能有更好的教学。对于实验室的药品、仪器和器械工具应准备妥当，需要一定的经费支出。“QELTS”教学模式从理论研究走向实践教学，硬件与软件都落实到位是必要条件，只有这样 才能更好地使“QELTS”教学模式高效顺畅地应用。而未能长期实践应用该教学模式主要有两方面的原因，一是中考备考任务重，时间有限；二是STEAM教育理念没有明确的规则要求，缺乏相应的教学条件，资源配置欠缺。

3.提升教师的知识和能力

中学化学教师应该加强对STEAM教育理念的学习理解，增强在教学实践中灵活运用该理念的能力，培养全科教学的思维，以便更好地创设课堂情境，以及对“QELTS”教学模式的实践应用。