基于STEM教育理念的高中化学项目式学习设计研究

摘要：STEM教育理念，作为科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四大领域的有机结合，近年来在全球范围内受到广泛关注。该理念强调通过跨学科的知识整合与实践，培养学生的创新意识、发散思维、想象力和问题解决能力，使其具备应对现实世界复杂问题的综合能力。高中化学作为自然科学的重要组成部分，其教学方式的创新与改进显得尤为重要。项目式学习作为一种动态的学习方法，学生在一段时间内通过研究、应对一个真实、复杂的问题或挑战，从而获得知识和技能，与STEM教育理念不谋而合。将STEM教育理念融入高中化学项目式学习设计，旨在通过真实的化学情境和跨学科知识的应用，激活学生的学习兴趣，提升其科学探究与创新意识。本研究旨在探讨基于STEM教育理念的高中化学项目式学习的设计与实践，以期为高中化学教学提供新的思路和方法，促进学生学科核心素养的全面发展。

关键词：高中化学；化学教学；项目式学习；STEM

项目式学习，作为一种以学生为中心、强调实践和创新的教学模式，与STEM教育理念高度契合。通过项目式学习，学生可以在解决实际问题的过程中，综合运用化学知识及其他STEM领域的知识，从而深化对化学原理的理解，并提升解决实际问题的能力。

一、跨学科整合课程设计

在基于STEM教育理念的高中化学项目式学习中，跨学科整合课程设计是核心要素之一。这一设计策略强调将化学知识与技术、工程和数学等领域的知识紧密融合，通过设计具有实践意义的项目主题，让学生在解决实际问题的过程中，综合运用多学科知识，提升综合素养。以“环保型电池的设计与开发”项目为例，该项目不仅涉及化学领域的知识，如电池的工作原理、电极反应等，还融合了工程原理、数学计算以及技术与环境科学的内容。在项目启动阶段，学生首先需要运用化学知识深入理解电池的基本构造和工作机制，包括电解质的选择、电极材料的性质等。随后，结合工程原理，学生需设计电池的结构，考虑如何优化电池性能，如提高能量密度、延长使用寿命等。在此过程中，数学工具的应用也不可或缺，学生需运用数学模型进行能量计算，评估电池的效率和成本效益。同时，该项目还强调了技术与环境科学的融合。学生需关注电池材料的可持续性，探讨如何选用环保材料，减少生产过程中的污染排放。此外，还需考虑电池的回收和处理方案，以减少对环境的负面影响。通过这一项目，学生不仅能够加深对化学知识的理解，还能在实践中锻炼跨学科整合能力，培养创新思维和环保意识。综上所述，跨学科整合课程设计在基于STEM教育理念的高中化学项目式学习中发挥着关键作用。通过设计具有实践意义的项目主题，让学生在解决实际问题的过程中综合运用多学科知识，不仅能够提升学生的化学学科素养，还能促进其全面发展，为未来的学习和职业生涯奠定坚实基础。

二、真实情境问题引导

在基于STEM教育理念的高中化学项目式学习中，真实情境问题引导是激发学生兴趣、促进其深度参与的关键策略。这一策略的核心在于选择与学生日常生活紧密相关或具有广泛社会意义的真实情境作为项目背景，以此为导向，引导学生主动识别问题、提出科学假设、设计并实施实验方案，最终提出切实可行的解决方案。以“城市水资源净化”项目为例，该项目紧密贴合当前社会面临的水资源短缺和水质污染问题，具有极高的现实意义。在项目启动阶段，教师引导学生关注当地水质现状，通过实地考察、数据收集和分析，使学生深刻认识到水资源保护的重要性及紧迫性。随后，学生需运用化学知识，如沉淀反应、氧化还原反应等，设计化学净化方案，旨在去除水中的悬浮物、重金属离子等污染物。在实验方案的设计与实施过程中，学生还需结合技术与工程原理，考虑净化设备的选型、工艺流程的优化等问题。同时，数学工具的应用也至关重要，如通过数学建模预测净化效果、评估净化成本等。在项目后期，学生需总结实验数据，分析净化效果，提出改善建议，并尝试将方案应用于实际场景，如社区自来水净化站等，实现理论与实践的深度融合。通过这一真实情境问题的引导，学生不仅能够在实践中深化对化学知识的理解，还能培养问题解决能力、创新思维和团队协作精神，更重要的是，能够增强社会责任感，为未来的社会贡献奠定坚实基础。这一策略的实施，充分体现了基于STEM教育理念的高中化学项目式学习的价值所在。

三、评价标准与成果展示

在基于STEM教育理念的高中化学项目式学习中，制定全面、公正的评价标准与组织丰富多彩的成果展示活动，是检验学生学习成效、激发其学习动力的重要环节。评价标准的设计需涵盖知识掌握、技能应用、团队合作、创新思维等多个维度，以确保评价的全面性和深度。以“绿色化学合成”项目为例，知识掌握方面，学生需准确理解化学反应原理、合成路径设计等知识；技能应用方面，则需掌握实验室基本操作、数据分析等技能；团队合作方面，强调团队沟通与协作能力；创新思维方面，鼓励学生提出新颖的合成方法或优化策略。项目成果展示会则是学生展示学习成果、分享学习经验的舞台。在“绿色化学合成”项目中，学生可通过海报展示合成路径、实验数据与分析结果，通过视频记录实验过程与团队讨论瞬间，甚至通过实物模型展示合成的化学产品。展示会邀请行业专家、教师、家长及学生共同参与，为项目提供多角度的反馈与建议，同时，也为学生提供了一个展示自我、增强自信心的平台。通过这一环节，学生不仅能够直观感受到自己的学习成果，还能在与他人的交流中汲取新知，拓宽视野。更重要的是，行业专家的参与为学生提供了与未来职业领域接触的机会，有助于其职业规划与成长。这一策略的实施，不仅提升了项目式学习的教育价值，也为学生未来的学习与发展奠定了坚实的基础。

四、结束语

本研究通过对基于STEM教育理念的高中化学项目式学习的设计与实践进行深入探讨，揭示了该教学模式在提升学生综合素质和创新能力方面的显著优势。在项目式学习过程中，学生通过跨学科知识的整合与实践，不仅掌握了化学知识，还培养了科学探究能力、批判性思维和团队协作能力。未来，随着教育技术的不断进步和教学理念的持续更新，基于STEM教育理念的项目式学习将在高中化学教学中发挥更加重要的作用，为学生的全面发展奠定坚实基础。

参考文献

[1]郜朝霞.STEAM教育理念下高中化学项目式学习建构策略[J].中学课程辅导（教师教育），2021（13）

[2]李申申;崔继文.高中化学融合STEAM教育理念的项目式学习建构及案例开发[J].现代盐化工，2021（02）

重庆市南岸区教育科学规划课题 + 一般课题+基STEM教育理念的高中化学项目式学习设计研究+2024-B-2