STEM思想引领下的高中化学教学方法研究初探

【摘要】在课程改革背景下，传统的高中化学教学方法难以满足学生的真实需求，学生在课堂上的参与欲望和学习兴趣呈现减弱趋势。对此，文章将基于现阶段高中化学课的教学现状，探索将STEM思想融入高中化学课中的具体方法，从情境导向、实验探究、问题引领、总结分析等多个角度，探索科学、技术、工程、数学知识与化学教学融合的路径，让学生在教学环节衔接自然、教学过程流畅、内容丰富和形式新颖的课堂上，夯实知识基础，提高科学探究能力。

【关键词】STEM思想;高中化学;教学方法

【基金项目】本文系2021年度甘肃省教育科学“十四五”规划STEM教改实验专项课题“国外与国内STEM教育校本教研机制比较研究—以英国伦敦与甘肃省中小学教师专业发展为例”阶段性研究成果，课题立项号：GS[2021]GHBZX105。

作者简介：杨芳恒（1978—），女，甘肃省定西市通渭县第一中学。

STEM由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四个名词的首字母构成，旨在将科学、技术、工程和数学知识融合，打破学科之间的界限，以融合式教学作为教学的主要模式，推动知识的迁移与运用。在课程改革和教育发展的过程中，STEM这一跨学科整合式的教学模式，得到了教育者的广泛关注，基于此背景，高中化学教师将其与化学教学融合，指导学生在特殊情境和讨论交流环节中，有意识地利用科学、技术等学科的知识理解化学概念，解决化学问题。此方式有助于激发学生的学习兴趣、培养学生的科学精神，让他们具备实践探索和综合思考的能力。在开展课堂教学的过程中，教师要及时调整教学方案。

一、在高中化学教学中引入STEM思想的重要价值

在高中化学教学中引入STEM思想，其价值主要可体现在三个方面。

第一，教学方面。传统高中化学课堂中，教师依据化学教材的编排顺序，逐一讲解教材中的理论知识和练习题，未能按照高中生的成长规律和实际学习能力筛选教学内容和教学形式，课堂上常常出现知识系统性差、学生理解不够透彻的情况。而将STEM思想融入高中化学课堂，能够将复杂的化学知识串联起来，形成一个内部层次清晰的知识系统，让学生依据数学、科学、技术和工程等学科的知识，合理地转化化学概念和问题。在这一过程中，学生会更为全面地理解化学概念，参与化学课堂的积极性明显提高，这也能提高化学教学效率。

第二，教师方面。在高中化学教学中融入STEM思想，需要教师同时掌握工程、技术等学科的知识，这对化学教师的专业能力和知识融合能力提出了较高要求。为了娴熟地运用STEM思想开展化学教学活动，教师要在自我成长期和教学准备期参与集体培训、开展自主学习，以提高专业素养和教学能力，更自如地驾驭化学课堂。STEM教育理念与化学教学的融合，有助于推动教师的专业成长和综合发展[1]。

第三，学生方面。教师把STEM思想作为化学课堂教学的指导理念，将工程、技术等学科的知识与化学教学融合，改变了传统的化学课堂教学模式，确立了高中生在化学课堂上的主体地位。当学生主动参与化学课堂后，既能掌握基础的化学知识和实验技能，又能自觉地运用数学、工程等学科的知识解决化学问题。在此过程中，学生的实践探究能力、科学精神、综合思维等皆能有所提升，在此基础上，学生能以化学探究为起点，开启科学探究之旅。这有助于促进学生的综合发展。

二、STEM思想引領下的高中化学教学方法

本文将以新人教版高中化学选择性必修3《有机化学基础》第四章“糖类”“蛋白质”的教学内容为例，让学生探究糖类、蛋白质等基本营养物质的属性以及其与人的生命活动之间的关系，将数学、工程、技术等学科知识作为辅助元素，促使学生展开深入探究，让他们在科学探索中挖掘知识内涵、感悟知识真谛，以此提升化学教学的实际效果。

在设计教学环节时，教师要依据课程教学的内容和STEM教育理念的实际要求，确定理论教学和实验教学的目标，针对“糖类”和“蛋白质”等单节课的实际内容，教师可遵循STEM理念设定如下教学目标。

科学目标：明确葡萄糖、蛋白质的主要特征和其反应，能够与生物等其他学科中分析和鉴别蛋白质、糖类的方式展开对比，将不同学科的知识融合。

技术目标：学会鉴别和提炼糖类、蛋白质等营养物质的基本方法和技能。

工程目标：了解医药等领域中葡萄糖试纸的基本生产工艺流程。

数学目标：能够运用数学推理、分类等方法展开科学探究，确定化学实验中材料的用量，培养学生严谨和辩证的思维态度。

在确定教学目标后，教师即可正式开启教学活动，通过创设情境、组织交流讨论等，将上述目标融入具体的教学环节和教学内容之中，以此让学生自主学习和深入探究，让他们明确化学原理，掌握基础知识和技能，并形成科学精神和综合思维。

（一）情境导向，激发学习兴趣

在高中化学教学中，激发学生的学习兴趣是最为关键的任务，只有学生产生强烈的探究兴趣，他们才能自觉地分析和解读化学知识，积极配合教师的课堂教学。因此，教师应把激发学生的学习兴趣作为课堂教学的首要任务，根据情境导向原则，结合STEM教育理念，为学生创设生活化和视听化的学习情境，让他们在情境的引导下明确课堂学习的主要内容和具体方向，并能将现实生活中积累的数学、技术和科学等学科的知识经验，运用于学习过程中。如此，学生的化学学习兴趣会更为强烈，参与课堂教学活动的积极性也会明显提高[2]。

基于情境导向的需要，教师把课程内容和高中生的现实生活经验作为主要依据，引导学生回顾旧知、深度思考。在教学“糖类”和“蛋白质”时，教师可以在课堂导入阶段创设生活化的情境，利用多媒体设备展示生活中常见的食物图片，如鸡蛋、苹果、米饭和土豆等，提问学生：“这些食物中富含哪些主要的营养物质呢？”让学生主动回顾初高中阶段学习的化学知识，将新知识与旧知识联系起来。而后，教师以具备技术性和探究性特征的“糖类和蛋白质是我们人体所需的基本物质，那么在现实生活中，你还知道这两种物质被应用于哪些方面？我们应该怎样鉴别它们？”这一开放性的问题，将化学教学与现实生活中的工程、技术等问题融合，让学生结合生物科学、食品科学等相关知识，探究化学问题。在这一过程中，学生不仅能够将化学知识与自身的实际生活联系起来，也能从社会进步和工业发展的角度思考化学问题，这样可以极大地调动他们的学习热情。

（二）实验探究，锻炼实践技能

实验是化学教学的重要组成部分，在STEM教学模式中，为锻炼学生的实践技能、突出学生的主体地位，在学生完成自主预习任务、明确课堂学习内容后，教师可以指导学生开展实验探究活动，让他们利用在实验中掌握的技术，引入数学思想，运用科学知识，在操作和探究的过程中阐释相关现象，解决化学问题[3]。

在“糖类”和“蛋白质”的教学中，为锻炼学生的实验操作技能，让其准确理解化学原理和概念，教师以小组实验为载体，指导学生开展探究活动。教师提前准备4支试管，分别装有葡萄糖、淀粉、蔗糖和稀释的鸡蛋清，但没有给试管贴标签，旨在培养学生的数学分类意识，让他们运用科学技术明确这4支试管中装的材料。同时，教师为学生提供基本的实验材料，如碘酒、浓硝酸、氢氧化钠、新制氢氧化铜，以及酒精灯、试管等基本道具，引导学生自主分组。在分组的基础上，各小组运用信息技术手段，查阅与实验相关的生物、物理等学科知识，将不同学科知识联系起来，从不同角度理解实验的目的，并在准确理解实验目标的基础上，进行小组实验，利用教师提供的和自己搜集的材料解决性质判定的问题，了解糖类和蛋白质之间的区别，通过这一流程，学生的科学探索意识、实践探究技能得到明显增强。

（三）问题引领，解决实际问题

学而不思则罔，思而不学则殆。从古至今，问题意识都是人们应具备的基本素养，唯有不断产生疑问，且能根据疑问展开探究，人才能在学习和生活中发展和进步。因此，在STEM思想的影响下，教师应坚持问题引领的原则，围绕实验探究环节产生的问题进行提问，鼓励学生思考和交流，让他们结合科学知识和技术操作过程理解知识，进而明确解决问题的具体路径[4]。同时，教师也要适当地引出延伸问题，引导学生将所得结论和化学理论运用于解决其他问题中，以此提升学生的知识运用和科学探究能力。

针对上一环节的实验过程，教师可向学生提出如下问题：1.如何鉴别四管不同的物质？具体方法是什么？2.蔗糖与葡萄糖都属于糖类，那么为什么可用于鉴别葡萄糖的办法，却无法用于鉴别蔗糖呢？具体原因是？

在教师的启发下，学生进行探讨和分析，结合生物学科的基礎知识，从银镜反应、生成沉淀、淀粉遇碘变蓝、蛋白质遇硝酸变黄等多个角度，回答上述两个问题。

当学生初步具备探索意识和探究能力后，教师可将医药科学、技术和工程方面的知识与本课的教学内容结合，让学生在深度思考、实践操作的过程中，掌握基本技能，了解操作路径。在学生展开探索之前，教师提出“糖尿病患者的血液和尿液的含糖量较高，如果你是一名糖尿病检测人员，你该如何检测糖尿病？”这一生活化的探究问题。针对这一假设性问题，学生从技术、工程等方面展开思考，明确糖尿病患者的血液、尿液中哪一种糖类物质的含量过高，应该用怎样的技术手段检测等，并运用数学知识计算不同方案的成本，最后确定试纸检测法为时下最佳的检测办法。学生提出预设方案后，教师带领学生开展技术操作活动，展示试纸检测法的基本操作过程，即在试纸上沾葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶，并将其烘干，而后放到葡萄糖检测仪中进行检测，并绘制其反应原理图，如图1。

在整个过程中，学生不仅要将医药学中的科学知识融入化学知识中，还需具备基本的技术操作能力，明确工程量化生产中存在的具体问题，能利用数学运算技能解决计算问题。这一教学过程体现了STEM理念与高中化学教学的融合，有助于培养学生的科学精神、实践探索能力。

（四）总结分析，提升综合思维

经过前面的教学环节，学生的知识储备量和实践能力有明显提高，在教学的最后环节，教师可将关注点再次集中于课堂导入时的问题，让学生在首尾相接的教学模式中进行总结和分析，将化学知识与生活问题融合，促使他们将科学知识、实验技术和数学计算能力等运用于解决现实生活问题中，长此以往，不仅能够提高学生的综合思维，还能提高他们的实践能力[5]。

在学生完成糖类和蛋白质反应的化学实验后，教师延续导入阶段的问题：“针对现实生活中常见的鸡蛋、苹果和米饭等食物，我们该如何利用化学技能和科学知识分辨其中包含的营养物质呢？”在此问题的驱动下，学生根据实验探究中获得的经验和知识，互相交流和分享信息，从不同角度探索解决问题的具体办法、技术要点和工程步骤，在探索生活化实验的过程中，明确生物学物质和化学物质之间的异同点。而后，根据本课的教学内容和实际情况，教师进一步布置具有拓展性的课后作业，要求学生运用本课学习的化学知识、科学技术等，鉴别不同地区特色食物中的基本营养物质，以此扩大学生的学习范围。

结语

综上所述，为推动化学学科教学改革进程，教师把STEM思想作为高中化学教学的指导理念，采用创设情境、实验探究、问题引领和总结分析等策略，引导学生利用技术、工程和数学等学科的知识理解化学概念，分析化学问题，将多学科知识和技能融合，合理地转化复杂的化学问题。这样既可以增加化学教学的趣味性，也能让学生的注意力集中于化学课堂上，让学生采用多元化和创新化的方法解决化学问题，如此，高中化学教学会发生脱胎换骨的变化，教学质量也会得到明显提高。

【参考文献】

[1]王洪珠.STEM教育在高中化学教学实践中的研究[J].数理化解题研究，2021（03）：73-74.

[2]伍军.基于STEM理念的高中化学实验设计研究[J].中学课程辅导（教学研究），2020（14）：18-19.

[3]甘思华.探讨高中化学教学中STEM教育理念的渗透[J].中学教学参考，2020（17）：72-73.

[4]石嫦芳.stem思想引领下的高中化学课教学方法研究[J].新课程（中学），2019（04）：28-29.

[5]李辉红.STEM理念下开展化学实验课的实践研究[J].课堂内外（高中教研），2021（07）：72.