谢大林

◆摘  要：2019年，教育部明确提出要立足全面发展育人目标，构建包括“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”在内的高考考查内容体系，培养具有创新素养的复合型人才。在目前的中学化学教学中，以知识传授为主的课堂教学比较普遍，学生在灵活运用所学知识解决实际问题的能力还有很大的发展空间。STEM教学理念中的知识与生活相结合，多学科之间的交叉，培养学生的创新精神和实践能力，在化学这门核心科学的教学中的渗透越来越重要。本文以“海带中碘的提取以及含量的测定”为例，对STEM教学视野下的化学教与学开展研究

◆关键词：STEM;教学设计;中学化学

一、STEM教育

STEM教育是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）教育的简称，是美国为了提升国家竞争力和创新力提出的一项国家战略。STEM教育的核心是打破学科之间的领域边界，对多个学科进行融合，培养学生对知识的运用能力，运用多学科知识进行学习，提高自身的科学素养。

2016年教育部出台的《教育信息化“十三五”规划”》中明确指出有效利用信息技术推进“众创空间”建设，探索STEM教育、创客教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识，促进学生全面发展。

二、STEM教育在化学教学中的渗透

近年来，在国家培养人才目标的变化、化学新课标的指导和高考试题的变化指引下，中学化学课堂教学发生了很大的变化，但存在的问题依然不少，比如教学模式单一、学生的主动性不能很好的发挥、只注重知识和解题、忽略解决实际问题能力的培养等等。而STEM教育理念很好地解决了这些问题，多学科之间的融合与交流、学生动手能力的培养、学生探究意识的培养无疑为化学教学提供了完美的思路，在激发学生的思维和培养学生的深层理解力上面更是令人称赞。STEM教育理念在中学化学教学中渗透的不够充分，一个是行动起来的教师和学生比较少，另外也是因为教师自身能力的限制，对于STEM理念的理解和具体实施还是有不少的差距。

三、教学设计流程

STEM教育的根本目标是要做到以生为本，全面提升学生核心素养和综合创新能力。

STEM教育改变了学生的学习方式，促进了师生之间身份的转化，学生是课堂的主宰，教师是学生学习的引领者和辅导者，重视学生在课堂上的学习过程，充分发挥学生的主观能动性。STEM教育思想应用于化学课堂，教学的设计不能再以老师为主体，学生的思维活动和主体地位如何体现显得尤为重要;不能只是建立在传授知识的前提下，还要追求开放性、实践性、多样性的融合。在具体的教学设计中，我也是受“问题导引”教学的启发，把问题建立在真实的环境之下，在学生已有化学知识积累的基础之上，通过解决问题过程中发现的新问题来完成整个课堂教学，大致流程如下：

四、案例设计与实施

选取人教版高中化学必修‖《海水资源的开发利用》“从海水中提取碘”

1.案例简介

海水的综合利用不仅有着非常重要的经济价值，而且对于掌握化学方法在实现物质之间转化中的作用，认识化学科学发展对自然资源的利用都有重要的意义。在优化海带中提取碘以及含量检测的实验方案交流活动中，培养学生证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析的核心素养，提升学生科学探究与创新意识的核心素养;从化学核心知识的考察來看，注重灼烧、溶解、过滤、萃取等物质分离提纯的实验原理和实验方法，强化氧化还原滴定的应用，领会定量分析的要点，关注环境污染等问题

2.教学环节实施

【情景创设】海水中的碘

材料一：海水约占地球表面积的71%，其中的水资源和其他化学资源具有十分巨大的开发潜力。由于与岩石、大气和生物的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物。海水中含量最多的O、H两种元素，加上Cl、Mg、Na、S、Ca、K、Br、C、I、B、F等元素，其总含量超过99%，部分元素的含量图下图所示。海水中含有丰富的碘元素，但由于海水中碘的浓度很低，工业上并不采用海水直接提取碘，而是从海洋中许多具有富集电能力的海藻植物中进行提取。海带就是著名的“采碘能手”，一般干海带中含碘量可以达到0.3%-0.5%，有的甚至高达1%，约为海水中碘的浓度的10万倍。

材料二：海带中99.2%的碘为水溶性碘。上图右边是海带浸出液中碘的主要存在形式

材料三：海带中的有机碘（主要是3，5-二碘酪氨酸），分子式为（C9H9I2NO3），燃烧时碘元素首先转化为HI：

4C9H9I2NO3+37O2==36CO2+14H2O+2N2+8HI，而后2HI==H2+I2，2HI+K2O==2KI+H2O

材料四：苯的沸点80.1°C，碘在184.4°C升华，CCl4的沸点76.8℃

【任务设计1】海带中碘的提取

探究1：根据海带中碘的存在形式，要把海带中的碘转化为I2，核心反应是什么？

探究2：如何对海带进行初步处理，便于得到水溶性的碘？

探究3：如何将IO3-和有机碘中的转化为I2？

探究4：如何将I2从水溶液里提取出来？

探究5：如何分离I2和萃取剂？

【自主研讨1】问题解决的相关方案

探究1：关键是将I-转化为I2，需要选择合适的氧化剂（用H2O2，不用Cl2）

探究2：剪碎、灼烧、浸泡

探究3：①将KIO3受热分解转化为KI ②有机碘燃烧后转化为HI

探究4：加入萃取剂（苯或CCl4）

探究5：因为I2能升华，不宜用蒸馏，可以采取反萃取的方法

难点解析：

通过萃取得到的有机层中的CCl4和I2的混合液无法通过蒸馏得到I2，加入NaOH溶液，将I2转化为NaI、 NaIO3，在酸化的条件下可以转化为I2，萃取剂获得再生，可以重复使用

【自主研讨2】最优化方案

【情景创设】

材料五：碘量法是一种氧化还原滴定法，即以碘为氧化剂，或者以碘化物（KI）作为还原剂进行滴定，用于测定物质的含量。极微量的I2与多羟基化合物淀粉相遇，立即形成深蓝色的配合物

材料六：在酸性条件下H2O2的氧化性虽然增强，但容易过量，生成IO3-;I2易吸附在淀粉表面

【任务设计2】海带中碘的含量的測定

探究1：选择H2O2作氧化剂，如何防止H2O2过量？

探究2：对于指示剂，选择淀粉需要考虑什么问题？

探究3：如何确定滴定终点？

【自主研讨3】问题解决的相关方案

探究1：1、可以选择测定氧化还原反应中的电位值来控制用量（科学技术）

2、可以选择加入少量MnO2，加速H2O2分解

探究2：淀粉容易吸附I2，为了更准确的滴定，可以在临近终点的时候加入淀粉指示剂

探究3：蓝色恰好消失为止

难点解析：调节溶液的PH比较难控制;抽滤的操作学生不熟悉

【自主研讨4】最优化方案

【实验过程】

（1）样品处理：准确称取10.0g左右洗净、烘干的海带粉，置于烧杯中。往烧杯中加入50.0mL蒸馏水浸泡、煮沸15分钟，抽滤，用少量蒸馏水洗涤海带残渣，收集滤液，浓缩至20.0mL

（2）碘含量的测定：

向20.0mL溶液中加入3mol/L稀H2SO4溶液，调节溶液的PH=2，再加入10mL 3%的H2O2溶液，充分混合后加入4.0g MnO2，过滤;将滤液转移至锥形瓶，用0.004mol/L的Na2S2O3标准溶液滴定，当溶液至浅黄色时，再加入1mL0.5%的淀粉指示剂，继续滴定至蓝色恰好消失为止

（3）根据反应方程式进行计算

计算反应公式：A=C x V x 126.9

A：碘的含量（mg/g）      C：Na2S2O3标准溶液的浓度（mol/L）

V：Na2S2O3标准溶液的体积（mL）

五、反思与提升

1.在案例设计与实施的过程中，充分利用“问题导引”的模式引领学生思考和解决问题，给学生足够的研究时间和空间，学生的能动性的发挥比较充分，这一点也是本案例对于STEM理念的充分挖掘。

2.考虑到学生已有的知识储备以及高中学段的能力要求，本案例中对于学科之间的交流和融合涉及的比较少，尤其是工程技术这块还比较薄弱。

3.本案例是必修2的内容，主要是针对高一年级的学生，深度的挖掘必然有局限，包括方法的选择上还是有缺陷。