STEM教育视域下初中化学问题驱动学习策略探讨

摘要：STEM教育作为跨学科融合的教学模式，倡导科学、技术、工程和数学的协同发展，为初中化学教学提供了新的视角和实践路径。本文探讨了问题驱动学习（Problem-Based Learning， PBL）在STEM教育中的应用策略，以提升学生综合素养、创新能力和实际问题解决能力为目标。通过分析STEM教育理念与初中化学课程目标的契合点，结合问题驱动学习的实施案例，总结适用于初中化学的教学策略，提出实践建议，以期为化学教学改革提供参考。

关键词：STEM教育；初中化学；问题驱动学习；教学策略；综合素养

引言

STEM教育整合了科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics），旨在通过跨学科教学提高学生的创新能力和问题解决能力。初中化学作为一门科学性和实践性兼备的学科，其内容与STEM教育的核心理念高度契合。问题驱动学习是一种以问题为核心的教学模式，通过设计真实、复杂的问题情境，激发学生主动学习的兴趣，并培养其跨学科综合能力。然而，如何将STEM教育理念与问题驱动学习策略有效融合于初中化学教学，尚需系统探讨。本文旨在基于STEM教育视域，分析问题驱动学习策略在初中化学教学中的应用实践，并提出优化建议。

一、STEM教育理念与初中化学教学的契合性

1.1 STEM教育的核心理念

STEM教育以“跨学科融合”为核心，通过项目式学习（PBL）和问题解决引导学生开展探究活动，强调理论与实践的结合，注重创新能力、批判性思维和团队协作能力的培养。

1.2 初中化学课程的特点

初中化学注重基础知识的理解和实际应用的能力，如化学反应、分子结构、实验设计等，这些内容本质上具有跨学科属性，与STEM教育中“科学与技术结合”的理念相符。同时，化学实验中需综合运用数学计算、工程设计等能力，与STEM教育目标高度一致。

二、问题驱动学习策略在初中化学中的应用

2.1 问题驱动学习的核心要素

问题驱动学习（PBL）是一种以问题为导向的教学模式，旨在通过真实问题情境的设置，激发学生主动学习并提升其综合能力。PBL的核心包括问题设计、学习过程和成果展示三个阶段。问题设计需具有真实性、复杂性和开放性，能够引发学生的探究兴趣；学习过程注重学生自主学习与小组合作；成果展示阶段则强调学生的反思与表达能力，这些要素共同构成了一个完整的学习闭环。

2.2 初中化学教学中的问题设计策略

在初中化学中，问题设计是实施PBL的核心环节。首先，基于现实情境的问题设计可以增强学生对化学知识的实用性理解。例如，设计“如何减少厨房油烟对空气的污染”这一问题，可以让学生分析燃烧反应与污染物生成的关系，并提出改进建议。其次，跨学科融合的问题设计则注重知识的综合应用，例如“如何设计一款高效太阳能电池”，需要学生将化学、电学和工程设计结合起来，充分体现STEM教育理念。此外，问题设计需兼顾学生的学习能力和认知水平，逐步引导学生从具体问题向复杂问题过渡。

2.3 问题驱动学习的实施步骤

问题驱动学习在初中化学中的实施可分为三个阶段：引导阶段、探究阶段和总结阶段。在引导阶段，教师通过真实情境引入问题，激发学生的好奇心；在探究阶段，学生以小组为单位设计解决方案，通过实验验证假设；在总结阶段，学生展示学习成果并反思改进。在这一过程中，教师需发挥引导者和组织者的作用，确保学生在自主探究中形成清晰的知识网络。

2.4 案例分析

以“酸碱中和反应在生活中的应用”为例，探讨PBL在化学教学中的具体应用。教师首先设置情境：“市政水质检测显示水中酸性较高，如何进行处理？”学生通过查阅资料和小组讨论，设计实验验证不同碱对酸中和的效果。实验后，学生总结数据并提出最优解决方案。此案例不仅帮助学生巩固了酸碱反应的理论知识，还锻炼了其数据分析和团队协作能力，充分体现了PBL的教学价值。

三、STEM教育下问题驱动学习策略的优化与实践建议

3.1 优化问题设计

在STEM教育背景下，问题设计需层次化、多样化。一方面，基础性问题应围绕化学核心概念展开，帮助学生巩固基础知识；另一方面，进阶性问题需结合实际情境，引导学生进行深度探究。例如，在学习“化学反应速率”时，可以设计问题“如何控制反应速率以提高工业生产效率？”此外，引入虚拟实验和化学仿真工具，有助于弥补课堂实验条件的不足，为学生提供更丰富的学习资源。

3.2 提升教师指导能力

实施问题驱动学习对教师提出了更高的专业要求。教师需掌握STEM教育理念，熟悉跨学科教学方法，并能够有效组织学生的探究活动。一方面，学校应通过专题培训帮助教师建立科学的教学观；另一方面，教师需在课堂实践中不断调整教学策略，确保学生能够高效完成学习任务。

3.3 构建多元评价机制

科学的评价机制是确保问题驱动学习效果的重要环节。建议采用过程性评价与成果性评价相结合的方式，全面评估学生的学习表现。过程性评价关注学生在问题分析、实验设计和解决过程中的思维能力与合作能力；成果性评价则注重学生的创新性解决方案和表达能力。此外，教师还可通过学生自评与互评，促进其反思和能力提升。

总结：STEM教育为初中化学教学提供了跨学科融合的新思路，而问题驱动学习策略则为教学实践赋予了更多的探索性和创新性。本文探讨了STEM教育与初中化学教学的契合点，总结了问题驱动学习的实施策略与优化路径。通过真实情境的问题设计、科学的教学引导和多元化的评价机制，可以有效提升学生的综合素养和创新能力。未来研究应进一步探索在STEM教育视域下跨学科资源整合与评价方法的优化，为初中化学教学改革提供更多实践参考。

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