張思涵，李蕓蕓，黃寶美

(綿陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621000)

通過(guò)文獻(xiàn)分析可知，大多數(shù)課題組主要對(duì)STEM教育的教育政策、理論研究、學(xué)科整合、案例研究等方面進(jìn)行探索，例如STEM教育融入高中生物學(xué)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐研究等。目前暫無(wú)課題組以酸堿滴定為例子進(jìn)行該方面的研究。為應(yīng)對(duì)新世紀(jì)的挑戰(zhàn)，為國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，我們將STEM教育理念與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合，形成一種新的教學(xué)模式，并以酸堿滴定為例設(shè)計(jì)出具體的教學(xué)方案，將其應(yīng)用于中學(xué)實(shí)際化學(xué)教學(xué)中，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析新模式與原有模式之間的應(yīng)用效果，找出基于STEM理念的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)與不足，改進(jìn)后推廣[1-3]。

1 STEM教育理念與翻轉(zhuǎn)課堂簡(jiǎn)介

STEM教育是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineer)和數(shù)學(xué)(Mathematics)教育的簡(jiǎn)稱(chēng)。其意義在于以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生掌握知識(shí)和技能，并能靈活地應(yīng)用去解決學(xué)習(xí)與生活中的實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生的科技理工素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力得到了培養(yǎng)和提升[4-5]。

翻轉(zhuǎn)課堂主要是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，讓學(xué)生利用課下時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，在正式上課時(shí)間則以討論形式解決學(xué)生的疑惑。以信息技術(shù)和學(xué)生中心為核心的翻轉(zhuǎn)課堂模式，順應(yīng)了教育發(fā)展的趨勢(shì)，符合當(dāng)今時(shí)代教育的主題。

2 STEM教育理念與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合在教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》指出，“教育信息化的發(fā)展要以教育理念創(chuàng)新為先導(dǎo)，以?xún)?yōu)質(zhì)教育資源和信息化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)為基礎(chǔ)，以學(xué)習(xí)方式和教育模式創(chuàng)新為核心[6]。”將STEM理念融入中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，各門(mén)學(xué)科聯(lián)系起來(lái)，讓知識(shí)不再有門(mén)類(lèi)界限。而STEM教育在較短的課堂時(shí)間內(nèi)難以完成，因此我們可以結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢(shì)，先讓學(xué)生在課下利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)所涉及的各學(xué)科的基本知識(shí)，在課上綜合各科知識(shí)討論總結(jié)出解決方案。因此，STEM與翻轉(zhuǎn)課堂的結(jié)合更有利于化學(xué)教學(xué)的開(kāi)展。

3 基于STEM理念的中學(xué)化學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式建構(gòu)

探索將STEM與“翻轉(zhuǎn)課堂”結(jié)合應(yīng)用于教學(xué)活動(dòng)中，有利于促進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變和教學(xué)方式的改革，進(jìn)一步推動(dòng)基礎(chǔ)教育課程與教學(xué)改革的深入發(fā)展[7]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中可根據(jù)自己對(duì)知識(shí)的掌握程度，自由調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)度，從而更好的對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行理解和內(nèi)化，加上后期課堂討論的配合，可以更好的幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)質(zhì)量[8]。

本研究在已有的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中貫穿STEM理念，具體過(guò)程如圖1所示。

圖1 教學(xué)過(guò)程及學(xué)生活動(dòng)Fig.1 Teaching process and student activities

4 基于STEM理念的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的中學(xué)化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

4.1 課 前

學(xué)生不是學(xué)習(xí)的機(jī)器，他們有自己的個(gè)性，為了讓不同能力的學(xué)生得到充分發(fā)展，教學(xué)過(guò)程應(yīng)當(dāng)重視個(gè)性化教學(xué)。個(gè)性化教學(xué)的核心是因材施教，其實(shí)施的前提是對(duì)學(xué)習(xí)者個(gè)性的精準(zhǔn)描繪[9]。翻轉(zhuǎn)課堂的基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)和STEM教育的真實(shí)性、體驗(yàn)性、趣味性、跨學(xué)科性、協(xié)作性等特點(diǎn)，都強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，知識(shí)與能力并重[10]。

4.1.1 教學(xué)目標(biāo)

4.1.1.1 知識(shí)與技能

①了解與掌握酸堿指示劑的基本作用原理、變色范圍、影響因素及其選擇規(guī)律等。

②熟練滴定終點(diǎn)的判斷與操作。

4.1.1.2 過(guò)程與方法

①通過(guò)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生綜合思考與動(dòng)手能力。

②通過(guò)小組內(nèi)合作完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力。

4.1.1.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀

①通過(guò)自主配制基礎(chǔ)的酸堿指示劑，培養(yǎng)學(xué)生將書(shū)本知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用建立聯(lián)系的能力。

②利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，樹(shù)立綠色化學(xué)理念，培養(yǎng)科學(xué)發(fā)展觀，增強(qiáng)為人類(lèi)的文明進(jìn)步學(xué)習(xí)化學(xué)的責(zé)任感和使命感。

4.1.2 教學(xué)資源設(shè)計(jì)

1.微視頻設(shè)計(jì)

技術(shù)支持：錄屏軟件+PPT

(1)微課一

教學(xué)主題：酸堿指示劑的分類(lèi)

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解簡(jiǎn)單酸堿指示劑的分類(lèi)

視頻時(shí)長(zhǎng)：4分鐘

(2)微課二

教學(xué)主題：酸堿指示劑的變色原理與變色的 pH 范圍

學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解酸堿指示劑的變色原理，熟悉變色的 pH 范圍

視頻時(shí)長(zhǎng)：6分鐘

(3)微課三

教學(xué)主題：酸堿指示劑類(lèi)型及配制方法

學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握酸堿指示劑的類(lèi)型及配置方法

視頻時(shí)長(zhǎng)：15分鐘

4.1.3 學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)

基于STEM理念，學(xué)習(xí)任務(wù)需充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并能充分考察學(xué)生的綜合素質(zhì)。因此針對(duì)本節(jié)課的特點(diǎn)，將學(xué)習(xí)任務(wù)定為：小組成員利用實(shí)驗(yàn)室以及外面收集的材料制備簡(jiǎn)單的酸堿指示劑并滴定酸堿。

4.1.4 學(xué)習(xí)及反饋

通過(guò)學(xué)生答題情況，及學(xué)生提問(wèn)情況，總結(jié)學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的普遍問(wèn)題：不熟悉酸堿指示劑的變色范圍以及滴定終點(diǎn)的判斷。

4.2 課 中

4.2.1 情境導(dǎo)入

老師：酸和堿是我們每天都在接觸的重要化學(xué)物質(zhì)，通過(guò)預(yù)習(xí)，大家都知道酸堿的基礎(chǔ)定義了嗎？生活中我們可以利用什么資源進(jìn)行酸堿指示劑的配置？

學(xué)生：舉例

老師：酸堿指示劑的發(fā)現(xiàn)給我們的生活帶來(lái)了哪些好處？請(qǐng)同學(xué)們思考并討論這個(gè)問(wèn)題，有什么疑惑可以提出。

4.2.2 解疑答疑

[教師活動(dòng)] 對(duì)學(xué)生普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行講解，由老師進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的操作演示，同時(shí)向?qū)W生展示半滴操作；

[學(xué)生活動(dòng)] 集體聽(tīng)講，小組討論后提出疑問(wèn)；

[教師活動(dòng)] 逐個(gè)解決每個(gè)小組單獨(dú)疑問(wèn)。

4.2.3 小組合作探究

[學(xué)生活動(dòng)] 組內(nèi)間成員利用實(shí)驗(yàn)室材料自制酸堿指示劑，并且進(jìn)行利用指示劑進(jìn)行滴定操作；

[教師活動(dòng)] 觀察學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的情況并給予指導(dǎo)；

[學(xué)生活動(dòng)] 小組共同判斷堿滴酸與酸滴堿的變色范圍，并且算出所提供鹽酸與氫氧化鈉的pH值。

4.2.4 成果展示及作品評(píng)價(jià)

[學(xué)生活動(dòng)] 小組展示滴定成果，各個(gè)小組自評(píng)、互評(píng)；

[教師活動(dòng)] 評(píng)價(jià)各小組作品，與學(xué)生一起找出最接近滴定終點(diǎn)的一組，并鼓勵(lì)大家動(dòng)手練習(xí)。

4.3 課 后

4.3.1 鞏固提高

課后學(xué)生總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，并通過(guò)做一些練習(xí)題進(jìn)行鞏固。

4.3.2 反思提升

反思教學(xué)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在看視頻的時(shí)候速度很快，但不能主動(dòng)去細(xì)化理解授課內(nèi)容，導(dǎo)致看視頻學(xué)習(xí)完之后，一些學(xué)生對(duì)基本原理還不能掌握，因此在教學(xué)前須將學(xué)習(xí)目標(biāo)再具體化，形成操作性目標(biāo)。要把握課堂節(jié)奏，卡住每個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間，在放任學(xué)生發(fā)散思考的同時(shí)，讓學(xué)生聚攏思維完成教學(xué)目標(biāo)，做到松弛有度。

4.4 教學(xué)實(shí)踐的結(jié)果與分析

4.4.1 教學(xué)過(guò)程分析

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班兩個(gè)班學(xué)生上課情況分析，見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班學(xué)生上課情況對(duì)比Table 1 A classes comparative study of the students in the experimental class and the control class

從表1中可以得出基于STEM理念的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)教學(xué)中有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)立思考能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、創(chuàng)造性思維能力等。

4.4.2 學(xué)生作品分析

表2 實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班學(xué)生成果對(duì)比Table 2 A achievements comparison of the students in the experimental class and the control class

由表2可知，相對(duì)于對(duì)照班級(jí)，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生無(wú)論是對(duì)教學(xué)內(nèi)容和滴定終點(diǎn)的掌握情況，酸堿指示劑配置的新穎性都更加熟練，尤其是對(duì)滴定終點(diǎn)的判斷，實(shí)驗(yàn)組幾乎全部成員都接近滴定終點(diǎn)。

4.4.3 學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)分析

通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和對(duì)個(gè)別學(xué)生訪(fǎng)談了解，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對(duì)本節(jié)課的教學(xué)模式感到滿(mǎn)意，認(rèn)為相對(duì)于以前的教學(xué)模式，新的教學(xué)模式更能引起他們對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的興趣。

5 結(jié) 語(yǔ)

本研究將STEM教育理念與翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合，構(gòu)建出一種較為新型的教學(xué)模式，并應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，通過(guò)觀察教學(xué)過(guò)程和對(duì)教學(xué)效果的分析，得出以下結(jié)論：

在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用基于STEM理念的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與合作能力以及學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

盡管研究存在諸多不足，但仍有可取之處，在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的表現(xiàn)是積極熱情的，這也是對(duì)新的教學(xué)模式的一種肯定。另外，隨著我國(guó)對(duì)人才需求向創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變，教育的目標(biāo)和教學(xué)考核方式必定發(fā)生相應(yīng)改變，可以從近幾年高考中創(chuàng)新題型的增加可以看出這種趨勢(shì)，因此教學(xué)模式必定會(huì)發(fā)生改革，STEM教育理念完全符合現(xiàn)代教育要求，而隨著信息時(shí)代的到來(lái)翻轉(zhuǎn)課堂也必定會(huì)大范圍實(shí)施，所以基于STEM理念的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式必定會(huì)發(fā)展應(yīng)用起來(lái)。