STEM理念下高中化学项目化教学模式构建

摘要：在时代不断发展的过程中，社会对创新型人才的需求日益增加，STEM 教育理念为教育领域提供了一种跨学科整合的新思路，而高中化学是一门基础自然科学学科，在STEM理念下开展项目化教学有助于培养学生的综合素养，因此本次研究以“简单燃料电池的制作与原理循证”为例，针对STEM理念下高中化学项目化教学模式构建进行探讨分析，希望为相关人员带来一些参考。

关键词：STEM 理念；高中化学；项目化教学

STEM教学理念强调将科学、技术、工程和数学四个学科领域有机融合，以此来打破学科界限，培养学生解决实际问题的能力、创新思维和跨学科素养，在这种理念下，学生不再孤立地学习各个学科知识，而是将其综合运用到实际项目中。通过在化学项目化教学中渗透STEM理念能够构建完善的教学模式，为学生的综合素养发展提供基础。

一、“简单燃料电池的制作与原理循证” 项目设计

（一）知识与技能目标

在项目设计中，要求学生能够理解燃料电池的工作原理，包括电极反应式的书写、电子和离子的流向等，并掌握简单燃料电池的制作方法，包括电极材料的选择、电解液的配制等；在学习过程中通过项目实施，培养学生的科学探究能力，包括提出问题、作出假设、设计实验、收集证据、得出结论等；提高学生的跨学科思维能力，学会将化学知识与工程、技术、数学知识相结合解决实际问题；激发学生对化学学科的兴趣，增强学生的环保意识，正确认识到燃料电池作为一种清洁能源具有重要意义；培养学生的团队合作精神和创新意识，在项目合作中共同探索、勇于尝试新方法。

（二）项目内容

第一，燃料电池原理探究，教师要引导学生回顾原电池的基本原理，并通过查阅资料、小组讨论等方式了解燃料电池与普通原电池的区别与联系[1]。将氢 - 氧燃料电池为例，分析其电极反应式的书写方法。第二，简单燃料电池制作材料的选择，从工程和技术的角度出发，让学生考虑电极材料的导电性、稳定性和成本等因素，在项目中可选用石墨作为电极材料，因为它具有良好的导电性和化学稳定性。第三，在选择电解液的过程中，综合考虑其与电极材料的兼容性以及对燃料电池性能的影响，在实践中可以选择稀硫酸作为酸性燃料电池的电解液。第四，燃料电池制作与测试，要求学生分组制作简单的燃料电池，按照设计好的方案组装电池，包括电极的制备、电解液的添加等操作。可以利用简单的测试仪器，如电压表等，测量燃料电池的电压，并记录不同条件下（如电极间距、电解液浓度等）的电压数据。第五，数据处理与原理循证，要求学生对收集到的电压数据进行分析处理[2]。如绘制电压与电极间距、电解液浓度等变量之间的关系曲线，并根据数据分析结果，进一步验证燃料电池的工作原理，解释数据变化的原因。

二、“简单燃料电池的制作与原理循证”项目实施

（一）项目启动阶段

首先，在项目导入阶段，教师通过展示燃料电池汽车、燃料电池发电站等图片或视频资料[3]。引入 “简单燃料电池的制作与原理循证” 项目，激发学生的兴趣和好奇心。其次，引导学生根据自己的兴趣和特长自由组合成小组，每组人数以3-5人为宜。教师对小组进行适当调整，确保每个小组都具备不同能力层次的学生，以促进学生之间的合作与交流。最后，制定完善的项目计划，要求各小组在教师的指导下制定项目实施计划，包括项目的目标、任务分解、时间安排、人员分工等内容，学生分别负责资料收集、实验操作、数据记录和分析等工作。

（二）项目探究阶段

第一，原理探究，要求小组学生通过查阅教材、网络资料等方式深入研究燃料电池的原理[4]。针对不理解的问题进行小组内部讨论或向教师请教，教师要在这个过程中引导学生从化学的氧化还原反应角度理解电极反应的本质。

第二，以小组为单位，每个小组制作一个关于燃料电池原理的 PPT 或手抄报，向全班同学展示他们的研究成果，促进组间交流和知识共享。并根据前期对燃料电池原理的理解，逐步开始选择制作燃料电池的材料。在此过程中学生们需要综合考虑材料的各种性能，如导电性、化学稳定性、成本等[5]。

第三，要求各小组按照自己的设计方案制作燃料电池，在制作过程中不断调试和改进，而教师作为引导者要巡视各小组的制作过程，及时发现问题并给予指导，例如提醒学生注意电极的连接是否紧密、电解液的量是否合适等。

第四，在完成制作以后，要求学生使用电压表等测试仪器对制作好的燃料电池进行性能测试，以此来改变电极间距、电解液浓度等变量，收集不同条件下的电压数据。并在测试过程中，要求学生详细记录实验数据，包括实验条件、测试结果、观察到的现象等内容，培养学生严谨的科学态度。

（三）项目总结阶段

首先，教师要求各学习小组对收集到的实验数据进行整理，运用数学知识绘制图表，如绘制电压与电极间距的关系曲线、电压与电解液浓度的关系曲线等。通过对数据的分析，学生需要尝试解释数据变化的原因，立足于化学原理的角度深入理解燃料电池的性能与各变量之间的关系。

其次，鼓励各个学习小组制作项目成果汇报材料，包括项目的研究过程、实验结果、数据分析、结论以及在项目实施过程中的收获和体会等内容。并由各小组选派代表在全班进行项目成果汇报，其他小组的同学可以进行提问和评价，促进学生之间的互动和交流。

结束语：

通过项目的设计、实施和评价，融合STEM理念的高中化学项目式教学模式能够提升学生的综合素养、创新能力和实践能力，促进学生的合作与交流，因此这也要求教师应转变传统教学观念，构建起富有实践性的教学模式，推动学生的全方位发展。

参考文献

[1]肖仕清，林裕莲.基于STEM理念构建教学内容结构化教学模式的研究——以教学高中化学“铝土矿的开发与利用”为例[J].广西教育，2022，（35）：86-89.

[2]杜小强.高中化学教学中STEM教育理念的渗透思考[J].智力，2022，（32）：80-83.

[3]林艺玲，江合佩，郑敏.融合STEM理念的“发展中的化学科学”项目式学习——以“氢能的利用”为例[J].化学教学，2022，（08）：53-60.

[4]杨芳恒.STEM思想引领下的高中化学教学方法研究初探[J].教育界，2022，（17）：11-13.

[5]张钟月.基于STEAM教育理念的高中化学实验教学——以“乙酸乙酯水解实验”为例[J].实验教学与仪器，2022，39（06）：13-15.

本文系吉林省长春市教育科学“十四五”规划《STEM教育理念下的跨学科整合研究 》课题的阶段性成果 【立项编号：JKBLX20240387】