基于STEM 理念的高中化学教学实践探索

王 瑾

（甘肃省兰州市第五十九中学，甘肃兰州 730060）

所谓STEM 理念，具体是指融合了科学、技术、工程、数学四门学科的课程教学活动的统称，主要培养学生四方面的能力和素养。其一，科学素养，运用科学知识来认识自然界；其二，技术素养，使用更多的信息技术手段来开展实践探索活动，理解并评价技术的运用情况；其三，工程素养，对于技术工程设计与开发过程进行理解；其四，数学素养，发现问题、描述问题、解释原理、解决问题的能力的统称。在高中化学课堂上运用该理念可以更好地解决实践教学中的问题，培养学生良好的实践探究意识、跨学科学习意识。

一、在高中化学教学活动中运用STEM 理念的具体要求

首先，教师要针对STEM 教育理念进行深层次的研究，对于其四个组成成分，即科学、技术、工程和数学分支的相关内容要做到熟练掌握。

其次，教师要熟练运用现有的沟通交流媒介来获悉学情，了解学生对于高中化学课堂教学活动以及STEM 教学理念的相关看法，并且发现学生的不足之处，并进行引导和指正，帮助学生提高学习效率，掌握更多的有用知识。

再次，要结合高中化学教材中的诸多教学模块来开展STEM 理念的实践运用活动，如探究模块、实验活动模块、研究与实践模块等。对于选修教材发展中的化学科学、化学与社会以及实验化学三个系列的内容，要进行综合实践，运用STEM 教学理念来开展教学设计工作，丰富高中化学课堂教学的内容和形式。

最后，要不断提高对学生的要求，基于最近发展区间理念来开展化学教学设计以及教学活动，确保知识讲解的连贯性、完整性、系统性和学生学习的独立性与科学性，让学生对于学科之间的关系有更加深入的了解，提高高中化学教学活动的有效性。

除此以外，高中化学教师还要熟练地运用新技术手段搜集和STEM 教学理念相关的教学音频、视频以及素材，并将其应用到课堂教学活动中，提高课堂的知识容量，提升教学效率和教学内容的呈现效率。设计富有探究性的问题情境，积极培养学生良好的思维习惯、探究习惯和参与习惯，让学生运用STEM 理念来开展探索活动，体现出教师应有的指导作用和保障功能。

二、STEM 理念在高中化学教学中运用的具体策略

（一）开展项目化教学活动，深化STEM 理念的实践研究工作

如何将STEM 理念的科学、技术、工程与数学等不同领域的专业知识和技能融为一体，为学生的知识与技能学习活动提供支持，需要教师开展体系化的研究工作，设计更多的高中化学教学项目，以项目的形式来渗透更多的内容，丰富实验教学和其他理论教学的相关内容。以金属的腐蚀和保护为例，教师可以设计相应的金属腐蚀实验项目、金属保护项目、生活中的金属腐蚀现象研究项目，以此为依托开展STEM 理念的实践研究活动。教师可以将学生划分成多个小组，分配以上项目，由学生自主选择实验所需要的金属类型和其他的实验器材、实验药品，自主挑选实验场地，如实验室或家庭厨房等。由学生自己设计项目内容，并且开展项目化的实践探索工作，决定实验的目标、原理和环节。学生可以小组为单位，也可以个体为单位来完成项目的设计任务并执行任务。教师要参与其中，和学生共同完成项目的探索工作，提高项目设计的规范程度、项目目标的落实效率、项目的监督和保障水平，确保学生安全实验、高效实验。在最后环节，教师要组织学生回顾和验证相关实验的原理，对于金属活动性顺序表进行准确的记忆和科学的运用。

在此过程中，学生会运用很多的数学知识来计算金属和相关药品器材的使用量，会从工程设计的角度出发，探讨实验设计的合理性和有效性，会从科学的角度探讨相应的化学原理，同时会从技术的角度开展论证活动，如现有的实验室器材和相应的实验环境能否完成项目的研究设计和执行任务。这体现了STEM 教学理念，师生之间的交流互动更加深入，达到了项目化学习的目标，也让高中化学课堂教学更加高效，学生的主观能动性得到体现。在项目化学习的最后阶段，教师要对学生的表现进行如实记录，对学生的项目目标达成情况进行科学的评价，同时，要针对高中生在项目探索过程中出现的问题进行有针对性的指导和帮助，提高项目活动的有效性，助力高效课堂的形成。

（二）积极打造STEM 教学模型，形成完善的化学教学实践方案

教师除了要开展项目化教学工作，引导学生自主设计化学学习任务，完成学习活动，巩固学习成果以外，还要优化设计学生的学习过程，形成系统化的STEM 教学模型。教师要依托《普通高中化学课程标准（2017 年版）》的相关要求开展跨学科知识整合工作，制定项目性教学目标，渗透STEM 教学理念，构建更加完备的STEM 教学活动模型，形成教师引导活动、项目活动、学生主题活动。

以项目活动为例，按照流程可以形成四个层次的活动，分别是确立课题激活旧知、知识拓展设计方案、实施项目检验过程、验收成果整合知识，然后在此基础上形成完善的化学教学实践方案。在第一层次要确立课题，打造更加完善的知识载体。STEM 教育是以跨学科知识为载体，围绕着科学知识、操作技术、工程活动以及数学运算来进行开发工作，化学教师要为学生建立真正的问题情境，激发学生讨论的积极性，产生学习动机。在第二层次要注重知识的拓展，进一步形成化学实践教学方案，引导学生深入教学主题开展拓展延伸活动。在该阶段，教师应提供拓展资料，完善方案，培养学生跨学科知识的整合能力。第三层次则是项目的实施阶段和检验阶段，要求学生有序开展项目操作活动，运用技术、工程、数学和科学领域的知识来完成项目任务。在该阶段，教师应注重培养学生的问题挖掘与研究能力，使他们掌握更多的实践操作技术。第四层次则要对研究成果进行验收，对所学知识进行整合，而STEM教学模型很好地体现了四学科交叉融合的特征。在项目探索活动结束之后，教师要对实验的结论和成果进行验收，鼓励学生进行一系列交流总结活动，内化所学知识，以达到融会贯通的层次，并且将其迁移运用到现实生活中去解决问题。

（三）合理运用信息技术手段，助力高中化学教学实践探索工作

在基于STEM 理念开发高中化学课堂教学模式的过程中，教师应当尝试运用信息技术手段来提高实践探索的效率，搜集更多的信息技术教学资源来丰富课堂教学的内容，优化教学形式，培养学生浓厚的学习兴趣和探索欲望。在此过程中，教师可以将更多的生活现象，以及生活中的实验拍摄成短视频带到课堂上来。比如，在对生活中的有机物进行教学之前，教师就可以拍摄相应的有机物的图片或者视频，还可以鼓励学生自己去完成这样的拍摄任务，从衣、食、住、行等各个角度来搜集素材，如此，既能够加深学生对于有机物的理解，又能够帮助学生发现更多的生活现象，认识到化学学习和现实生活之间的联系。然后引导学生去分析酸奶的配料表、可乐中的添加剂种类、衣服面料的成分，并且分析其中有哪些有机物，了解它们具体的化学性质和物理性质，将其拍摄成视频或照片提交给教师。如此，学生学会从科学的角度、工程的角度以及技术的角度去分析这些素材和课堂教学内容的匹配程度，体现了STEM 理念的相关要求。教师还可以从STEM 理念的要求出发，从互联网上搜集相关的教学资源，如视频和音频，并结合学生学情以及四大领域研究的实际情况来进行优化设计，培养学生多学科交叉学习的能力，丰富学生的课堂学习活动，这也让高中化学教学探索更加深入和有效。教师还可以在教学评价与总结的过程中，运用信息技术手段来提高学情的反馈效率，优化教学设计，发放电子调查问卷，鼓励学生线上作答，及时反馈。教师还可以通过微信、QQ 来进行线上家访，了解学生的课下学习情况，并对学生的学习进行评价。这些都是教师可以采用的教学手段，相信会更好地助力化学教学实践探索工作顺利进行。

（四）开展自主性探究活动，彰显STEM 理念特点

基于STEM 理念的高中化学教学实践探索活动要尊重学生的主体地位和核心需求，引导学生在STEM 理念的指导下开展个体探究活动、小组合作探究活动，和教师以及其他学生保持密切的交流。课前，要求学生积极配合教师的备课工作，提出具体建议，以帮助教师更好地优化STEM 理念渗透背景下的高中化学课堂教学设计活动；在课堂上，教师应划分合作互助小组，布置基于科学、技术、工程和数学等四个领域的相关知识和实用技能，开展小组合作任务探索活动，突出学科交叉和学科融合的特点，打破学科壁垒，提高化学实验和其他理论知识的学习效率；在课下，为了培养学生的自主探究习惯，让学生尝试着运用计算机、手机等工具从互联网上获取更多的学习资源，并在学习的过程中进行综合运用。教师需要在教学活动中打造更加完善的知识链条，提高教学活动的完整度。教师可以开展课下自主性探究设计活动，如设计社会调研活动、家庭实验活动、习题训练活动等，彰显STEM 理念的特点。教师要对学生的自主性探究活动保持密切的关注，引导学生进行合作，投身于化学实践探究活动中，学到更多的知识与技能。除此以外，师生要强化自我总结工作，对于自主性探究活动中出现的一些问题进行及时的分析。教师要对教学情况、学生的学习情况进行评价，帮助大家查漏补缺共同提高，只有这样才能更好地践行STEM 理念的要求。

（五）深入开展基于STEM 理念的高中化学教学评价活动，巩固高中化学教学实践探究成果

在对高中学生以及部分化学教师进行问卷调查以后发现，STEM 理念会对其学习活动和教学活动产生很大的影响，不论是开展项目化的学习活动，还是开展STEM 教学模式的设计活动，学生的表现都比以往更好，教师的指导也更加及时。但这并不意味着STEM 理念的实践运用活动已经达到了尽善尽美的程度，仍然还有一些问题亟待解决，这就需要强化教学评价活动。在高中化学课堂上，教师要利用更多工程、技术、数学、科学等学科的评价方法，针对学生的课堂表现进行跨学科式评价，尤其是要针对学生学习动力的培养状况、跨学科解决实际问题的能力的培养情况、项目的完成度，以及彼此之间交流协作的情况等进行综合评价。教师要采用师生交互式评价、学生组内评价、学生自我评价等多种评价方式来开展探索活动，这样才能真正提高教学工作的有效性，巩固来之不易的STEM 理念运用成果。除此以外，教师还需要考查学生的STEM 素养，将STEM 素养考核纳入学生的学习评价体系，以此来完善高中化学教学评估模式，体现出学生的发展特点和发展现状，提高化学教学的有效性。在此基础上，教师需要进一步加强学情的反馈和教学设计的优化，并配套教学资源的挖掘，从而打造高效课堂，让项目化学习的共同实施探索活动可以更加深入。

总而言之，基于STEM 理念的高中化学教学实践研究工作取得了突破性进展，高中化学教师对于STEM 理念的认识水平逐渐提高，导入了更多的科学、技术、工程、数学领域的相关知识来优化设计高中化学课堂，带领学生认识化学世界，了解自然界的客观规律，在尊重自然界规律的基础上改造世界，解决一系列实践活动中的难题，并将数学作为技术和工程学科的基础工具来开展相关的实践探索活动。教师通过研究STEM 理念以及高中化学教学的现状来设计更多的高中化学教学模式，导入了项目教学活动、游戏教学活动、层次教学活动以及小组探究式教学活动，极大地丰富了课堂教学活动，并重点依托高中化学课堂来打造更多的教学项目，体现了STEM 理念的核心要求，综合培养学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，使学生形成了良好的学习习惯和思维习惯。在接下来的研究活动中，教师需要基于STEM 教学理念来开展更加高效的课堂评价活动，以及学生学习成果巩固活动，帮助学生更好地认识自己存在的学习问题，提高自己的实践探究能力和意识，相信会对学生的学习与成长产生积极的推动作用。