融合STEAM理念的化学教学

梅杰 李浪

摘要：基于STEAM教学模式，以化学知识为基础、融合信息技术、工程和数学思想，以解决问题和完成作品为目标，对高中化学"饭卡溶解"进行教学设计，学生的活动作品为"隐形饭卡"。教学实践表明，该活动能培养学生解决实际问题的能力和合作的意识，提高学生化学学习的兴趣。

关键词：STEAM;化学教学;饭卡

STEAM教育是集科学、技术、工程、艺术、数学的综合教育，是让孩子发现并整理出与问题解决相关联的不同学科知识并整合，运用跨学科法去解决真实问题，不断提高每一位学生的学科理解力，并在此过程中掌握知识与技能。这就是STEAM教育的核心理念。

這个项目我们让学生来完成，学生需要先查阅资料，了解饭卡的构造及刷卡原理，从而判断饭卡改造的可行性，然后根据材质选择合适的溶解试剂，这个溶解试剂要具备速度较快、毒性较小，且不能溶解漆包线表面的漆的特点。

一、项目背景

您是不是有时候到了食堂，却发现未带饭卡？如直接把饭卡放手机保护壳里，又有点凸起，很不爽。那能否把饭卡“融入”手机，成为隐形饭卡呢？

二、资料查阅

（一）硬件构成

1.通俗解读：塑料壳里面封装了一个很小的芯片加若干线圈，线圈外面是漆。

2.专业解读：饭卡属于非接触式ID卡，或称射频卡，其核心部分是一个带有电磁感应的漆包线做成的线圈的和微型计算机芯片，外层由PVC（聚氯乙烯）材质覆盖。漆包线由三部分组成，最内层是铜，中间是PU聚氨酯，最外层是PA聚酰胺。

（二）刷卡原理

1.通俗解读：当你刷卡时，实际上是饭卡中线圈的磁通量变化，产生电流，芯片启动，从而与读卡器发生数据交换。

2.专业解读：当你刷卡时，射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个IC串联协振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC协振电路产生共振，从而使电容内有了电荷;在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。

三、改装原理

知晓了饭卡的构造及其工作原理，就可以大胆开始改造了。

聚氯乙烯（PVC）具有较高的抗腐蚀能力，能溶解于醚、酮、氯化脂肪烃和芳香烃等有机溶剂，例如环己酮、1.2-二氯乙烷和四氢呋喃。根据毒理分析，结合PVC性质，实际采用多种药品按照一定比例勾兑，以具备较好的溶解能力。

四、操作过程

为了能清楚知道改造前后的情况，下面详细说明实验过程。

将按照一定比例配制的溶解液倒入表面皿至淹没饭卡，盖上，置于通风处，等待大约2个小时，PVC材质就充分溶胀并分散。

用玻璃棒小心的把芯片和线圈挑出来，冲洗干净并晾干。为了巩固战果，我们在其两面粘上透明胶布，再掀开手机保护壳内的绒面部分，将芯片和线圈放入绒面下方，再全部盖上绒面，就基本恢复了原状，几乎看不出已经有芯片和线圈隐藏在保护壳了，套上手机吧！从此手机就是饭卡，饭卡就是手机，一机在手，食堂就餐无忧。

五、收获

Science：了解电磁场原理（物理）、聚氯乙烯成分及其基本性质（化学）、溶解液的毒性及其安全防护措施（化学）。

Technology：溶解后清洗并增加保护措施，融入手机外壳。

Engineering：设计制作流程-选材、选择实验地点;合作解决问题-讨论制作过程中的要点，做好安全防护。

Arts：溶解后采用既轻便又美观的保护措施。

Mathematics： 解决问题时不遵循传统解决方法，另辟蹊径，从而创造性解决问题。

同学们在老师的指导下完成了STEAM作品的制作，当兴趣成为动力之后，成绩的提升就会更快了。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部制订普通高中化学课程标准（2017版）[M].北京：人民教育出版社， 2017.

[2] 傅骞，刘鹏飞.从验证到创造--中小学STEM教育应用模式研究[J].中国电化教育，2016.