基于STEAM理念的初中化学实验探究式教学——以沪教版“氧气的制取与性质”的探究性教学为例

查维娟

(江苏省泰州市兴化市昭阳湖初级中学 225700)

所谓STEAM教育，是科学Science、技术Technology、工程Engineering、艺术Art、数学Mathematics各取首字母的合并统称.实验探究式教学与STEAM教育理念之间有着较高的契合性，在STEAM理念的基础上开展初中化学实验探究式教学，具有良好的研究价值，对培养学生核心素养，激发学生学习兴趣，提高课堂教学效率具有重要的意义.

1 基于STEAM理念的初中化学探究式实验教学设计

若想在初中化学探究式实验教学中融合STEAM教育理念，教师可以按照以下几个角度实施探究式实验教学.

1.1 提出有价值的研究问题，并做出合理的假设

针对这个教学步骤，教师需要带领学生通过各种途径搜集实验资料，并对化学知识进行全面的梳理.从教学目的上看，该步骤主要培养了学生收集信息、整理信息的数学素养.

1.2 设计科学的实验方案

这个教学步骤需要学生认真思考、积极交流，并与教师细心沟通，营造融洽的互动氛围，商讨出合理的教学方案.从教学目的上看，该教学步骤主要针对学生求知欲望、探究精神等科学素养的培养.

1.3 带领学生动手操作，鼓励学生独立完成实验探究过程

该步骤需要学生们在讨论的过程中确定可行的实验方案，并能将设计的实验环节全部落实.从教学目的上看，这对于学生动手实践能力的提升大有帮助，可以有效提升学生的技术素养.

1.4 根据实验数据，总结出最后的结论

该步骤的关键点在于展示成果，教师可以让学生以个人或团队的形式与其他同学共享实验结果.从教学目的上看，这可以培养学生归纳总结的语言能力，对于提高学生的艺术素养具有积极的影响作用.

1.5 对整个实验环节进行全面复盘，综合评价每名学生的表现

探究性实验教学应当做到收放自如，当学生完成探究实践之后，应当积极反思、多元评价，这样才能及时做好查缺补漏工作，保障学生们化学能力的全面进步.从教学目的上看，这个教学步骤主要针对学生的工程素养.

2 基于STEAM理念的初中化学探究式实验教学策略分析

针对以上教学设计，本文以上海教育出版社初中化学九年级上册第二章《基础实验1·氧气的制取与性质》的探究性教学为例，进行以下授课实践.

2.1 创设趣味情境，提出思考问题

在实验教学之前，教师可以提前准备几个网上购买的便携式氧气呼吸器，让学生体验呼吸器，并对学生提问：一个小小的呼吸器居然能源源不断地制造出氧气，大家知道它是怎样制造氧气的吗？针对这个问题，教师可以适当给予提示，以促进学生的深入思考.例如，呼吸器是否利用了光合作用？呼吸器的制氧原理是否属于工业制氧的范畴？在提出工业制氧的概念之后，教师可以通过多媒体设备播放工业大量制氧的视频，展示制氧环节，即空气经过干燥和除去二氧化碳后，经加压和降温，形成液态空气，再升温至-196℃，分离出氮气和液态氧气.

以此为基础，教师继续提问学生：如果我们在平时生活中，想要通过化学知识来获取少量的氧气，该如何操作呢？随后，教师带领大家联系旧知，回想有哪些学过的化学反应可以伴随着氧气的生成.通过交流讨论，教师提醒学生们将这些反应全部记载下来，并逐个分析这些化学实验的可操作性.例如，加热氧化汞生成汞和氧气，是否适合实验室制氧？电解水实验呢？在此基础上，教师应提示学生，要从能源消耗、能源污染、操作复杂程度等多方面进行思考，尽量让化学实验既环保又节约，操作过程不会太过于繁琐.学生们经过进一步的讨论，不难发现汞有毒，容易造成环境污染.而水电解对电能的消耗较大，且操作过程比较复杂，生成的氧气不易保存，二者都不适用于实验室制氧.经过综合性的考虑，排除掉多余选项，可以确认以高锰酸钾药品来制备氧气.

2.2 引导学生质疑，加强探究体验

关于高锰酸钾制取氧气的实验，学生们经过前期的学习，大多只是初步了解该实验的化学方程式，但对于实验的具体细节，许多学生却一无所知.为了有效加强学生的探究体验，教师可以巧妙的引入一些干扰元素，引导学生不断质疑，进一步促进新知与旧知之间的联系，帮助学生迅速熟悉该实验的细节与每一个操作要点.

如图1所示，教师可以先通过电子白板展示实验设计图B与设计图C，并询问学生：大家认为哪一种设计图比较适合这次实验呢？通过简单的讨论分析，学生不难发现教师给出的陷阱.因为高锰酸钾属于固体，B、C两张设计图中明显都有液体，都不是正确选项.当学生正确提出质疑以后，教师可以适当给予赞扬，并趁热打铁，继续布置下一个陷阱：教师想要采用向下排空气法来收集氧气，大家觉得合适吗？如果不合适，你觉得应该用什么方法？该问题旨在引导学生联系旧知，通过以前的学习，学生可以回忆起向下排空气法主要针对密度比空气小且不与空气反应的气体.而氧气密度明显大于空气，如果采用向下排空气法，制取的氧气会从瓶口流失，故而不适合.在此基础上，学生经过再一次的质疑与思考，可以确定排水集气法与向上排空气法相对比较适合这次实验.由此，学生也能认识到气体的收集与气体的密度与溶解性有关，在实验理论的学习上又准确掌握了一处重要的知识点.

图1

2.3 鼓励改进实验，促进迁移内化

在情境导入、质疑讨论两个教学环节之后，学生需要亲手实践，完成高锰酸钾制取氧气的实验操作流程.但对于实验中某些容易忽略的细节，教师还需要提醒学生注意.对此，化学教师可以先通过电子白板，播放一些失败的实验视频.比如，有的学生在加热高锰酸钾的过程中，试管底部突然炸裂.有的学生操作实验时，发现水槽中的水突然变红了.还有的学生在制取氧气时，不知该如何判断氧气已经收集完毕.针对这些问题，教师可以将课堂的主导权还给学生，让学生以小组为单位，分析以上视频中的错误细节，思考出现实验事故的因素是什么，如何该对实验进行创新改进.

当学生讨论完毕后，教师可以按照实验设计，连接好相应的实验器械，并让学生总结之前讨论的结果，对不正确的地方进行调整.例如，装有高锰酸钾的试管管口并没有略微倾斜向下，而高锰酸钾加热会生成水蒸气，遇试管壁冷凝会回流，从而造成试管底部的炸裂，这也是需要改进的环节之一.试管口应当加塞透气的填充物，如棉花.因为高锰酸钾药品为粉末状，在加热的过程中容易从导管中进入水槽，这也是水变红的原因.最后，判断氧气是否收集满，需要观察细节.如排水收集法，要看气泡是否从收集瓶中逸出.再如向上排空气法，可以将带火星的木条放置在瓶口，观察是否出现复燃的情况.在此基础上，教师可以适当的补充两种收集氧气方式的优缺点，如排空气收集的氧气杂质相对较多，排水收集的氧气则比较湿润.经过综合性的交流和纠错，展示出的设计成果如图2所示.最后，教师带领学生确认全部实验细节后，可以让学生完成最后的实验操作，并妥善记录实验结果.

图2

3 基于STEAM理念的初中化学探究式实验教学总结

在完成实验教学后，教师可以采用调查问卷、个案访谈的方式，分析本次探究式实验的教学效果.

3.1 调查问卷与相关分析

发放调查问卷之前，教师可以先带领学生对整个实验过程复盘，为学生普及STEAM教育的理念，让学生了解到每一个教学环节的目的是什么，有哪些想要培养的目标.并通过学生自评、学生互评等方式，引导学生反思自己在哪些方面的学习出现了进步，又有哪些地方存在着不足之处.然后，教师为学生发放调查问卷，针对性地提出问题，以分析STEAM理念与探究式实验的结合情况是否达到预期的成效.通过多角度、多样性的问题，判断学生的学习兴趣、思维能力、实践能力、合作能力、创新意识等素质是否发生了明显的进步.本次40人的学生群体经过问卷调查，最后的结果如图3所示.可见大部分的学生在实验兴趣、实验思维、实验操作、实验合作、实验创新等方面都有了显著地成长.仅有2人没有明显地变化，可见STEAM教育理念与化学探究式实验的兼容性较强，可以有效提高学生的学习效率，对学生化学综合素质地成长大有裨益.

图3

3.2 个案访谈与相关分析

在完成问卷的基础上，教师还需要进一步做好查缺补漏.比如，本次教学有两名学生并未出现明显的学习进步，可以针对个案来组织访谈工作，了解学生的实际情况，分析STEAM理念下的化学探究式实验为什么没有取得良好的教学成效，找出可以改正的教学细节.由此，教师充分贯彻了以生为本的教育原则，力求让化学实验教学做到精益求精.