倪瑞丰
宝应县氾水高级中学 江苏省 扬州市 宝应县 225819
摘要:近几年,STEM教育在美国教育领域掀起了一股新的浪潮。本文在分析和理解STEM教育的基础上,对基于STEM教育理念下的中学化学教学设计进行深入探讨。
关键词:STEM教育;中学化学教学;新模式研究
所谓的STEM教育,就是指集数学、科学、工程和技术四大教育领域于一身的综合体。随着当代科学技术水平的不断提高,在未来的科学教育中,STEM教育将会成为其发展的最终目标。
一、STEM教育产生的时代背景
随着全球科技竞争的不断加剧,美国已经清楚地意识到导致科学技术滑坡的根本原因是国家缺乏充足的人才资源储备。为此,美国政府开始对科技人才的培养引起高度重视,并以学生在STEM教育中的实际表现作为一项关键指标。
1986年,美国国家科学委员发表《本科的科学、数学和工程教育》报告。它被看作是美国STEM学科集成战略的重要转折点,在此后一段时间里,为美国大学教育改革提供了充分的政策支持和资金援助。这不仅意味着美国STEM集成的全面启动,也是"科学、数学、工程与技术教育集成"这一纲领性建议首次出现在政府报告中。
而我国是在近几年才开始对美国STEM教育引起注意的,有关这方面的研究仍是一片空白。随着新课改的进一步加深,如何有效促进STEM教育理念与我国科学教育的结合,对未来教育事业的发展有着重大意义。
二、STEM教育的基本内容
STEM教育是科学、技术、数学、工程教育的统称,对学生综合素养的提高以及今后的全方位发展都可以起到良好的促进作用。
化学是一门综合性较强的学科,地理、生物和物理等学科知识全部涵盖其中。
相比传统的教育体系而言,STEM教育创新的亮点就在于,它可以促进多门学科零散知识的有机结合。学生获取知识的方法和过程会更加多样化、系统化,并不断增强其创新思维、逻辑思维以及解决实际问题等各方面能力。从我国现阶段的高中科学教育发展状况来看,各门学科之间都存在明显的界限,使得学生的能力只能单向发展,无法实现全面提高,因此在我国培养复合型创新型人才的过程中,积极引入STEM教育理念是很有必要的。在全球化教育改革的背景下,教育发展方向是否正确直接关系到整个国家的未来发展走向,二十一世纪是人才竞争的时代,而STEM教育的核心理念正是要培养出全面发展型的人才。
三、STEM教育与中学化学教学模式的初步构建
本文笔者结合STEM教育理念与化学学科教学的特点,设计出了如图1所示的化学教学模型。
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图1：化学教学模型
核心素养这一概念最早在2014年我国教育部推出实施的《全面深化课程改革落实立德树人根本任务》提出,将核心素养真正和综合素质教育融为一体,引起了我国广大人民群众的高度重视。基于学科核心素养的高中化学实验教学创新策略研究当中提出基于实验的角度提高学生的化学核心素养不单单可以激发学生对于化学学习的积极性和主动性,还可以让学生加深对于其他学科的掌握程度,提高学生的综合素养,主要基于学科核心素养的化学实验教学创新策略研究首先分析了当下我国化学实验教学当中存在的问题,例如教师能力不足,教学手段方法较为单一等等,针对发现的问题提出了相应的解决措施,希望能推动我国关于化学实验教学的创新力度,改善化学的教学现状。在STEM教育的化学课堂上,以学生为中心是永恒不变的主题。在某种教学情境下,由教师向学生提出问题,并引导其对STEM四方面的综合知识与科学探究学习方式加以运用,让他们逐渐形成主动研究、设计并解决问题的正确思路,进而收获相关的科学知识和技能,在教学设计中要以知识的内在联系为中心,不仅要让学生学到知识,还能对此进行充分运用。在化学教学中,占首要地位的当属教学设计,对此,STEM教育共提出了六点要求,即具有多样性、综合性、实践性、开放性、回归性和动态性。基于现有的教学模式,我们对化学课堂制订了如下的开展方案:[ 朱学彦;孔寒冰;科技人力资源开发探究——美国STEM学科集成战略解读[J];高等工程教育研究;2008(02).]
(1)结合教学内容,由教师建立与其相符的教学情境,前提是学生的接受程度要设定适中。
(2)教师随机提出问题,要求内容上不能超纲,学生一眼就可以得出答案的也不可取。
(3)将班级学生分成若干个学习小组,由教师引导各组成员运用STEM四方面知识,对课堂问题展开研究,并收集与之相关的数据及解决技术等。
(4)教师带领学生构建四大领域的知识网络,促进对应知识体系的形成。
(5)学生通过已掌握的数据和解决技术,尝试对课堂问题进行解答。
(6)得出相应的答案后,在小组之间进行讨论和分享,达到相互补充、不断完善的效果。
本文以"原电池"为例,设计出以下的具体教学过程:
教师建立教学情境。课堂一开始,先以生活情境引入,化学教师A以电子产品展示进入课堂,引起学生的兴趣,使其保持高度集中的状态学习本节课的内容。假设学校突然停电,化学教师A的手机刚好在课前几分钟没电关机,想让同学们在课堂上临时设计一个可以提供持久、稳定电流的充电设备,用途是给手机充电。[ 黄晓;李扬;论STEM教育的特点[J];江苏教育研究;2014(15)]
(1)教师提出问题。既然是讲"原电池"的知识,那么本次课堂就应该围绕着闭路电路的设计、如何选择不同的金属电极、持久、稳定的电流技术如何实现、怎样计算出化学转换效率等问题来展开。在经过上一步的教学情境引入之后,学生们已经对化学学习引起了很大的兴趣,此时教师只需多加引导,让学生通过手里的设备器材解决相关问题即可。
(2)小组成员进行问题的研究,包括对于惧的手机处理,在学生现目前拥有的电视话基础上,大部分学生可以自主设计较为简单的锌铜电池系统,教师指导学生进行小组合作学习,进行电池的组装指导学生对于相应的装备进行观察分析。学生在经过小组合作分工之后观察存在的实验现象,并且随着时间的推移偏转角度不断增加,教师提出问题学生设计的电池是否能够满足手机充电等系列问题。
(3)帮助学生进行知识体系的构建,学生带着相应的问题进行针对性的套路粉嫩西,学生根据目前拥有的电化学只是讨论之后得出相应的结果,将氧化剂和还原剂划分开来,两者不能直接的接触,教师需要引导学生进行问题的解答,构建出满足需求的电池。
(4)数据分析,设计方案。学生根据现目前拥有的知识体系进行相应问题的解答,观察是否满足了实际的需求,教师在对于之前提出的问题进行一一的解答,并且根据相应的实验设定出相应的方案和解决措施。
(5)小组进行交流和相应的沟通,分析在这次实验当中的实际研究结论,以小组作为实际的单位,向全班设计和解答相应问题的解决思路和措施,并且和其他小组进行相应的讨论,交流自身的心得体会。
根据教学设计的模式体现了对于STEM的教育的基本需求,课堂对于学生的思考找到提高学生对于电池知识体系的构建,将问题和工程进行结合。学生思考和研究问题的过程和阶段可以让学生更好的理解科学,提高自身的专业化学知识体系。
四、总结
在STEM教育教学模式作为美国当今科学教育思想的主体,受到了多个国家的关注,STEM教育教学更加注重对于学生知识的整合和联系,提高学生的综合能力和知识运用能力。化学教育教学过程当中也体现出了STEM教学模式是未来教学的主要发展值得我们认真的学习。基于STEM的教学教育模式满足了目前我国新剋包提出的思想也可以为我国化学课堂提供相应的活力。对于中学化学教师来说需要不断的提高自身的素养,才能真正的做到教书育人。
参考文献
[1] 朱学彦;孔寒冰;科技人力资源开发探究——美国STEM学科集成战略解读[J];高等工程教育研究;2008(02).
[2 ]黄晓;李扬;论STEM教育的特点[J];江苏教育研究;2014(15)