《基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的stem項(xiàng)目》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的STEM項(xiàng)目摘要：從化學(xué)實(shí)驗(yàn)視角出發(fā)，設(shè)計(jì)了主題為“設(shè)計(jì)檢測Co2+濃度的技術(shù)方案”STEM項(xiàng)目，展示了該項(xiàng)目的開發(fā)和活動(dòng)的實(shí)施過程。該項(xiàng)目圍繞工程問題，以圖像比色法為技術(shù)核心，將化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)技能、比色法原理與信息技術(shù)中信息的數(shù)字化及Excel軟件操作、數(shù)學(xué)函數(shù)模型的知識(shí)相融合，有利于培養(yǎng)信息時(shí)代背景下高中生利用跨學(xué)科知識(shí)解決問題的能力和創(chuàng)新精神。關(guān)鍵詞：STEM；項(xiàng)目學(xué)習(xí)；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；圖像比色法文章編號(hào)：1005?C6629(2016)ll?C0043?C05中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B1基于

2、項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)概述STEM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Mathematics)四門學(xué)科的簡稱。它將四門學(xué)科內(nèi)容組合成為有機(jī)整體，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，以培養(yǎng)學(xué)生在掌握知識(shí)和技能的同時(shí)，能夠?qū)⑵溥w移應(yīng)用到解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新精神。STEM最核心的特征是跨學(xué)科性，此外還包括趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性、實(shí)證性和技術(shù)增強(qiáng)性等特征。STEM有兩種最基本的課程模式：相關(guān)課程模式和廣域課程模式［1］，前者在課程形式上依然屬于分科教育，但在

3、各學(xué)科內(nèi)容編排上注重相互之間的聯(lián)系；后者是通過活動(dòng)項(xiàng)目將各學(xué)科整合為有組織的課程結(jié)構(gòu)?；陧?xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)是STEM和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)(Project-basedlearning:PBL)模式相結(jié)合的產(chǎn)物，是進(jìn)行跨學(xué)科整合的一種基本取向［2］。PBL利用學(xué)生自主探究的過程來獲得與現(xiàn)實(shí)生活有關(guān)聯(lián)并且能付諸應(yīng)用的學(xué)習(xí)結(jié)果［3］，基本要素為內(nèi)容、活動(dòng)、情境和結(jié)果［4,5］。因此，基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)可以理解為以PBL的基本要素為框架整合STEM內(nèi)容的學(xué)習(xí)模式，是利用科學(xué)、數(shù)學(xué)知識(shí)和技術(shù)手段，通過工程設(shè)計(jì)活動(dòng)解決工程問題的

4、學(xué)習(xí)過程，其基本要素如表1所示。2基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的STEM項(xiàng)目開發(fā)2.1項(xiàng)目的開發(fā)過程化學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探宄活動(dòng)的主要載體，基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)具有基于問題和基于探究的屬性，因此將化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合工程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)是可行的。對(duì)于化學(xué)分科課程的教師來說，開發(fā)STEM項(xiàng)目更具操作性，開發(fā)過程如圖1所示。本文選取高中化學(xué)教科書《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》（人教版）中比色法這一內(nèi)容。經(jīng)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，基于手機(jī)攝像頭的圖像比色法在健康診斷與環(huán)境、醫(yī)藥、食品檢測等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用［6］。在分析了圖像比色法中蘊(yùn)含的跨學(xué)科知識(shí)和技術(shù)后，最終開發(fā)了“設(shè)

5、計(jì)檢測Co2+濃度的技術(shù)方案”這一項(xiàng)目。2.2項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)該項(xiàng)目活動(dòng)的技術(shù)核心為圖像比色法這一融合了信息技術(shù)的實(shí)驗(yàn)方法，該方法較為新興，原理與目視比色法相同，即物質(zhì)顯色的實(shí)質(zhì)是對(duì)不同波長光的選擇性吸收，顯出的顏色是它所吸收光的互補(bǔ)色，溶液顏色的深淺取決于吸光物質(zhì)濃度的高低［7］。但圖像比色法以手機(jī)等拍照設(shè)備作為圖像采集器，以計(jì)算機(jī)代替人眼，將顏色深淺轉(zhuǎn)化為RGB分量值，從而將色溶質(zhì)的濃度與RGB分量值之間建立關(guān)聯(lián)，能夠更精確地檢測有色溶質(zhì)溶液的濃度，且所需的器材便利、步驟簡單，具體步驟如圖2所示。實(shí)驗(yàn)涵蓋了化學(xué)、物

6、理、數(shù)學(xué)知識(shí)和信息技術(shù)，結(jié)合工程設(shè)計(jì)后轉(zhuǎn)化為“設(shè)計(jì)檢測Co2+濃度的技術(shù)方案”的STEM項(xiàng)目也必然涵蓋這些跨學(xué)科知識(shí)，體現(xiàn)了STEM的跨學(xué)科性，如表2所示。3活動(dòng)的實(shí)施過程設(shè)計(jì)STEM項(xiàng)目的實(shí)施主要是通過工程設(shè)計(jì)過程和探宄學(xué)習(xí)的5E教學(xué)模型的整合來實(shí)現(xiàn)的，如ITEEA開發(fā)的基于設(shè)計(jì)的工程設(shè)計(jì)EbDTM項(xiàng)目、波士頓科學(xué)博物館創(chuàng)立的工程是基礎(chǔ)EiE項(xiàng)目、世界在運(yùn)動(dòng)AWIM項(xiàng)目［8］。工程設(shè)計(jì)過程包括“識(shí)別問題和制約因素”、“調(diào)查研宄”、“形成概念”、“分析觀點(diǎn)”、“建立模型”、“測試和優(yōu)化”、“溝通和反思”七個(gè)步驟。其中

7、，“識(shí)別問題和制約因素”是指明晰問題和任務(wù)，知道制約因素和標(biāo)準(zhǔn)，比如時(shí)間、資源、經(jīng)費(fèi)、預(yù)期任務(wù)成品的特征；“調(diào)查研究”是指了解與主題相關(guān)的信息，如已有的解決方案，以防止做重復(fù)勞動(dòng)；“形成概念”是指運(yùn)用頭腦風(fēng)暴想出多種解決方案，并識(shí)別每個(gè)方案的風(fēng)險(xiǎn)和利益；“分析觀點(diǎn)”是指依據(jù)數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)原理和項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)以及限制篩選和精細(xì)化出前一步驟的方案；“建立模型”是指學(xué)生在分析觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上建立一個(gè)工作模型或原型；“測試和優(yōu)化”是指測試模型是否滿足要求，根據(jù)測試結(jié)果優(yōu)化現(xiàn)有的設(shè)計(jì)；“溝通和反思”是指進(jìn)行人際互動(dòng)、口頭、視覺、書面

8、方式的溝通，既適應(yīng)于團(tuán)隊(duì)工作環(huán)境，又用于對(duì)方案和產(chǎn)品的開發(fā)過程記錄和解釋［9］。本項(xiàng)目的活動(dòng)實(shí)施過程兼顧了工程設(shè)計(jì)和探宄學(xué)習(xí)兩大實(shí)踐系統(tǒng)，結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特性，以“問題聚焦和明確”、“思考和探宄”、“解釋和方案確立”、“構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)”、“測試和優(yōu)化”、“溝通和評(píng)價(jià)”六個(gè)過程構(gòu)成?！皢栴}聚焦和明確”包含了“識(shí)別問題和制約因素”的工程內(nèi)涵，且強(qiáng)調(diào)從社會(huì)