基于STEM教育理念的初中化学教学分析

张义成

（陇南市成县索池学区 甘肃 陇南 742509）

引言

在提倡培养学生核心素养的背景下，将STEM 理念融入初中化学教学中，重视融合实际情境和化学知识，进而全面调动学生学习化学的主观能动性，有效解决学生在化学学习时的问题，提高学生化学学科整体学习能力。为此，教师要注意这一点，结合学生学情，优化化学教学设计，采用更适合学生接受的教学方法，完成化学教学工作，进而高效培养学生化学学习能力。

1.初中化学教学中STEM 教育理念分析

当STEM 被引进到国内时，许多学者对STEM 的性质进行了探讨。从实践角度来看，STEM 研究主要有两类，一类是“整合取向”，它主张以多学科融合为中心，注重通过多学科融合来提高学生的综合素质和能力，并通过多学科融合来解决现实问题。在此趋势下STEM 教育不仅要从科学、技术、工程和数学四个方面进行综合，而且要向“STEM+”（又称“STEMx”）发展。另一类是“细分取向”，即STEM 教育应当对四个专业的融合进行细致的研究，并从中发现适合于社会需要的发展模式。主张STEM 课程在引入时应注重科技与工程学的结合，而这一模式更符合中国目前的基础科技课程发展状况。STEM 教学应该保持一门课程的特色，让人更容易了解、更容易实施，但也只是在交叉学科的层次上进行，更多是对两门课程融合之后的情况进行探讨，而忽略STEM“入驻”之前学生自身情况，这一点值得反思。STEM教育实质，就是要在孩子很小的情况下，就培养学生基本素质、社会关怀、家国情怀，保护学生自主发展能力，沉淀学生的自主学习，“隐去”学校教育中的“分数”、不合理竞争等因素，从而激发学生潜能，为国家和社会作出更大贡献[1]。

2. STEM 理念在初中化学教学中的应用价值

2.1 有利于培养学生兴趣

初中化学教学时，培养学生化学学习兴趣十分必要。在化学课上，大部分学生并不喜欢化学课。许多学生只了解课本上的知识，对课外研究兴趣较少。另外，大多学生在学习前并未形成良好的学习习惯，缺乏自主学习和探究能力，对化学学习的兴趣较弱。然而，STEM 教学理念在提升学生化学兴趣方面起到了积极的促进作用。通过STEM 教学，使得学生亲身体验化学知识，逐步提高化学知识学习及应用能力[2]。

2.2 有利于培养学生实践技能

在初中化学教学中，化学实验是提高学生实际操作能力的一个重要环节。然而，在传统实验教学中，教师通过讲解、播放录像等方法，使学生理解知识要点，缩短实验操作的时间，增加理论知识讲解时间，很难让学生真正地投入到实验学习中，从而影响学生实际操作能力的提升。然而，在STEM 教学思想指导下，教师积极地组织学生分组开展协作式探究实验，以使学生更好地了解化学理论知识。化学实验中，各实验组根据不同因素进行实验，进行实验探究、观察现象、记录现象、分析处理数据等，即可增强学生动手能力，使学生在学习过程中解决化学学习问题，达到提升化学知识应用能力的目的。

2.3 有利于培养学生化学探究能力

在化学课程教学中，探究能力是学生应具备的基础素质。学生在课堂上发表自身观点，与老师及同伴进行沟通，并在课后进行有关环保、生产、科技等项目的探索活动，使得学生化学探究求知欲不断提升。教学时，教师利用STEM 教学理念，通过设计实验来提高学生探究意识，使得学生在参与化学探究学习过程中将化学知识内化于心，并在成功完成化学学习任务后生成成就感，这对培养学生化学核心素养尤为关键，可切实落实素质教育立德树人目标。

3. STEM 理念在初中化学教学中的应用策略

3.1 创设教学情景，在课堂导入中激发学习兴趣

在初中化学教学时，精彩的课堂导入可以提高课堂的学习效果，不仅能够吸引学生的注意力，将学生兴趣点转化到课堂中来，还能将教学内容进行生动的展现。STEM 教学是一种以生活为基础的教学活动，要求教师通过创造生活活动，使学生能在生活活动中获得所学知识[3]。由于化学是初三的“开门课”，相对于其它课程来说要晚一些，学生要在短暂时间里掌握诸多知识。在进行概念教学时，教师可以把其同生活中的实际相结合，寻找能在生活中运用的物质，并创造情景。需要注意的是，在导入这一环节不能太复杂，不然会耗费时间，导致学生无法注意到学习的要点。例如，在教学“原子的构成”一节时，老师可以出示一张原子弹在日本引爆的照片，并说明二战中美国对日本投下了两枚原子弹，造成了日本的毁灭性破坏，从而使日本在二战中被击溃。先用历史实例引起同学们对核弹的好奇，再以热情设定问题，为何核弹的爆炸会造成如此庞大的能量？激发学生的学习动力，积极探索问题的成因。通过此种方法，可以把枯燥无味的原子结构和学生感兴趣原子弹问题结合在一起，让学生的主观能动性得到最大程度的发挥，促使学生从被动接受知识到主动探究。

3.2 以问题为中心，驱动学生深入学习

STEM 教育以问题导向式和项目式为主要教学方式，此种方式反映了建构主义理论的核心观点，切实满足初中化学课程内容多、课时少的要求。化学学科本身强调的是科学探究性，通过发现问题、理论分析假设、进行实验记录现象、解释现象得出结论等过程，能对学生思维能力进行培养。“问题为本”的课堂教学有利于教师更好地进行科研探索，有利于培养学生的思维与能力，不仅使学生不仅在某一方面有所收获，更使学生的思考能力有所提升。在STEM 教学中，注重工程和知识在生活中的运用[4]。因此，设计的问题不能是简单问题，也不能是无用问题，而是要与日常生活和生产有紧密联系的问题。例如，在学习“燃烧与灭火”这一小节内容时，老师可以从对燃烧条件的探究开始，来设计问题，即消防队员在扑灭森林火灾时，是如何扑灭的？在什么条件下，才能引发一场森林火灾？在日常生活中，到处都可以看到燃烧现象，而教师所设计的每个问题也都是从生活实例开始，从而引导学生进行自主思考，完成新概念的建构，并对具体问题进行理解。通过对问题的研究，可以使学生在学习过程中获得良好的学习效果。例如，在讲解“二氧化碳和一氧化氮”时，教师可以先介绍几个典型的气体中毒事例，再提出问题，如谁能说出气体中毒的原因？在此基础上，老师可以用提问的方式来指导学生的思维活动，如“为何以往燃煤炉时，不把窗户和窗户关闭，而是要让房间通风？”“为何使用CO2 灭火？”等，通过对这些多样性的化学问题进行合理的设计，能对学生思维进行有效启迪，而且还能以此来推动学生在对有关问题进行思考，将物理学科等其它学科的知识进行有效地运用其中，从而提升待学化学新知的课前引入的有效性，有利于提升学生自主学习实效性。

3.3 组织化学实验，锻炼学生实践能力

在初中化学教学中，化学实验教学内容占据重大比例。STEM 教学注重学生的动手能力，在化学实验中，教师不仅能够向学生展示出化学的神奇魅力，还能够将化学作为科学操作的严谨性表现出来，让学生在学习化学过程中获得更多的乐趣，从而对化学实践有更深层次的理解，并指导学生将所学到的知识付诸于实践。初三年级学生，正是处在青春期，其对未知事物充满着好奇心，并有着敢于尝试的心理[5]。然而，化学实验本身也拥有丰富多样的特征，可以让学生积极地去操作化学实验，从而在实践过程中，对化学知识有更多的理解。

例如，在进行“氧气的实验室制取与性质”实验探究时，老师可以先用演示的方式让学生认识到氧的产生过程和需要注意事项，并以这些理论为依据，指导学生进行实际工作，通过直观的实验，归纳出氧的特性。在氧气制取实践中，教师也可以指导学生进行实验探究，并提出自己的想法，在保证学生生命安全的前提下进行试验，来证实自己的猜测。通过实验的探索，使学生对所学内容有了更深层次的理解。

又如，在学习“酸碱中和反应”知识点时，教师要充分认识到其独特的魅力，了解其对学生的吸引力，并以趣味化创新实验来指导学生进行高水平的实验知识学习任务和实践操作活动。教学过程中，化学教师必须转变以往的教学方法，使学生能更全面地体会到实验知识，并能更好地参与到实验知识的探索和实际应用中。化学教师利用魔法方法，将酚酞溶液与稀盐酸依次注入，改变溶液色泽，从而达到不同的色彩。在此基础上，教师为学生配备相应的实验设备和仪器，引导学生从多个视角去探究实验知识，增强学生动手能力。保证实验操作科学性和创造性，使学生能充分应用所学的实验知识和特点，提高实验教学效果[6]。

再如，在化学课的第一堂课上，教师可以做一个有趣的实验，把一块手绢放进一个装满酒精的烧杯里，用镊子把它拿出来，再用火柴点燃。学生会注意到，尽管有火焰在手绢上燃烧，但当火焰被扑灭时，它却安然无恙。随之，教师还又可以设计一个有趣的化学实验，即蓝色玻璃瓶，倒入适量葡萄糖液，滴入几滴0.1%亚甲基蓝，亚甲基蓝不可多放，否则会影响颜色，再在一定浓度下添加NaOH。然后摇晃烧杯，烧杯里的液体先是变成蓝色，静等两分钟便无色，再变成蓝色。通过这两种实验，通过学生相对熟悉的生活材料和情景，即可使其感受到化学实验的乐趣，进而迫不及待地探究神奇的化学知识。

3.4 建构化学概念，提升计算能力

在STEM 理念指引下，化学教师在教学过程中可以结合数学知识，带领学生进行化学计算题的训练，以保障学生在跨学科学习过程中，能在掌握化学基础知识时，提高计算能力。化学概念与基本原理是学生进行计算的基础与核心，而化学计算则能加强学生对基本概念和基本原理的理解。在初中化学计算题教学中，必须要注重应用实用理念和原则[7]。在解决问题时，要做到对目标和信息的正确分析，为学生提供必要的知识和内容，从而促使学生高效率解决计算题。化学术语本身就有一套由化学方程式、离子符号等组成的语言体系，通过符号体系将化学知识从具体概念转化为抽象概念，让学生能更好地理解化学本质，从而加深学生对化学知识的理解程度。化学式价值是经过实验后严格规范和认知的，是一切物质的基本公式，从量的角度来看，可以从微观和宏观的角度来分析化学式，也可以从典型材料中挑选出合适的计算对象。例如，在学习化学计算习题解题方法时，根据纯净物化学式，从氧气、二氧化碳、高锰酸钾、氢氧化钙、无水硫酸铜中，选择二氧化碳和硝酸铵作为代表，并根据说明书元素质量进行计算，即可进一步提升学生计算化学题的效率和质量。

此外，在初中化学计算题学习时，教师应该遵循着“质量守恒定律”，让学生清楚了解化学反应原理，再深入剖析化学习题。“质量守恒定律”是参与化学反应各个物质的质量之和，学生在做实验时应该分析化学作用前后的物质总量。在这一过程中，尝试分析物质质量发生的变化，按照化学方程来分析每一种物质的质量，对物质质量与质量守恒定律的关系有更深入的了解。具体来讲，教师应引导学生关注以下几点：一是参加该反应的反应材料数量之和与该物质总重量相等，其余反应物质不计入。二是在化学反应前后，各种元素类型保持不变。元素不能创造或消亡，这便是元素守恒。三是在化学反应前后，原子种类、数量和质量都不会变化，这便是原子守恒。四是“物质守恒定律”可以用来说明化学的变化，而不能用来解释物质变化情况。在“质量守恒定律”与“客观事实”基础上，学生在按化学公式进行计算时，可以更清楚地认识到物质所发生的各种变化，使学生能更快地分析化学问题，并正确地解决计算问题。在“化学公式”学习中，学生可以利用“质量守恒定律”来加深对化学反应的了解。同时，学生还可以利用“品质守恒定律”，进一步加深学生对化学知识的学习效果，从而有效地提高学生化学学科核心素养。

3.5 注重以生为本，激活学生学习能力

STEM 教育思想重视培养学生创造性思维和动手能力，而传统教育方法是按照原有教学进度向学生进行知识的灌输，而忽略了学生的主体性。在STEM 教育思想指引下，在课堂上要把学生放在第一位，调动学生主动性，培养学生团队合作精神。在进行化学知识教学过程中，教师可以先让学生自由组队，之后让其对这一节课的教学要点展开分析、学习和小组讨论，最后再派一名代表来进行讲解。同时，教师可以在课堂上随意地进行参观，聆听学生解释和分析，并对学生提出疑问。因此，在教学过程中，教师要给学生足够的时间去思考，培养学生分析问题和解决问题的能力。在教学中，以学生为主体的教学方法，就是要将学生在学习上的主体性充分地调动起来，真正激活学生学习化学知识的活力[8]。

例如，在教学“制取氧气”过程中，老师要求学生在实验室中进行实践操作。教师可以让学生回忆一下，有多少种制取氧气的方法，再鼓励学生自学操作，老师也可以在一旁对学生进行指导，并对具体的操作进行提示。在学生根据事先设计的实验方案亲自动手操作过程中，能让学生对其中所含的化学实验知识有更深入性认知，也能够通过这种实践操作，有效地锻炼他们的自主动手操作能力和实验探究能力等化学学科的核心能力，但在整个实验操作过程中要注意加强教师的全程指导和监督，保证能及时发现学生实验操作中的问题。另外，在教学中，还可以通过演示和演示，使学生更好地了解和掌握一些较难的化学实验。在教学时，对于材料难以获得和操作环境比较复杂的实验，可以利用多媒体手段演示。当课堂上的时间不足时，老师可以将一些比较简单的实验作为课下作业，让学生在家里进行操作，这样可以对学生的实际动手能力进行全面培养。

结束语

综上所述，STEM 理念是一种崭新的、先进的教学思想，尚未完全成熟，有着广阔发展空间。因此，在初中化学教师运用STEM 理念过程中，仍存在着一些不确定因素。教师既是课堂教学承载者、实施者和完善者，又是教学理念研究者、践行者和推广者，教师应从STEM 理念入手，积极挖掘STEM 思想在课堂教学中的教育价值，借助课堂知识讲解践行STEM 教学理念，以此为初中生化学知识学习和全面发展提供有利条件，强化学生化学学习效果。