基于STEM教育理念的化学教具制作

发表时间:2019/11/11   来源:《中小学教育》2020年第386期   作者:马然然
[导读] 本文以《配合物理论简介》的教具制作为例,分析在STEM教育理念下的教具制作与使用情况。
山东省淄博第一中学 255000
        摘 要:基于STEM教育理念的化学教具的制作和使用,能够激发学生的探究欲望,开拓学生的创新思维,加深学生对化学知识的理解。本文以《配合物理论简介》的教具制作为例,分析在STEM教育理念下的教具制作与使用情况。
        关键词:STEM教育 化学教具 配合物理论简介
        STEM教育是一种跨学科的学习模式,这一教育理念的提出给学生提供了一个新的桥梁来整体地认识世界,在教学过程中将零散知识整合化,在这种整合课程中可以培养学生的STEM素养,即科学素养(Scientific literacy)、技术素养(Technological literacy)、工程素养(Engineering literacy)、数学素养(Mathematical literacy)。基于STEM教育理念的教具制作和使用,能够更好地发挥学生的主观能动性,提升学生的知识应用能力。
        一、STEM教育理念下《配合物理论简介》教具的作用
        《配合物理论简介》的教学目标是让学生能掌握配位键的概念及形成条件,会分析配合物的形成及应用。学生初步认识配合物,难以理解配位键及配合物的概念,可以设计制备硫酸铜晶体,让学生感受化学之美。学生对配合物结构的形成也较难掌握,因此设计四水合硫酸铜离子的结构模型、四氨合铜离子的结构模型,让学生首先掌握配位键的形成,进而设计硫酸铜晶体的结构模型,让学生对配合物的结构形成有整体的感知和认识。在STEM教育理念下的教具制作,能够充分提升学生的STEM素养,使学生能够结合化学原理与生活实际,找到理想的材料和方法来制作教具,提升创新探究、动手操作、方案选择的综合能力。
        二、 STEM教育理念下《配合物理论简介》教具的制作
        1.硫酸铜晶体的制备。STEM中的“S”是指科学,这种理念运用到硫酸铜晶体制备的过程中,引导学生对硫酸铜晶体制备原理进行研究,结合所学知识探索制备硫酸铜晶体的实验,从实验现象研究其原理。STEM 中的“T”是指技术,这种理念运用到硫酸铜晶体制备过程中,引导学生分析每一步实验操作的意义,在进行实验时需要注意哪些问题,应该怎样进行实验。STEM中的“E”是指工程,这种理念运用到硫酸铜晶体制备过程中,是让学生从实验药品、试剂、仪器的选择、实验方法、实验结果等各方面进行斟酌,选择出制备硫酸铜晶体的最佳方案。

STEM 中的“M”是指数学,这种理念运用到硫酸铜晶体制备过程中,学生需要知道称量CuSO4和5H2O多少克,溶解在多少毫升蒸馏水中,才能够得到饱和溶液(M),将数学与化学计量知识联系起来。学生在完成这个教具的制作过程中STEM 素养得到了培养,所学知识得到了应用。
        2.硫酸铜晶体结构模型的制作。STEM中的“S”指的是科学,这种理念运用到硫酸铜晶体结构模型的制作中,是指引导学生了解硫酸铜晶体的结构,首先要知道配位键是一种特殊的共价键,当共价键中共用的电子对是由其中一原子独自供应,另一原子提供空轨道时,就形成配位键。其次要知道配合物一般由过渡金属的原子或离子与含有孤对电子的分子或离子通过配位键结合形成的化合物。
        STEM中的“T”指的是技术,这种理念运用到结构模型制作中,是要求学生能够根据所学结构来制作模型。在制作过程中,首先从四水合铜离子的结构出发,根据配位键的形成条件,由氧原子(红色太空球)提供孤对电子,铜离子(绿色太空球)提供空轨道,用黄色的小棒作为配位键,蓝色小棒作为氧原子与氢原子形成的共价键,制作四水合铜离子的结构模型。其次按照相似方法完成四氨合铜离子的结构模型制作,巩固对配位键的形成条件的理解。最后根据硫酸铜晶体结构及配位键的形成条件,制作硫酸铜晶体的结构模型。
        STEM中的“E”指的是工程,这种理念运用到硫酸铜晶体结构模型制作中,是要求学生在选择制作模型的材料时进行综合考虑,采用较低的成本,得到较好效果的材料。比如选择橡皮泥来制作小球作为原子,由于橡皮泥的重量太大,小木棒很难支撑空间,难以做成稳定的结构模型,因此改换成太空泥,一是降低了成本,二是达到了构建空间结构的要求。再如,制作过程中化学键的选择,分别采用不同颜色的彩色棒,这样更有助于理解结构的形成。
        STEM中的“M”指的是数学,这种理念运用到硫酸铜晶体制备过程中,要求学生在制作中把握最核心也是最难完成的部分,要充分考虑结构中不同的键角问题,如何选择恰当的位置能够满足键角的要求,要求学生的几何知识与化学知识相结合来制作完成该结构模型。学生在完成结构模型的制作过程中,提升了STEM素养。
        三、STEM教育理念下《配合物理论简介》教具的使用
        在STEM教育理念下的《配合物理论简介》教学中,制备的硫酸铜晶体,一方面,让学生直观感受化学之美,观察硫酸铜晶体的结构;另一方面,很好地培养了学生的STEM素养,使所学晶体制备知识得到了应用。结构模型的制作与使用,将抽象的晶体结构具体化,对配位键的形成条件以及配合物的空间结构有了更深刻的理解。此外,硫酸铜晶体结构模型在习题中的应用效果也很明显,学生难以理解的结构问题,通过模型制作将问题简单具体化,进一步加深了对硫酸铜晶体结构的理解。
        参考文献
        [1]陈军 STEM教学视野下化学深度学习设计研究——以粗盐提纯为例[J].名师在线,2018,66,(29),80-81。
        [2]吴晓红 田小兰 中学化学教学中渗透STEM理念的教学设计——以“人工固氮技术——合成氨”为例[J].化学教与学,2016,(11)。
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