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STEM教育是当前提倡的一种新的教育理念和模式，是一种重实践、跨学科，区别于传统的注重单一学科知识教学的教育概念。
该模式的目标是培养学生的STEM素养，即学生通过在真实项目中的实践，从不同的学科和视角对一个科学现象进行探索与思考，以提升科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，以达到培养学生跨学科素养的目标［1］。
化学是一门与社会、生活、技术密切相关的自然科学，在化学教学中融入STEM教育理念，能培养学生跨学科素养。
初中化学“化学肥料”是与学生自身生活紧密相关的内容，由于视角不同，教师对该教学内容的设计也不一样，如潘程从STS理念出发对该内容的传统教学方案和STS的教学进行了对比设计［2］，朱纷从落实三维目标角度出发设计了该内容［3］，当前还没有发现从STEM理念出发对初中阶段该课程内容进行教学设计的研究。
一、基于STEM理念的化学教学模式根据STEM教育理念，教育研究者开发出多种教学模式，不同的教学模式有不同的特点，针对的学科和教学内容也不相同。
1.STEM-SOS教学模式在众多STEM教学模式中，STEM-SOS教学模式具有流程清晰，易操作，适合化学学科等特点，其发源地为哈莫尼公立学校（Harmony public school，简称HPS）。
STEM-SOS模式的核心是基于项目的学习（PBL），其基本操作流程如下［4］。
图1STEM-SOS模式的操作流程这个教学模式严谨、跨学科、以教师引导，学生为中心，通过一系列的探究活动完成项目任务，学生在此过程中能力、品行都得到发展。
该模式包括五个阶段，其步骤如下：（1）选择项目阶段。
选择项目是学习的起点和关键。
STEM-SOS模式将项目分为Ⅰ级项目、Ⅱ级项目和Ⅲ级项目三个难度级别，课程规定所有学生必须在完成Ⅰ级项目（必要项目）后，才能进入Ⅱ级项目（拓展项目），继而是更高一级的Ⅲ级项目［5］。
（2）分析研究问题阶段。
在选择项目之后，必须对项目进行分析研究，即完成该项目需要解决哪些问题，为探究提供方向指导。
基于STEM教育理念的高中化学项目式教学设计发布时间：2023-06-09T05:37:16.526Z 来源：《中国教师》2023年6月下作者：邓英[导读] 本文基于 STEM教育理念，将 STEM教育中的工程实践和创新能力培养融入高中化学项目式教学设计中，并结合案例进行分析。
（四川省广元中学 628000）【摘要】STEM教育的核心是将科学、技术、工程和数学有机地整合起来，培养学生解决实际问题的能力，并不断增强学生的创新精神和实践能力。
项目式教学是一种以解决真实问题为目标、以项目为载体、以问题解决为主线、以项目式学习为主要形式的教学方法，是一种高效的教学方式。
本文基于 STEM教育理念，将 STEM教育中的工程实践和创新能力培养融入高中化学项目式教学设计中，并结合案例进行分析。
【关键词】STEM教育理念；模型制作；项目式学习；教学设计中图分类号：G688.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1672-2051（2023）6-219-02引言STEM教育是一种强调学科整合、关注学生的综合能力发展的教育理念，与项目式教学是一种很好的融合。
在项目式教学中，教师不再以知识传授为主，而是让学生在真实的问题情境中，通过合作探究、解决问题等方式完成学习任务，从而提升学生的综合素养。
STEM教育作为一种科学、技术、工程和数学的有机整合理念，将化学学科与其核心素养紧密联系起来，强调化学知识与化学技能、科学思维和科学探究相融合。
在高中化学教学中引入 STEM教育理念，有助于培养学生解决实际问题的能力和创新精神，发展学生的核心素养。
一、项目式教学项目式教学是指在一定的教学情境中，以项目为载体，学生围绕一定的学习主题，通过自主探究、合作学习等方式，自主构建知识体系，解决实际问题，从而不断提升学生的科学素养和工程实践能力的一种教学模式。
项目式教学需要教师深度挖掘教材内容、设计教学过程、注重问题探究与实践应用，以下进行详细分析。
基于ＳＴＥＡＭ理念的初中化学实验探究式教学以沪教版 氧气的制取与性质 的探究性教学为例查维娟(江苏省泰州市兴化市昭阳湖初级中学㊀２２５７００)摘㊀要:首先概括了基于ＳＴＥＡＭ理念的初中化学探究式实验的教学设计ꎬ然后以沪教版九年级上册第二章基础实验１ 氧气的制取与性质 的探究性教学为例ꎬ从创设趣味情境ꎬ提出思考问题ꎻ引导学生质疑ꎬ加强探究体验ꎻ鼓励改进实验ꎬ促进迁移内化等几个方面ꎬ对ＳＴＥＡＭ理念下的初中化学探究式实验教学策略进行分析ꎬ最后对ＳＴＥＡＭ理念下初中化学探究式实验教学进行调查问卷调查和个案访谈总结.关键词:ＳＴＥＡＭ理念ꎻ实验探究教学ꎻ初中化学中图分类号:Ｇ６３２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００８－０３３３(２０２３)０２－０１２４－０３收稿日期:２０２２－１０－１５作者简介:查维娟(１９９０.１０－)ꎬ女ꎬ江苏省泰州人ꎬ本科ꎬ中学二级教师ꎬ从事中学化学教学研究.㊀㊀所谓ＳＴＥＡＭ教育ꎬ是科学Ｓｃｉｅｎｃｅ㊁技术Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊁工程Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊁艺术Ａｒｔ㊁数学Ｍａｔｈ￣ｅｍａｔｉｃｓ各取首字母的合并统称.实验探究式教学与ＳＴＥＡＭ教育理念之间有着较高的契合性ꎬ在ＳＴＥＡＭ理念的基础上开展初中化学实验探究式教学ꎬ具有良好的研究价值ꎬ对培养学生核心素养ꎬ激发学生学习兴趣ꎬ提高课堂教学效率具有重要的意义.１基于ＳＴＥＡＭ理念的初中化学探究式实验教学设计㊀㊀若想在初中化学探究式实验教学中融合ＳＴＥＡＭ教育理念ꎬ教师可以按照以下几个角度实施探究式实验教学.１.１提出有价值的研究问题ꎬ并做出合理的假设针对这个教学步骤ꎬ教师需要带领学生通过各种途径搜集实验资料ꎬ并对化学知识进行全面的梳理.从教学目的上看ꎬ该步骤主要培养了学生收集信息㊁整理信息的数学素养.１.２设计科学的实验方案这个教学步骤需要学生认真思考㊁积极交流ꎬ并与教师细心沟通ꎬ营造融洽的互动氛围ꎬ商讨出合理的教学方案.从教学目的上看ꎬ该教学步骤主要针对学生求知欲望㊁探究精神等科学素养的培养.１.３带领学生动手操作ꎬ鼓励学生独立完成实验探究过程该步骤需要学生们在讨论的过程中确定可行的实验方案ꎬ并能将设计的实验环节全部落实.从教学目的上看ꎬ这对于学生动手实践能力的提升大有帮助ꎬ可以有效提升学生的技术素养.１.４根据实验数据ꎬ总结出最后的结论该步骤的关键点在于展示成果ꎬ教师可以让学生以个人或团队的形式与其他同学共享实验结果.从教学目的上看ꎬ这可以培养学生归纳总结的语言能力ꎬ对于提高学生的艺术素养具有积极的影响作用.４２１１.５对整个实验环节进行全面复盘ꎬ综合评价每名学生的表现探究性实验教学应当做到收放自如ꎬ当学生完成探究实践之后ꎬ应当积极反思㊁多元评价ꎬ这样才能及时做好查缺补漏工作ꎬ保障学生们化学能力的全面进步.从教学目的上看ꎬ这个教学步骤主要针对学生的工程素养.２基于ＳＴＥＡＭ理念的初中化学探究式实验教学策略分析㊀㊀针对以上教学设计ꎬ本文以上海教育出版社初中化学九年级上册第二章«基础实验１ 氧气的制取与性质»的探究性教学为例ꎬ进行以下授课实践.２.１创设趣味情境ꎬ提出思考问题在实验教学之前ꎬ教师可以提前准备几个网上购买的便携式氧气呼吸器ꎬ让学生体验呼吸器ꎬ并对学生提问:一个小小的呼吸器居然能源源不断地制造出氧气ꎬ大家知道它是怎样制造氧气的吗?针对这个问题ꎬ教师可以适当给予提示ꎬ以促进学生的深入思考.例如ꎬ呼吸器是否利用了光合作用?呼吸器的制氧原理是否属于工业制氧的范畴?在提出工业制氧的概念之后ꎬ教师可以通过多媒体设备播放工业大量制氧的视频ꎬ展示制氧环节ꎬ即空气经过干燥和除去二氧化碳后ꎬ经加压和降温ꎬ形成液态空气ꎬ再升温至－１９６ħꎬ分离出氮气和液态氧气.以此为基础ꎬ教师继续提问学生:如果我们在平时生活中ꎬ想要通过化学知识来获取少量的氧气ꎬ该如何操作呢?随后ꎬ教师带领大家联系旧知ꎬ回想有哪些学过的化学反应可以伴随着氧气的生成.通过交流讨论ꎬ教师提醒学生们将这些反应全部记载下来ꎬ并逐个分析这些化学实验的可操作性.例如ꎬ加热氧化汞生成汞和氧气ꎬ是否适合实验室制氧?电解水实验呢?在此基础上ꎬ教师应提示学生ꎬ要从能源消耗㊁能源污染㊁操作复杂程度等多方面进行思考ꎬ尽量让化学实验既环保又节约ꎬ操作过程不会太过于繁琐.学生们经过进一步的讨论ꎬ不难发现汞有毒ꎬ容易造成环境污染.而水电解对电能的消耗较大ꎬ且操作过程比较复杂ꎬ生成的氧气不易保存ꎬ二者都不适用于实验室制氧.经过综合性的考虑ꎬ排除掉多余选项ꎬ可以确认以高锰酸钾药品来制备氧气.２.２引导学生质疑ꎬ加强探究体验关于高锰酸钾制取氧气的实验ꎬ学生们经过前期的学习ꎬ大多只是初步了解该实验的化学方程式ꎬ但对于实验的具体细节ꎬ许多学生却一无所知.为了有效加强学生的探究体验ꎬ教师可以巧妙的引入一些干扰元素ꎬ引导学生不断质疑ꎬ进一步促进新知与旧知之间的联系ꎬ帮助学生迅速熟悉该实验的细节与每一个操作要点.图１如图１所示ꎬ教师可以先通过电子白板展示实验设计图Ｂ与设计图Ｃꎬ并询问学生:大家认为哪一种设计图比较适合这次实验呢?通过简单的讨论分析ꎬ学生不难发现教师给出的陷阱.因为高锰酸钾属于固体ꎬＢ㊁Ｃ两张设计图中明显都有液体ꎬ都不是正确选项.当学生正确提出质疑以后ꎬ教师可以适当给予赞扬ꎬ并趁热打铁ꎬ继续布置下一个陷阱:教师想要采用向下排空气法来收集氧气ꎬ大家觉得合适吗?如果不合适ꎬ你觉得应该用什么方法?该问题旨在引导学生联系旧知ꎬ通过以前的学习ꎬ学生可以回忆起向下排空气法主要针对密度比空气小且不与空气反应的气体.而氧气密度明显大于空气ꎬ如果采用向下排空气法ꎬ制取的氧气会从瓶口流失ꎬ故而不适合.在此基础上ꎬ学生经过再一次的质疑与思考ꎬ可以确定排水集气法与向上排空气法相对比较适合这次实验.由此ꎬ学生也能认识到气体的收集与气体的密度与溶解性有关ꎬ在实验理论的学习上又准确掌握了一处重要的知识点.２.３鼓励改进实验ꎬ促进迁移内化在情境导入㊁质疑讨论两个教学环节之后ꎬ学生需要亲手实践ꎬ完成高锰酸钾制取氧气的实验操作流程.但对于实验中某些容易忽略的细节ꎬ教师还需要提醒学生注意.对此ꎬ化学教师可以先通过电子白５２１板ꎬ播放一些失败的实验视频.比如ꎬ有的学生在加热高锰酸钾的过程中ꎬ试管底部突然炸裂.有的学生操作实验时ꎬ发现水槽中的水突然变红了.还有的学生在制取氧气时ꎬ不知该如何判断氧气已经收集完毕.针对这些问题ꎬ教师可以将课堂的主导权还给学生ꎬ让学生以小组为单位ꎬ分析以上视频中的错误细节ꎬ思考出现实验事故的因素是什么ꎬ如何该对实验进行创新改进.当学生讨论完毕后ꎬ教师可以按照实验设计ꎬ连接好相应的实验器械ꎬ并让学生总结之前讨论的结果ꎬ对不正确的地方进行调整.例如ꎬ装有高锰酸钾的试管管口并没有略微倾斜向下ꎬ而高锰酸钾加热会生成水蒸气ꎬ遇试管壁冷凝会回流ꎬ从而造成试管底部的炸裂ꎬ这也是需要改进的环节之一.试管口应当加塞透气的填充物ꎬ如棉花.因为高锰酸钾药品为粉末状ꎬ在加热的过程中容易从导管中进入水槽ꎬ这也是水变红的原因.最后ꎬ判断氧气是否收集满ꎬ需要观察细节.如排水收集法ꎬ要看气泡是否从收集瓶中逸出.再如向上排空气法ꎬ可以将带火星的木条放置在瓶口ꎬ观察是否出现复燃的情况.在此基础上ꎬ教师可以适当的补充两种收集氧气方式的优缺点ꎬ如排空气收集的氧气杂质相对较多ꎬ排水收集的氧气则比较湿润.经过综合性的交流和纠错ꎬ展示出的设计成果如图２所示.最后ꎬ教师带领学生确认全部实验细节后ꎬ可以让学生完成最后的实验操作ꎬ并妥善记录实验结果.图２３基于ＳＴＥＡＭ理念的初中化学探究式实验教学总结㊀㊀在完成实验教学后ꎬ教师可以采用调查问卷㊁个案访谈的方式ꎬ分析本次探究式实验的教学效果.３.１调查问卷与相关分析发放调查问卷之前ꎬ教师可以先带领学生对整个实验过程复盘ꎬ为学生普及ＳＴＥＡＭ教育的理念ꎬ让学生了解到每一个教学环节的目的是什么ꎬ有哪些想要培养的目标.并通过学生自评㊁学生互评等方式ꎬ引导学生反思自己在哪些方面的学习出现了进步ꎬ又有哪些地方存在着不足之处.然后ꎬ教师为学生发放调查问卷ꎬ针对性地提出问题ꎬ以分析ＳＴＥＡＭ理念与探究式实验的结合情况是否达到预期的成效.通过多角度㊁多样性的问题ꎬ判断学生的学习兴趣㊁思维能力㊁实践能力㊁合作能力㊁创新意识等素质是否发生了明显的进步.本次４０人的学生群体经过问卷调查ꎬ最后的结果如图３所示.可见大部分的学生在实验兴趣㊁实验思维㊁实验操作㊁实验合作㊁实验创新等方面都有了显著地成长.仅有２人没有明显地变化ꎬ可见ＳＴＥＡＭ教育理念与化学探究式实验的兼容性较强ꎬ可以有效提高学生的学习效率ꎬ对学生化学综合素质地成长大有裨益.图３３.２个案访谈与相关分析在完成问卷的基础上ꎬ教师还需要进一步做好查缺补漏.比如ꎬ本次教学有两名学生并未出现明显的学习进步ꎬ可以针对个案来组织访谈工作ꎬ了解学生的实际情况ꎬ分析ＳＴＥＡＭ理念下的化学探究式实验为什么没有取得良好的教学成效ꎬ找出可以改正的教学细节.由此ꎬ教师充分贯彻了以生为本的教育原则ꎬ力求让化学实验教学做到精益求精.参考文献:[１]陈克娜ꎬ谈学兵.基于ＳＴＥＡＭ理念的初中化学实验探究式教学的探索 以«空气中氧气含量的测定»为例[Ｊ].教育信息技术ꎬ２０２１(１２):２５－２８.[２]徐莉芬.基于ＳＴＥＡＭ教育理念的初中化学实验设计与实践研究[Ｊ].中学课程辅导(教师教育)ꎬ２０２１(１０):３１－３２.[责任编辑:季春阳]６２１。
在初中化学教学中实施STEM教育的探究1. 引言1.1 背景介绍在当今社会，STEM教育（Science, Technology, Engineering, and Mathematics，即科学、技术、工程和数学教育）备受重视，被誉为21世纪的核心教育理念。
STEM教育的实施旨在培养学生的综合能力，提高他们的创新思维、问题解决能力和团队合作能力。
而初中化学作为STEM教育中的一部分，也开始受到越来越多教育者和研究者的关注。
化学是一门与生活息息相关的科学学科，它的理论知识与实践操作相结合，既具有科学性又具有实践性。
在初中化学教学中实施STEM 教育，有助于激发学生的学习兴趣和动手能力，提升他们的问题解决能力和创新意识。
探究在初中化学教学中实施STEM教育的方法和效果，对于促进学生的全面发展和提高教学质量具有重要意义。
本文旨在探讨初中化学教学中实施STEM教育的可行性和有效性，通过分析相关案例和评估教学效果，旨在为教育实践者提供借鉴和指导。
希望通过本文的探究，可以为推动STEM教育在初中化学教学中的深入发展提供参考和支持。
1.2 研究目的研究目的是为了探讨在初中化学教学中实施STEM教育的可行性和有效性，了解STEM教育对学生学习兴趣、创新能力和解决问题的实际影响。
通过对现有STEM教育理论和实践经验的总结和分析，进一步探讨如何更好地融入STEM元素到初中化学教学中，提高教学质量和教学效果。
本研究旨在为教师提供具体的实施方法和策略，帮助他们更好地应对STEM教育带来的挑战和问题，促进初中化学教学的创新和发展。
通过深入研究和实践，期望可以为推动STEM教育在初中化学领域的应用提供重要的理论依据和实践经验，为学生提供更加全面和有趣的学习体验，培养他们的创新精神和探究精神，为未来科技发展和人才培养做出积极贡献。
1.3 意义在初中化学教学中实施STEM教育的意义是多方面的。
STEM教育可以帮助学生更好地理解化学知识，因为它将化学与科技、工程和数学等学科相结合，使学生能够在跨学科的环境下学习。
基于STEAM理念的中学化学教学设计作者：周师捷耿淑玲来源：《湖南教育·D版》2018年第05期一、问题的提出STEAM教育注重在学生整合科学、技术、工程、艺术和数学知识的同时，培养学生的问题解决能力、高阶思维能力、系统思维能力等。
基于STEAM理念的中学化学教学立足于化学学科本位，注重多元学科文化的融合与发展，在教学的过程中以其他学科为背景，同时又注重将化学学科的研究应用于相关学科的发展。
STEAM教育理念的实施离不开各学科的课堂教学，如何让其在中学化学课堂上得到有效的推进，值得我们去思考和实践。
本文将以长郡中学喻建军老师执教的《核素》一课为例，进行基于STEAM理念的中学化学教学解析。
二、《核素》一课教学实施与特点（一）教学实施与STEAM契合点表1“教学实施与STEAM契合点”呈现的是“核素”一课的教学流程和教者的设计理念。
（二）教学特点与创新点《核素》一课，教师巧妙地利用了氢核聚变的反应，进行物理与化学两大科学研究领域界定，并由此引入新课的教学。
在解释原子结构时，利用系统论和原子结构中的数量关系进行定量分析，并再次将数学学科作为工具使用到“四大概念”的辨析中，让学生能够充分理解相关概念；在游戏教学和《元素周期表之歌》环节中，学生在轻松的学习环境中积极参与；最后，通过资料在线的方式引导学生关注化学学科知识的跨学科应用，将课堂教学延伸到课外。
本堂课围绕核素与同位素的教学展开，在完成既定教学目标的同时，立足于化学学科本位，实现了化学与天文学、物理学、数学、音乐、生物学、考古学等多学科的高度融合，帮助学生在学科间进行知识的迁移与应用，较好地培养了学生综合分析与解决问题的能力。
三、STEAM理念实施的具体解析（一）在化学学科研究领域界定中，走学科融合路线课堂伊始，教师从太阳聚变发光的方程式出发，引出“原子”是化学变化中最小的微粒，并引导学生得出“在化学学科研究领域之外，存在比原子更小的粒子”的结论。
STEM教学模式下高中化学教学设计研究STEM教学模式下高中化学教学设计研究一、引言近年来，STEM教育模式在世界范围内迅速崛起并备受关注。
STEM教育模式将科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）有机地融合在一起，旨在培养学生的创新意识、解决问题的能力以及团队协作精神。
而化学作为STEM教育中的重要学科之一，应该在教学中充分融入STEM元素，以促进学生的全面发展。
本文将针对高中化学教学，探讨如何在STEM教学模式下进行教学设计研究。
二、STEM教学模式下高中化学教学设计的理论基础1. STEM教育模式的特点STEM教育模式强调“全人教育”，注重培养学生的创新思维、综合能力和实践操作能力。
学生在学习过程中，需要运用科学知识与技术手段来解决实际问题，强调跨学科的整合与融会贯通。
2. 高中化学教学的特点高中化学教学需要培养学生的基本科学素养、科学方法和思维方式。
化学知识涉及较多的抽象概念和实验实践，需要学生具备较强的观察能力和动手能力，同时还需培养学生的逻辑思维和问题解决能力。
三、STEM教学模式下高中化学教学实施策略1. 建立激发学生兴趣的学习环境在课堂中，教师应设计富有趣味性和实践性的实验或活动，激发学生的兴趣，并让学生能够主动参与其中。
例如，可以通过分组进行实验，让学生自主选择实验方案与角色分工，在合作中培养学生的团队协作能力。
2. 融入STEM元素化学知识的学习应该与其他学科相结合，突出STEM元素。
例如，在讲解化学反应时，可以引入物理方面的原理和公式来解释反应过程，使学生从多个角度理解化学知识。
3. 开展实践探究活动在学习过程中，教师应引导学生主动参与实践探究活动。
通过实际操作，让学生亲自动手去实验，观察现象，从中提炼出规律，并结合科学知识进行解释。
通过这种方式，能有效提高学生的动手能力和问题解决能力。
4. 引导学生进行科学项目研究在高中化学教学中，可以设定一些小型的科学项目供学生参与。
高中化学教学中STEM教育理念的渗透摘要：伴随新一轮教育改革的不断推进，STEM这一类先进的教育理念逐步深入到高中理科教学的过程中来。
同样，STEM教学理念在高中化学教学中的应用也能够很好地优化教学质量、发展学生的自主学习能力和综合实践能力。
基于此，笔者将从多个角度论述高中化学教学中STEM教育理念的渗透的有效教学策略，为进一步促进高中化学教育改革打下基础。
关键词：高中教学；化学；STEM教育理念；教学策略引言：STEM教育理念主要分为三个部分内容“S”、“T”主要指科学和技术两方面含义，主要是指学生利用科学知识解释世界、认识世界的能力，“E”指工程的缩写，主张学生将所学的科学和技术加以实践应用，从而更好地的指导实践。
“M”则指这个过程中常用的数学知识。
为此，教师可以从这三个角度探究化学教学的有效方法，积极优化化学课堂教学的各个环节。
一、利用思维导图优化教学，重视创新理论教学过程高中化学教师在开展STEM教学时，首先要从重视从“科学”、“技术”两个部分内容入手，积极发展和培养学生的基础知识水平，使他们可以架构多种化学理论和公式知识牢记，从而将其更好地应用到理论创新过程中[1]。
高中阶段正是学生逻辑思维能力蓬勃发展的关键时期，教师可以将能够反映学生思维过程的思维导图运用到传授化学理论知识的过程中，组织学生按照思维导图的方式将各个章节中的化学知识进行梳理，从而有效丰富学生脑海中的知识储备，有效完善本班学生的自主学习能力。
在利用思维导图开展教学时，教师可以利用PPT的形式将本节课的知识重点或难点呈现出来，让学生可以更加清晰地明确自己所要着重掌握的内容，为他们之后有的放矢的学习打下良好基础。
此外，教师要在教学结束以后，组织学生根据本节课所学勾画思维导图，以此方便了解他们本节课的学习效果。
——钠和氯”的“第一节钠及其化合物”进行课堂教学时，教师可以在导入环节中利用思维导图向学生们呈现本节课所要学习的重点知识内容，并结合一些生动形象的图片来丰富思维导图，让学生对有关钠及其化合物的相关知识重点有更加全面的认识和了解。
中学化学教学中渗透STEM理念的教学设计doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.016STEM教育是当前国际上颇具影响的教育思想之一。
STEM是科学（ Science）、技术（ Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简称，强调多学科的交叉融合，将四门学科内容组合形成有机整体，削弱了这四门学科中传统的学习障碍，促使学生综合运用多种学科知识，以更好地培养学生的创新精神与实践能力[1]。
将STEM理念融入中学化学教学中，使学生不仅获得与科学、技术、工程和数学等相关的知识；还能与真实世界建立联系，将科学教育和当前的社会生产生活等紧密结合，充分理解科学、技术、工程与数学之间的交互关系，为提高学生综合素养及全面发展打下良好基础。
[2]一、教学目标分析“人工固氮技术――合成氨”选自人教版高中化学选修2《化学与技术》第一单元中的内容，该课题涉及了“合成氨的反应原理”“合成氨的基本生产过程”“合成氨工业的发展”三部分内容，在此基础上，本节教学设计又增加了“探索合成氨的最佳条件”。
合成氨工业是重要的化学工业之一，对生产和生活有着重要意义，同时氮气、氢气合成氨的反应也是在必修教材中学习到的一个重要的、典型的平衡体系。
在本课学习中，学生既又可以可以联系原有知识和生活实际来学习合成氨的工业制取，从STEM的角度进一步探讨工业合成氨生产中涉及的STEM要素。
因此本课题是一节将学科知识和生产实际相结合的重要内容，是充分渗透STEM理念的一节内容。
围绕“人工固氮技术――合成氨”的内容，从STEM四个维度出发，制订教学目标如下：二、教学设计思路本节教学设计以“任务为主线，教师为主导、学生为主体”的教学方式呈现，教师在某一种教学情境下提出问题，将STEM学科知识整合到某一化学核心任务中，学生以小组合作的方式运用STEM四方面的知识思考、讨论与交流，从而解决化学问题，并最终获得相应的科学知识。
学生在解决问题的过程中，教师发挥指导、检查、监督、和评价作用。
[3]在本节教学中，教师以氮气和氢气在一定条件下合成氨的反应为指导，引导学生应用化学平衡理论与化学反应速率理论尝试考虑化工生产合成氨的适宜条件，同时从材料、设备、成本、环境等方面考虑实际生产中的最佳条件；从制备合成氨的原料气、原料气的净化、氨的合成与分离等过程中熟悉工业生产过程中常用的操作与技术；从合成氨的工业发展中了解最新的工业改进技术，提高环境保护的意识。
在此过程中，将STEM理念渗透到整个课堂教学中，充分调动学生积极性，使学生意识到化学总是与科学、技术、工程及数学紧密联系的。
具体的教学设计思路如图1所示：三、教学过程任务一：合成氨的反应原理[投影]PPT展示氮在自然界的循环图。
[教师]从氮在自然界的循环图可以看出，含氮化合物对人类生活有着十分重要的意义。
含氮化合物除了用于制造染料、油漆、炸药、人造纤维等，最主要的一大用途就是用于农业化肥的生产。
氮是植物生长不可缺少的元素之一，农作物每年从土壤中摄取大量含氮化合物，为了补偿土壤中减少的氮，必须施加氮肥。
而农业上使用的氮肥如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以及各种含氮混合肥料和复合肥料，都是以氨为原料制成的。
[提问]请结合《化学1》“氮及其化合物”知识想想合成氨的原理是什么？哪个小组的同学愿意上黑板写一下合成氨的化学方程式？[学生]回忆并思考，写出化学方程式：N2+ 3H2[?][高温?高压][催化剂]2NH3。
[投影]合成氨反应是一个可逆反应：3H2（g）+N2（g）[?]2NH3（g）。
已知298K时，ΔH= -92.2kJ/mol，ΔS= -198.2J/K?mol，请根据自发反应进行的判断依据考虑，298K时合成氨反应能否自发进行？[学生]计算得出ΔH-TΔS [投影]根据这个小组回答选择合成氨的条件时，是不是压强越高、温度越低越好？在实际生产中怎样选择合成氨的最佳条件？不是。
压强太高，对设备要求越高，会增加建设投资]学生[ 和生产成本，温度过低，反应速率太低，耗时间，不利于生产。
[教师]不错，这个小组同学分析得很到位。
在实际生产过程中，压强越大，对设备的材料质量和制造水平的要求越高，能量消耗也增加，从而增加建设投资和生产成本；如果采用较低温度，虽然有利于增大平衡混合气中氨的含量，但温度过低，反应速率太低，需要很长时间才能使反应达到平衡状态。
因此需要根据实际情况选择适宜的压强跟温度。
此外为提高反应速率还需要加入催化剂，而催化剂需要在一定的温度范围内才能表现出良好的催化活性，目前，合成氨工业普遍使用以活性铁为主的多组分催化剂，又称铁触媒。
铁触煤在500℃左右活性最大。
综合考虑以上因素，实际生产中合成氨的适宜条件是温度在500℃左右，压强在20～50 MPa之间，并以铁触媒为催化剂。
设计意图：学生通过观察氨含量随着温度、压强数据的变化而变化的图表，利用化学反应速率及平衡思想分析合成氨工业所需适宜条件，培养学生利用数学思维分析化学、工程问题。
同时以学生的答案为出发点，设问“是不是温度越低、压强越高越好？”从而引导学生从生产实际出发，考虑产率、设备、投资、成本等一系列工程问题，体会到光靠化学基本原理解决实际工业生产问题远远不够，还应具备与工程、技术等相关知识，明确理论联系实际的重要性。
任务三：合成氨的基本生产过程播放“合成氨――从实验室到工业化生产”的科]PPT投影[ 学史话及相关装置图。
[提问] 通过刚才播放的科学史话可以看出任何一项简单的过程都经过科学家们的不断探索与实践，请同学们结合刚才的科学史话并阅读教材内容，概括合成氨都需要经历哪些生产过程。
[学生]合成氨的基本生产过程主要有三个步骤：一、制备合成氨的原料气；二、原料气的净化；三、氨的合成与分离。
[教师]概括很正确。
要实现合成氨的工业化生产，首先要获得合成氨的原料气，空气中有充足的氮气，可以通过液化空气再蒸发分离出氧气获取氮气，那么要通过什么工艺和技术来获取氢气呢？老师有以下几种方案，你认为哪种方案是最佳选择？请从资源、能耗、成本、设备、环境等方面综合考虑。
[投影]氢气的制取方案：方案一：电解水制取氢气。
方案二：由煤或焦炭制取氢气，原理为C+H2O[=]CO+H2。
方案三：由天然气制取氢气：CH4+H2O[=]CO+3H2；由煤或焦炭、天然气制氢气过程中产生的一氧化碳与水蒸气反应：CO+H2O[=]CO2+H2。
[学生]我认为第三种方案是最佳选择。
电解水制氢气消耗大量电能，成本高，不适用于制取大量的氢气；利用煤制取氢气投资高、能耗高，且副产物污染环境；天然气易获取，成本低、能耗也低，且便于管道输送。
因此选择天然气制取氢气相对来说比较好。
．[教师]很好，考虑得很全面。
不错，从20世纪50年代起，天然气已成为世界上合成氨的主要原料。
但由于我国煤资源储量大，分布地区广，目前还有许多工厂仍然以煤作为合成氨生产的主要原料。
制备好原料气后，还需将原料气进行净化处理，以除去制备原料气过程中产生的CO、CO2、O2、H2S等杂质气体，一是为了得到纯净的原料气，二是为了减少对空气的污染。
[投影]合成氨生产简易流程图和合成塔内部构造示意图。
[教师]净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，氮气与氢气在高温、高压和催化剂的作用下合成氨。
请同学们根据这张图思考如何从合成塔出来的混合气体中获得我们需要的氨气呢？剩余的氢气与氨气去哪了？[学生]认真观看图片，思考并交流。
为得到氨气，需将混合气体中的氨冷却使其液化，然后分离出来，剩余的氢气与氨气重新送到合成塔继续反应。
[教师]很好，观察、分析得很到位。
老师再补充一点，液化氨时要经过冷凝器，分离出来的其他气体需经过循环压缩机，再送到合成塔，同时不断向合成塔补充新鲜的原料气，这样氨的合成就形成了一个循环流程，使氮气和氢气得到充分利用。
设计意图：学生认真观看播放合成氨的科学史话，在学习知识的同时感受合成氨工业的发展历史，知道每项工业生产过程都需经历漫长的探索与实践，从而体会科学家们持之以恒，严谨求一方面学生了解了几通过获取氢气的方案筛选，实的科学精神。
．种制取氢气的基本技术手段，一方面学生也学会从能源、能耗、成本、设备、环境等多方面综合考虑获取氢气的途径，从而选出最佳方案。
获取氨气利用液化分离技术，剩余原料气循环利用等都是化学工业上重要的科学技术手段，有助于学生理解化学知识在改进技术、促进社会发展的重要作用，促进学生科学素养、技术素养的提高。
任务四：合成氨工业的发展[教师]目前为止，我们学习了合成氨的反应原理、适宜条件的选择以及合成氨的生产过程，自1913年世界上第一座合成氨厂投产以来，合成氨工业不断发展，我们学习的只是合成氨知识库中的冰山一角。
假如你是一名合成氨工厂的厂长，为了更好地发展合成氨工厂，你还具备合成氨的哪些知识？[学生]合成氨的发展史、原料气的净化工艺和技术、催化剂的改进、合成氨工艺所带来的环境问题……[教师]看来同学们对合成氨的知识很感兴趣，现在老师请一位同学上讲台利用多媒体网络搜索关于合成氨的相关知识，然后与大家一起分享。
[教师]这位同学演示得非常好，请同学们课后就工业合成氨这部分内容，挑自己感兴趣的模块进行网络搜索，每个小组同学挑选一个模块进行搜索整理，然后小组与小组同学之间交流分享。
[教师]现在请大家回忆一下合成氨的生产过程，实大家猜猜是哪际上我们忽略了在生产实际中最重要的一个环节，个环节？大家可以联想我们在实验室制取对环境有污染、有毒物质时所进行的最后一步操作。
[学生]尾气处理与回收。
[教师]不错，这位同学反应很快。
随着环境保护意识的增强，合成氨生产过程中产生的废渣、废气、废液的处理越来越成为技术改造的重要问题。
[投影]尾气处理与回收是工业生产的最后一个环节，也是本节课最后的学习内容，请同学们结合教材相关内容填写以下表格。
[学生]认真翻阅教材，与小组同学交流讨论得出答案。
设计意图：学生扮演合成氨工厂的厂长，考虑还需具备哪些关于合成氨的知识，积极踊跃发言，通过角色扮演，使学生认识到知识是无穷无尽的，需要不断努力充实和丰富自己的知识库。
课堂上学生亲自上讲台进行网络搜索有关合成氨的知识，给了学生展示自己的机会，鼓励学生学会熟练运用现代信息技术，培养了学生获取信息、筛选信息的能力，为进一步提高学生科学素养、技术素养打下基础。
尾气处理与回收使学生意识到工业生产中不仅要关注经济效益，还应关注环境的保护，资源的合理使用，将可持续发展理念渗透到每一步。
四、结语本节教学设计以任务为中心，将工业合成氨分为四项任务，理念渗透其中。
任务一以化STEM每项任务以问题为情境线，将．学基本知识与原理为科学依据，利用数学表达式，通过计算判断某一特定条件下合成氨反应是否自发进行；任务二通过表格数据分析合成氨的适宜条件，在此基础上又结合工业生产实际，从设备、成本、经济效益等方面探索合成氨的最佳条件；任务三从能源、能耗、环境、成本等方面考虑选择获取原料气的最佳方案，从合成氨的生产过程中理解所包含的技术要素，了解合成氨生产过程中的基本装置和流程；任务四通过角色转换，让学生自己思考需要掌握的合成氨的知识，利用计算机技术收集信息并与同学分享，最后通过尾气处理与回收使学生意识到环境的保护、资源的合理使用等也是工业生产所考虑的重要因素。
