STEM理念下的翻转课堂模式在化学教学中的应用

张思涵，李芸芸，黄宝美

(绵阳师范学院化学与化学工程学院，四川 绵阳 621000)

通过文献分析可知，大多数课题组主要对STEM教育的教育政策、理论研究、学科整合、案例研究等方面进行探索，例如STEM教育融入高中生物学课程设计实践研究等。目前暂无课题组以酸碱滴定为例子进行该方面的研究。为应对新世纪的挑战，为国家培养创新型人才，我们将STEM教育理念与翻转课堂教学模式有机结合，形成一种新的教学模式，并以酸碱滴定为例设计出具体的教学方案，将其应用于中学实际化学教学中，通过对比实验，分析新模式与原有模式之间的应用效果，找出基于STEM理念的翻转课堂教学模式的优点与不足，改进后推广[1-3]。

1 STEM教育理念与翻转课堂简介

STEM教育是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineer)和数学(Mathematics)教育的简称。其意义在于以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，并能灵活地应用去解决学习与生活中的实际问题，同时在这个过程中学生的科技理工素养、创新能力和实践能力得到了培养和提升[4-5]。

翻转课堂主要是指利用计算机技术和网络技术，让学生利用课下时间通过网络视频学习课程内容，在正式上课时间则以讨论形式解决学生的疑惑。以信息技术和学生中心为核心的翻转课堂模式，顺应了教育发展的趋势，符合当今时代教育的主题。

2 STEM教育理念与翻转课堂相结合在教学应用中的优势

《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》指出，“教育信息化的发展要以教育理念创新为先导，以优质教育资源和信息化学习环境建设为基础，以学习方式和教育模式创新为核心[6]。”将STEM理念融入中学化学教学中，各门学科联系起来，让知识不再有门类界限。而STEM教育在较短的课堂时间内难以完成，因此我们可以结合翻转课堂的优势，先让学生在课下利用计算机网络学习所涉及的各学科的基本知识，在课上综合各科知识讨论总结出解决方案。因此，STEM与翻转课堂的结合更有利于化学教学的开展。

3 基于STEM理念的中学化学翻转课堂教学模式建构

探索将STEM与“翻转课堂”结合应用于教学活动中，有利于促进传统教学理念的转变和教学方式的改革，进一步推动基础教育课程与教学改革的深入发展[7]。学生在学习过程中可根据自己对知识的掌握程度，自由调节学习进度，从而更好的对所学知识进行理解和内化，加上后期课堂讨论的配合，可以更好的帮助学生提高学习质量[8]。

本研究在已有的翻转课堂教学模式中贯穿STEM理念，具体过程如图1所示。

图1 教学过程及学生活动Fig.1 Teaching process and student activities

4 基于STEM理念的翻转课堂教学模式的中学化学教学设计

4.1 课 前

学生不是学习的机器，他们有自己的个性，为了让不同能力的学生得到充分发展，教学过程应当重视个性化教学。个性化教学的核心是因材施教，其实施的前提是对学习者个性的精准描绘[9]。翻转课堂的基于问题的学习和STEM教育的真实性、体验性、趣味性、跨学科性、协作性等特点，都强调以学生为中心，知识与能力并重[10]。

4.1.1 教学目标

4.1.1.1 知识与技能

①了解与掌握酸碱指示剂的基本作用原理、变色范围、影响因素及其选择规律等。

②熟练滴定终点的判断与操作。

4.1.1.2 过程与方法

①通过进行项目设计、实验探究，培养学生综合思考与动手能力。

②通过小组内合作完成项目设计，培养学生团队协作能力、沟通能力。

4.1.1.3 情感态度与价值观

①通过自主配制基础的酸碱指示剂，培养学生将书本知识与实际应用建立联系的能力。

②利用实验进行探究，树立绿色化学理念，培养科学发展观，增强为人类的文明进步学习化学的责任感和使命感。

4.1.2 教学资源设计

1.微视频设计

技术支持：录屏软件+PPT

(1)微课一

教学主题：酸碱指示剂的分类

学习目标：了解简单酸碱指示剂的分类

视频时长：4分钟

(2)微课二

教学主题：酸碱指示剂的变色原理与变色的 pH 范围

学习目标：了解酸碱指示剂的变色原理，熟悉变色的 pH 范围

视频时长：6分钟

(3)微课三

教学主题：酸碱指示剂类型及配制方法

学习目标：掌握酸碱指示剂的类型及配置方法

视频时长：15分钟

4.1.3 学习任务设计

基于STEM理念，学习任务需充分调动学生的学习热情，并能充分考察学生的综合素质。因此针对本节课的特点，将学习任务定为：小组成员利用实验室以及外面收集的材料制备简单的酸碱指示剂并滴定酸碱。

4.1.4 学习及反馈

通过学生答题情况，及学生提问情况，总结学生在学习本节内容的普遍问题：不熟悉酸碱指示剂的变色范围以及滴定终点的判断。

4.2 课 中

4.2.1 情境导入

老师：酸和碱是我们每天都在接触的重要化学物质，通过预习，大家都知道酸碱的基础定义了吗？生活中我们可以利用什么资源进行酸碱指示剂的配置？

学生：举例

老师：酸碱指示剂的发现给我们的生活带来了哪些好处？请同学们思考并讨论这个问题，有什么疑惑可以提出。

4.2.2 解疑答疑

[教师活动] 对学生普遍存在的问题进行讲解，由老师进行专业的操作演示，同时向学生展示半滴操作；

[学生活动] 集体听讲，小组讨论后提出疑问；

[教师活动] 逐个解决每个小组单独疑问。

4.2.3 小组合作探究

[学生活动] 组内间成员利用实验室材料自制酸碱指示剂，并且进行利用指示剂进行滴定操作；

[教师活动] 观察学生做实验的情况并给予指导；

[学生活动] 小组共同判断碱滴酸与酸滴碱的变色范围，并且算出所提供盐酸与氢氧化钠的pH值。

4.2.4 成果展示及作品评价

[学生活动] 小组展示滴定成果，各个小组自评、互评；

[教师活动] 评价各小组作品，与学生一起找出最接近滴定终点的一组，并鼓励大家动手练习。

4.3 课 后

4.3.1 巩固提高

课后学生总结知识点，并通过做一些练习题进行巩固。

4.3.2 反思提升

反思教学过程，发现学生在看视频的时候速度很快，但不能主动去细化理解授课内容，导致看视频学习完之后，一些学生对基本原理还不能掌握，因此在教学前须将学习目标再具体化，形成操作性目标。要把握课堂节奏，卡住每个环节的时间，在放任学生发散思考的同时，让学生聚拢思维完成教学目标，做到松弛有度。

4.4 教学实践的结果与分析

4.4.1 教学过程分析

通过对实验班和对照班两个班学生上课情况分析，见表1。

表1 实验班与对照班学生上课情况对比Table 1 A classes comparative study of the students in the experimental class and the control class

从表1中可以得出基于STEM理念的翻转课堂教学模式应用于中学化学教学中有利于调动学生学习的积极性，能够充分发挥学生的独立思考能力、团队合作能力、创造性思维能力等。

4.4.2 学生作品分析

表2 实验班与对照班学生成果对比Table 2 A achievements comparison of the students in the experimental class and the control class

由表2可知，相对于对照班级，实验班的学生无论是对教学内容和滴定终点的掌握情况，酸碱指示剂配置的新颖性都更加熟练，尤其是对滴定终点的判断，实验组几乎全部成员都接近滴定终点。

4.4.3 学生学习体验分析

通过问卷调查和对个别学生访谈了解，实验班学生对本节课的教学模式感到满意，认为相对于以前的教学模式，新的教学模式更能引起他们对学习内容的兴趣。

5 结 语

本研究将STEM教育理念与翻转课堂结合，构建出一种较为新型的教学模式，并应用于中学化学教学中，通过观察教学过程和对教学效果的分析，得出以下结论：

在中学化学教学中应用基于STEM理念的翻转课堂教学模式有利于培养学生自主学习与合作能力以及学生的科学素养。

尽管研究存在诸多不足，但仍有可取之处，在教学过程中学生的表现是积极热情的，这也是对新的教学模式的一种肯定。另外，随着我国对人才需求向创新型转变，教育的目标和教学考核方式必定发生相应改变，可以从近几年高考中创新题型的增加可以看出这种趋势，因此教学模式必定会发生改革，STEM教育理念完全符合现代教育要求，而随着信息时代的到来翻转课堂也必定会大范围实施，所以基于STEM理念的翻转课堂教学模式必定会发展应用起来。