试述化学工程思维培养教学设计研究

1、试述化学工程思维培养教学设计研究工程思维是在工程的设计、研究和实践过程中形成的思维，其关键是运用各种知识及方式解决现实中的问题，具有实践性、设计性、构建性的特点1。在国家实施“中国制造2025”背景下，教育界也越来越重视培养学生的工程思维。教育部2016年的中国学生发展核心素养把实践创新确定为中国学生发展的核心素养之一，工程思维是实践创新的重要内容2。国内针对工程思维培养的研究大多基于高等教育阶段的工程类课程，但基础教育中开展工程思维能力的培养并不多见3，这主要是因为缺少培养工程思维的课程载体。STEM教育（Science，Technology，Engineering，Mathematics）

2、则是一种跨学科融合的教育，学生应用科学、技术、工程、数学等学科知识，以真实问题和建造产品为驱动，在工程实践中创新性地解决实际问题。STEM教育具有实践性、综合性和开放性的特点，是培养工程思维的有效载体。学生在解决现实问题、开展工程设计和制造产品等活动中，能够实现培养工程思维的目标4。当前我国新课标要求在教学中提升化学学科核心素养，STEM教育理念与化学课程结合，正是提升核心素养的有力途径。在初中教学中，化学课程内容丰富，其中不乏诸多有趣的实验，且初中化学所学内容大多与生活息息相关，有许多值得探究的问题，就STEM理念本身特性而言，正是需要由问题引领。因此，化学教学中实验部分和STEM理念拥有可

3、以结合的基础5。本文探讨了STEM理念与初中化学结合的合理性和有效性，并提供教学方案，为教师教学提供参考，培养适应信息化时代的学习者6。1STEM教育理念下初中化学教学的界说STEM教育由科学、技术、工程和数学四门学科融合而成，注重分享，强调让学生在这一过程中获得多元化的体验，通过创造的过程有所收获7。化学是一门以实验为基础的自然科学学科，其中科学知识在生活的各方各面都有迹可循，此为“科学”的体现。生活日常和化学实验室进行实验都要运用技术知识，此为“技术”的体现。数学是定量分析工具，化学学习对数学知识和思维有需要，此为“数学”的体现。工程是STEM教育的跨学科、综合性的集中体现，是将其他元素综

4、合运用的渠道，中学化学教学中，仪器创新、小组分工都是“工程”的体现。STEM教育的四大学科在现实教学中被整合成了完整的知识体系，具有系统性，与化学教学相结合具有合理性。2014年以前，教育工作者对STEM教育关注极少，2014年以后有关研究逐年递增，教育信息化“十三五”规划与小学科学课程标准都曾提出过相关建议6，8。在“教育信息化2.0”的进程中，新课标明确要求提升化学学科核心素养，初中化学教学中的实验是STEM教育理念的落脚点，若能结合运用，对提升素养大有裨益9。2STEM教育中化学工程思维培养的教学设计通过对STEM教育理念在初中化学教学中应用的剖析，结合资料文献和案例分析，综合学习及实习

5、的实践经验，根据当前中学生的特点及初中化学教学实况，以“燃烧和灭火”为例，开展课程设计，培养学生的化学工程思维。2.1教学专题价值实验是化学学科的基本要素，是与STEM教育理念协同融合的切入点。本节教学过程中，对于计算、实验设计和实验操作都有所要求，STEM教育理念适用于本节课程。2.2教学设计2.2.1教材分析本节课选自人教版初中化学教材上册第七单元，包括燃烧的条件、灭火原理等。通过燃烧现象，对燃烧进行深入探究，得到灭火原理。本节旨在深化已学概念，对后续学习物质反应能量变化构建基础。本课时主要通过探究灭火原理，让学生结合所学知识进行灭火器的设计。本节课的知识地图分析如表1所示。2.2.2学情

6、分析（1）学习者知识起点分析：通过日常生活及此前学习，学生已知燃烧基本概念及简单计算，但对控制变量等科学思想有待加强。（2）学习者技能起点分析：学生已具备基础实验技能，能尝试自主设计探究方案，具备一定的分工合作和工程设计能力，总结归纳能力仍需锻炼。（3）学习者心理起点分析：初中学生对实验充满兴趣，实验可提高学习积极性。2.2.3教学目标（1）了解燃烧条件的宏观现象，探究其中化学原理，知道构成燃烧的要素。（2）了解燃烧的化学变化，知道涉及的相关反应原理及实验现象，能够构建模型解释可燃物燃烧的相关条件及现象。（3）通过完成学习任务、制作灭火器的过程，知道如何使用相关装置，进一步加强数学等跨学科知识

7、的掌握，激发对科学探究的兴趣，提高小组合作和工程设计能力。（4）体会化学学科知识在生活中的作用，加深对化学的学习兴趣，培养利用化学为社会作贡献的意识，激发关注社会的责任感。2.2.4教学重难点教学重点：燃烧的条件、可燃物和着火点的概念、灭火原理。教学难点：理解灭火原理，并运用原理进行灭火器设计。2.2.5教学方法问题探究法、讨论法。2.2.6教学准备课本实验及创新实验的相关仪器药品。2.2.7教学过程（表2）2.2.8板书设计（图1）2.2.9教学反思本节课突出学习者的主体地位，注重学生自主意识，将STEM教育理念注入传统教学。通过小组合作，激发学生学习积极性，培养化学工程思维，在实践中感受新知。多主体、多元素、多角度、多元化的点评也让课堂更加饱满立体。3结束语通过对比国内外研究现状、分析文献资料、剖析教学案例等方式，对STEM教育特点、意义及在