李友银 石璞 李晋凯

摘要：STEAM教育主要是以基于项目的学习或问题式学习为主要教学（学习）方式。本文是以一个真实的学习情境，即人们对铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液生成氢氧化铝沉淀的质量（m）与加入NaOH溶液的体积（V）之间量的关系认识出现偏差，采用小组合作的形式，以问题为导向，借助数字化实验、信息技术进行科学探究，通过把科学（S）、技术（T）、工程（E）、艺术（A）和数学（M）多学科知识的融合，进行知识迁移，对溶液pH与NaOH溶液的体积（V）之间的变化曲线进行数学处理，建立反应时Al（OH）3沉淀的生成、溶解和NaOH量之间的变化关系图，从而纠正了人们对Al（OH）3沉淀生成与溶解耗碱量认识的偏差，培养了学生的批判性思维、设计能力和问题解决能力。

关键词：氢氧化铝沉淀 问题式学习 STEAM教学 数字化实验

当前，STEAM教育已成为我国进一步深化课程教学改革、创新人才培养模式和选拔模式、提升学生科学与创新素养的重要抓手。为了加强创新型人才培养，发展学生核心素养，我们课题组进行了STEAM教育的实践与研究。

鉴于人们对铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液生成氢氧化铝沉淀的质量（m）与加入NaOH溶液体积（V）之间量的关系的认识出现偏差，开展STEAM教育的教学设计如下。

教学目标

1.在探究铝盐与NaOH反应模型的过程中，体验设计探究方案、综合运用化学知识以及数学抽象、计算机编程等跨学科知识解决问题、建立模型。

2.学习数字化实验的操作方法，培养实验能力（观察能力、提取信息的能力和动手能力等）。

3.通过实验探究，学习研究问题的科学方法（发现问题——猜想假设——实证研究——分析、得出结论），培养交流合作、对话沟通能力、批判性思维以及分析和解决问题的能力。

教学流程

探究是科学学习的重要方式，设计是技术和工程学习的重要方式。在本次教学实践中，科学探究与工程设计得以凸显，数学抽象得以运用，其教学流程如下：

教学反思

1.STEAM教學是通过把多个领域内学科知识和技能的教与学整合到一种教学范例中，使学生学习的零碎知识变成一个互相联系统一的整体，这样就消除了传统教学中各学科知识割裂、不利于学生综合使用解决实际问题的障碍，是一种跨学科的学习方法。在本课例中，为建立铝盐和氢氧化钠溶液间的相关模型，学生运用了科学：化学学科核心知识（铝的两性知识、水溶液中的离子反应、平衡常数的计算等），技术：数字化实验与计算机编程等，工程：探究过程的设计，数学：数学抽象、图形绘制，解决了中学教学中长期存在的一个误区（三角形模型），建构了铝盐和氢氧化钠反应的梯形模型。学生在STEAM学习过程中，深化了对科学知识的理解，提升了科学与工程学实践能力，提升了思维的品质和创新能力，培育了综合运用不同学科知识解决问题的能力。

2.STEAM教学通常关注实际问题、注重在真实的情境中开展学习。本课例以中学常见的铝盐和氢氧化钠溶液反应为真实情境，教师作为学习的设计师，让学生通过项目学习的方式，自主设计、探究反应过程中氢氧化钠溶液体积、氢氧化铝沉淀和溶液pH的关系。学生发现经典的三角形模型和已有的知识相悖，提出质疑，通过数字化实验和用pascal语言编程验证，再运用数学抽象、建模的方法得到了“溶液pH与NaOH溶液体积关系”模型。最后，学生运用已有的化学知识进行计算，在科学论证的基础上，建立了“Al（OH）3沉淀质量与NaOH溶液的体积关系” 梯形模型。这种基于问题、基于设计、基于项目的真实情境下的学习，能有效发展学生的科学探究与实践能力，提升学生的科学素养，使学习的过程成为一个分享的过程，更是一个创造的过程。

3.在实际教学中，学生主动提出了应用计算机编程设计验证，说明课堂不是教师单方面传授知识的场所。学生的知识面宽广，课堂上应该是能者为师，教师要放下架子向学生学习。不断学习是教师唯一不变的属性，我们要为未知而学，为未来而教。

参考文献：

[1]北京师范大学等.无机化学（下册）[M].4版.北京：高等教育出版社， 2003：673.

[2]李友银，石璞.铝盐与氢氧化钠反应生成氢氧化铝沉淀的实验探究[J].化学教育，2016（5）.

责任编辑：丁 蔚