張志妍 王秀艷

摘 ? 要：以STEM教育為基礎，建構(gòu)基于STEM教育理念的項目式學習模式。以“探究生活中的乙醇”為項目任務，從“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-應用”三個層面設置驅(qū)動問題，以“推斷乙醇的結(jié)構(gòu)”“探究乙醇的轉(zhuǎn)化”“揭秘酒駕的原理”為驅(qū)動任務，針對乙醇催化氧化的實驗不足之處進行改進，創(chuàng)造性地使用“項目通行證”作為評價學生各階段學習情況的工具，從S、T、E、M四個層面評價學生核心素養(yǎng)的發(fā)展水平，對中學化學教學有一定借鑒意義。

關鍵詞：項目式學習；STEM教育理念；乙醇實驗改進；項目通行證

1 ?問題的提出

新課程改革提出在普通高中探索開展科學創(chuàng)新與技術實踐的跨學科探究活動，提升學生的綜合素質(zhì)，這正是STEM教育的核心理念。STEM教育是科學、技術、工程、數(shù)學的跨學科融合，旨在培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)[ 1 ]。同時，《普通高中化學課程標準（2017年版 2020年修訂）》中指出：依據(jù)社會情境中與化學相關的真實問題，探索基于學科的課程綜合化教學，開展研究型、項目化、合作式學習[ 2 ]。項目式學習注重知識的綜合應用，讓學生在收獲知識和技能的同時獲得核心素養(yǎng)的提升。

普通高中化學課程是落實立德樹人根本任務、提升學生核心素養(yǎng)的重要載體，對科學文化的傳承和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)具有不可替代的作用。STEM教育理念本身的情境性、關聯(lián)性、驅(qū)動性、主體性、多元性和發(fā)展性等特點與項目式學習具有高度契合性，因此在化學課堂中進行STEM教育與項目式學習的深度融合，在項目式學習過程中落實立德樹人任務、提升學生核心素養(yǎng)是切實可行的。

在化學教學中，實驗占有至關重要的地位，對培養(yǎng)學生實驗操作能力、邏輯思維能力及綜合素質(zhì)的發(fā)展具有不可替代的作用。乙醇作為醇類代表物質(zhì)，與選擇性必修有機化學基礎模塊有著密切聯(lián)系。以典型代表物乙醇的具體反應為載體，通過乙醇不同條件下的氧化反應，分析乙醇中官能團和化學鍵，預測可能的斷鍵部位與相應的反應，使學生通過實驗探究學習醇類物質(zhì)的性質(zhì)。然而，教材中的乙醇催化氧化實驗存在兩點不足之處：僅憑氣味判斷乙醇氧化的產(chǎn)物乙醛；有毒的乙醛直接排放到空氣中。本文以化學實驗科學性、安全性、綠色化的原則為出發(fā)點，學生采用希夫試劑與酸性高錳酸鉀等藥品對乙醇催化氧化的實驗進行改進，在掌握知識與實驗技能的同時，兼顧創(chuàng)新意識與科學探究能力的培養(yǎng)。

2 ?教學范例

2.1 ?教學模式建構(gòu)

本文建構(gòu)了基于STEM教育理念的項目式學習模式，如圖1所示，以“探究生活中的乙醇”為項目任務，以中國的酒文化入項，從“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-應用”三個層面設置驅(qū)動問題，以“推斷乙醇的結(jié)構(gòu)”“探究乙醇的轉(zhuǎn)化”“揭秘酒駕的原理”為驅(qū)動任務，以學生為主體，開展以化學實驗為主的探究活動，以“項目通行證”的形式評價學生各階段的學習情況，最后以多種成果展示學生的學習效果，使學生充分領會化學學科的價值，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

2.2 ?教學過程

環(huán)節(jié)一：以酒文化入項

酒在中國的傳統(tǒng)文化中有其獨特的地位。教師提問學生能想到哪些關于酒的詩句，以及酒在日常生活中的用途。教師設置問題版通行證，如圖2所示。學生能夠從顏色、狀態(tài)、氣味等方面歸納出乙醇的物理性質(zhì)。

【設計意圖】 教師介紹中國酒文化，激發(fā)學生興趣與體驗感，學生根據(jù)生活經(jīng)驗進行自主學習，提高學生的課堂參與廣度，培養(yǎng)學生歸納總結(jié)的能力。教師依據(jù)問題版通行證評估學生對乙醇知識的熟悉情況。

環(huán)節(jié)二：推斷乙醇的結(jié)構(gòu)

教師引導學生根據(jù)乙醇的分子式推測可能的結(jié)構(gòu)式，遵循C、H、O元素的成鍵規(guī)則，搭建符合的球棍模型；通過Na與水反應生成氫氣，并且Na要保存在煤油（烷烴混合物）中的事實，引導學生從化學鍵的斷裂或活潑性角度考慮，并設計實驗驗證猜想，得到乙醇的結(jié)構(gòu)式；同時引導學生寫出乙醇與鈉反應的化學方程式，分析乙醇與乙烷二者的結(jié)構(gòu)區(qū)別，明確結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的化學性質(zhì)之間的關系，進而講解乙醇中的官能團羥基，它的存在決定乙醇具有區(qū)別于乙烷的化學性質(zhì)，即幫助學生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念。

【設計意圖】 科學（S）、數(shù)學（M）：從假設乙醇結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過推理、演示、實驗證明等科學探究過程，定量分析乙醇與產(chǎn)生氫氣的關系，啟發(fā)學生關注物質(zhì)結(jié)構(gòu)，從分類角度認識有機物官能團，在進行科學探究的同時提高學生“證據(jù)推理與模型認知”的素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三：探究乙醇的轉(zhuǎn)化

根據(jù)生活常識，學生知道乙醇具有可燃性、能夠發(fā)生氧化反應，請同學書寫乙醇燃燒的化學方程式，根據(jù)性質(zhì)思考乙醇的用途和優(yōu)勢。學生查閱資料交流乙醇在人體內(nèi)的代謝過程（圖3），分析飲酒后出現(xiàn)不良反應的原因。

由于時間有限，師生觀看乙醇的催化氧化試驗的視頻，思考實驗不足之處。學生查閱文獻，了解若干種改進方法，綜合分析后得到表1實驗方案[ 3 ]。

教師提供實驗所需儀器和藥品，組織學生進行實驗改進，并以化學方程式表征乙醇的氧化反應。實驗過程中發(fā)現(xiàn)一些問題，經(jīng)過討論交流后，再次進行改進，得到實驗改進方案2（表2）。

【設計意圖】 科學（S）、技術（T）、工程（E）、數(shù)學（M）：通過模擬乙醇在人體中的代謝過程，學生分組進行改進乙醇的催化氧化實驗，認識不同條件下乙醇的氧化反應及有機物轉(zhuǎn)化的規(guī)律，能夠從宏觀、微觀及化學方程式三重表征乙醇的催化氧化反應，構(gòu)建有機物的認知模型，發(fā)展“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)四：揭秘酒駕的原理

通過實驗學生知道乙醇在不同條件下能發(fā)生氧化反應，教師展示早期交警檢查酒后駕車的圖片，提出疑問：乙醇的氧化反應與酒精檢測有什么關系？教師設置簡易版通行證（圖6），學生寫出自己的問題或收獲，具有較大的個人發(fā)揮空間。

【設計意圖】 通過了解酒后駕車的危害、酒駕檢測原理和處理辦法等途徑，學生加深對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”核心觀念的理解，同時培養(yǎng)學生的法制意識和社會責任感。通過了解乙醇的應用，學生理解乙醇的正反作用，培養(yǎng)辯證思維。

環(huán)節(jié)五：出項

教師設置反思版通行證（圖7），學生根據(jù)個人能力及興趣，完成分層項目成果：

（1） 形成完整的乙醇催化氧化實驗改進方案；

（2） 利用酵母、糖氣球等常見物質(zhì)制作簡易的酒精檢測裝置，在家庭、社區(qū)中進行應用。

【設計意圖】 科學（S）、工程（E）：通過對乙醇結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應用之間關系的分析，學生能夠準確運用所學知識解釋酒駕的檢測原理，形成實驗改進方案、自制酒精檢測儀等項目成果，建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”的化學觀念，并在生活中應用這種觀念，發(fā)展“科學態(tài)度與社會責任”素養(yǎng)。

3 ?教學反思

3.1 ?全程評價學習過程

在項目式學習的每個節(jié)點都應該伴隨學習過程的評價與反思。教師以“項目通行證”作為評價工具：在“酒文化入項”時，教師設置問題版通行證，把握學生對乙醇前概念的掌握情況。在“探究乙醇的轉(zhuǎn)化”環(huán)節(jié)，教師設置問題版通行證，評價小組內(nèi)成員的分工合作表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)問題并及時進行干預指導。在“揭秘酒駕的原理”時設置簡易版通行證，學生從不同維度寫出自己的觀點，以辯證的思維看待乙醇。在“出項”環(huán)節(jié)設置反思版通行證，學生反思項目中的收獲與不足，為今后的項目總結(jié)經(jīng)驗。在各節(jié)點上交“通行證”，學生才能進入下一步學習?！绊椖客ㄐ凶C”作為教師了解學情、過程評價以及調(diào)整教學的工具，不僅能夠即時反饋學生的學習狀態(tài)，而且對于評估學生思維和素養(yǎng)發(fā)展具有重要意義。

3.2 ?完成素養(yǎng)發(fā)展任務

本項目以“探究生活中的乙醇”為主題，逐步開展“推斷乙醇的結(jié)構(gòu)”“探究乙醇的轉(zhuǎn)化”“揭秘酒駕的原理”等活動過程，激發(fā)了學生學習醇類知識的興趣，使學生能夠根據(jù)官能團的結(jié)構(gòu)特點，解釋和預測有機化合物的性質(zhì)，在解決項目問題的同時，實現(xiàn)了知識到素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。學生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題，并根據(jù)現(xiàn)象做出判斷，采取合理的解決方法。在這個過程中，不僅提高了學生的實驗操作技能，也培養(yǎng)了學生實事求是、科學探究的精神，實現(xiàn)不同層面的素養(yǎng)全面發(fā)展，起到了事半功倍的效果。

參考文獻：

［1］ 趙國華. 融合STEM理念優(yōu)化基于學習共同體的初中化學課堂教學：美國杰森課堂STEM教育的啟示[J]. 化學教學， 2020 （6） ： 43-47.

［2］ 中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準（2017年版 2020年修訂）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2020 ： 6-7.

［3］ 張婧， 牛晨，韓秋霞，等. 乙醇催化氧化實驗的改進[J]. 化學教學， 2019， 391（10） ： 58-61.