李友銀 石璞 李晉凱

摘要：STEAM教育主要是以基于項目的學習或問題式學習為主要教學（學習）方式。本文是以一個真實的學習情境，即人們對鋁鹽溶液中逐滴加入NaOH溶液生成氫氧化鋁沉淀的質(zhì)量（m）與加入NaOH溶液的體積（V）之間量的關系認識出現(xiàn)偏差，采用小組合作的形式，以問題為導向，借助數(shù)字化實驗、信息技術進行科學探究，通過把科學（S）、技術（T）、工程（E）、藝術（A）和數(shù)學（M）多學科知識的融合，進行知識遷移，對溶液pH與NaOH溶液的體積（V）之間的變化曲線進行數(shù)學處理，建立反應時Al（OH）3沉淀的生成、溶解和NaOH量之間的變化關系圖，從而糾正了人們對Al（OH）3沉淀生成與溶解耗堿量認識的偏差，培養(yǎng)了學生的批判性思維、設計能力和問題解決能力。

關鍵詞：氫氧化鋁沉淀?問題式學習?STEAM教學?數(shù)字化實驗

當前，STEAM教育已成為我國進一步深化課程教學改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和選拔模式、提升學生科學與創(chuàng)新素養(yǎng)的重要抓手。為了加強創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，發(fā)展學生核心素養(yǎng)，我們課題組進行了STEAM教育的實踐與研究。

鑒于人們對鋁鹽溶液中逐滴加入NaOH溶液生成氫氧化鋁沉淀的質(zhì)量（m）與加入NaOH溶液體積（V）之間量的關系的認識出現(xiàn)偏差，開展STEAM教育的教學設計如下。

教學目標

1.在探究鋁鹽與NaOH反應模型的過程中，體驗設計探究方案、綜合運用化學知識以及數(shù)學抽象、計算機編程等跨學科知識解決問題、建立模型。

2.學習數(shù)字化實驗的操作方法，培養(yǎng)實驗能力（觀察能力、提取信息的能力和動手能力等）。

3.通過實驗探究，學習研究問題的科學方法（發(fā)現(xiàn)問題——猜想假設——實證研究——分析、得出結(jié)論），培養(yǎng)交流合作、對話溝通能力、批判性思維以及分析和解決問題的能力。

教學流程

探究是科學學習的重要方式，設計是技術和工程學習的重要方式。在本次教學實踐中，科學探究與工程設計得以凸顯，數(shù)學抽象得以運用，其教學流程如下：

教學反思

1.STEAM教學是通過把多個領域內(nèi)學科知識和技能的教與學整合到一種教學范例中，使學生學習的零碎知識變成一個互相聯(lián)系統(tǒng)一的整體，這樣就消除了傳統(tǒng)教學中各學科知識割裂、不利于學生綜合使用解決實際問題的障礙，是一種跨學科的學習方法。在本課例中，為建立鋁鹽和氫氧化鈉溶液間的相關模型，學生運用了科學：化學學科核心知識（鋁的兩性知識、水溶液中的離子反應、平衡常數(shù)的計算等），技術：數(shù)字化實驗與計算機編程等，工程：探究過程的設計，數(shù)學：數(shù)學抽象、圖形繪制，解決了中學教學中長期存在的一個誤區(qū)（三角形模型），建構(gòu)了鋁鹽和氫氧化鈉反應的梯形模型。學生在STEAM學習過程中，深化了對科學知識的理解，提升了科學與工程學實踐能力，提升了思維的品質(zhì)和創(chuàng)新能力，培育了綜合運用不同學科知識解決問題的能力。

2.STEAM教學通常關注實際問題、注重在真實的情境中開展學習。本課例以中學常見的鋁鹽和氫氧化鈉溶液反應為真實情境，教師作為學習的設計師，讓學生通過項目學習的方式，自主設計、探究反應過程中氫氧化鈉溶液體積、氫氧化鋁沉淀和溶液pH的關系。學生發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的三角形模型和已有的知識相悖，提出質(zhì)疑，通過數(shù)字化實驗和用pascal語言編程驗證，再運用數(shù)學抽象、建模的方法得到了“溶液pH與NaOH溶液體積關系”模型。最后，學生運用已有的化學知識進行計算，在科學論證的基礎上，建立了“Al（OH）3沉淀質(zhì)量與NaOH溶液的體積關系” 梯形模型。這種基于問題、基于設計、基于項目的真實情境下的學習，能有效發(fā)展學生的科學探究與實踐能力，提升學生的科學素養(yǎng)，使學習的過程成為一個分享的過程，更是一個創(chuàng)造的過程。

3.在實際教學中，學生主動提出了應用計算機編程設計驗證，說明課堂不是教師單方面?zhèn)魇谥R的場所。學生的知識面寬廣，課堂上應該是能者為師，教師要放下架子向?qū)W生學習。不斷學習是教師唯一不變的屬性，我們要為未知而學，為未來而教。

參考文獻：

[1]北京師范大學等.無機化學（下冊）[M].4版.北京：高等教育出版社， 2003：673.

[2]李友銀，石璞.鋁鹽與氫氧化鈉反應生成氫氧化鋁沉淀的實驗探究[J].化學教育，2016（5）.

責任編輯：丁?蔚