STEM教育强调科学、技术、工程和数学各学科的交叉融合。从各学科特点及学科之间内在联系出发探讨了原型引入、模型建构、产品设计与制作的内涵与作用,在此基础上确定了“原型(Prototype)模型(Model)产品(Product)”(PMP)一体化的STEM教学模式,结合“制作氢能小车”进行了实践阐释。从原型到模型再到产品的STEM教学,可将学生置身于真实的学习情境中,实现现实生活、科学知识、技术设计、工程制造等内容的有机整合与交融。

以韦伯和SEC模式对2019年人教版和鲁科版选择性必修3《有机化学基础》课后习题与课程标准的学业要求进行一致性研究。韦伯模式研究表明,2版教科书课后习题与新课标在知识种类、深度、广度上一致性较强,但在知识分布平衡性上,2版教科书中“生物大分子及合成高分子”主题与新课标一致性较弱;SEC模式研究表明,从内容分布和认知分布的整体来看,鲁科版课后习题与新课标的一致性优于人教版,但从内容分布和认知分布分别来看,2版教科书课后习题与新课标的一致性程度不同。2种模式的比较结果显示,韦伯和SEC模式在一定程度上具有相似性,且可相互印证。根据研究结果对教科书课后习题的完善和使用提出建议。

课堂教学即时性评价是影响教学效果的重要因素之一。借鉴LICC课堂观察范式中的部分观察视角与维度,构建中学化学课堂即时性评价分析系统,并据此框架对2021年江西省初中化学优秀教学课例现场展示活动中10节化学优质课课堂教学即时性评价进行编码、统计与分析。根据研究结果,针对优质课教师实施课堂即时性评价时存在的优点和不足,提炼出课堂教学即时性评价的如下实践启示:即时性评价要注重以生为本,全面评价学生;教师要及时把握评价时机,提高评价技巧;教师要针对性评价学生,“差异化”引导学生。

以创意实验“掌心烧火”引入课堂,激发学生的学习热情。围绕“灭蜡烛的原理和方法”设计了“探究铜圈灭火的原理”“探究高低蜡烛熄灭的顺序和原理”2个探究实验。学生通过提出猜想、设计方案、实验操作、文献查阅、证据推理等科学探究环节证明了铜圈灭火的主要原因不是导热性,而是器壁效应,同时在经历完整科学探究的过程中发展了科学探究核心素养;利用手持仪器探究容器中蜡烛熄灭先后的原因,既加深了学生对燃烧与灭火原理的认识,培养了思辨能力,也让学生的科学探究能力从定性过渡到定量,实现科学探究素养的进阶。

微项目式教学是培育义务教育阶段学生化学核心素养的可行路径。以“皮蛋的制作和食用”真实生活情境为例,呈现了初中化学“酸、碱、盐的化学性质系统复习”的微项目式教学实践。在“选料”“调浆”“裹泥”“封存”“食用”和“课后实践”等子项目的逐步推进中设计问题情境、挖掘核心知识及构建知识框架,发展学生分类、分析、归纳、综合的科学思维,建构运用化学知识解决生活实际问题的化学观念。

科学探究与实践是学习化学、应用化学、发展化学的基础。本节课是以“盐的复习”为主题,以“制作碳酸氢钠型果蔬洗盐”为项目,对氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠的性质进行复习和应用,发展学生在不同场景下运用化学知识解决实际问题的能力,并最终达成项目目标。在此过程中,从因到果、从定性到定量、从性质到应用,不断引导学生利用旧知获得新知,提高认知,进阶思维。

以“薄荷驱蚊绿水认识氢氧化钠”为项目主题,展开初中化学“氢氧化钠的性质与用途”的教学设计,学生通过完成“预测氢氧化钠的物理性质” “证明氢氧化钠的存在” “氢氧化钠与酸发生什么反应” “氢氧化钠变质生成什么” “了解薄荷驱蚊绿水的清洁效果与成分的关系”和“图说薄荷驱蚊绿水”等6个项目任务,构建了实验探索认知模型,提高了获取信息、利用信息的能力,培养了从化学素养的角度解决真实问题的思维方法,锻炼了交流表达的能力。

基于深度学习理论,以“人体中的酸碱平衡”为学习主题,通过“酸碱平衡原理”,建立水溶液多粒子多平衡的分析模型,通过“人体代谢性酸中毒的治疗”,完善并应用水溶液多粒子多平衡的分析模型,形成分析水溶液复杂体系的思路和方法,培养学生的高阶思维。

以“厨宝水垢的生长”现象为分析对象,基于STEM方法进行了培养“证据推理与模型认知”素养的教学尝试,将科学、技术、工程和数学等多学科知识点与化学知识融合在一起,增进了学生对“证据收集”“分析推理”“模型建立与认知”等的理解,激发了学生的学习兴趣。从教学效果看,有必要分课前、课堂和课后等3个阶段对教学内容进行优化与调整,将STEM全过程导入,能更有效地帮助学生树立科学理性思维、提高应用拓展能力和增强证据收集与应用意识。

基于STEAM教育理念设计了“探秘焦香糖果”实践活动。本活动以焦香糖果为载体,引导学生运用化学、工程、技术与美学等领域知识,完成焦香糖果的制作、探究影响美拉德反应速率的因素、设计功能性焦香糖果等3个子任务。在真实情境中发展学生的科学思维、提升学生的问题解决能力与审美能力。

初中学生的化学系统性思维可分为分析系统要素、综合系统要素和系统应用等3个层次、共8个系统思维能力层级。以“校运会火炬设计”为例,将火炬设计系统拆分为4个子系统,挖掘系统内隐藏要素,建立各要素与学科知识的关联,综合工程、技术、艺术、数学等学科知识解决问题,深化学科理解,提炼应用化学系统性思维解决问题的思路,以探讨如何在跨学科项目式学习中融入化学系统性思维,发展核心素养。

基于中学化学实验探究的活动类型及要素、高考考查情况、学生能力表现水平及教学现状,探讨高三实验探究教学整体设计,强调教学中应注重探究实验的多样性和层次性、情境素材的主动挖掘和有效利用、解题思路的外显及概括、实验表征手段的合理选取,促进学生实验探究能力实现“学习理解→应用实践→迁移创新”的进阶发展。

根据学情诊断确定了以“催化剂和反应调控”为主题的高三大单元复习;结合课标与高考要求勾勒出“催化剂”的认知发展进阶图式,以此为教学目标组织了3个微专题:“探寻催化剂,重现反应历程”“走进微观世界——化学反应机理”“化学反应选择性与催化剂活性”。每个微专题都精选试题案例,设计问题链外显思维轨迹,评价学习变化结果,以引导形成正确的方法策略和认知模型,进而能够系统全面和微观本质地认识“催化剂”的相关内容。

自下而上地梳理了中学化学教师PCK发展干预型实证研究的干预模式和干预效果,以及国内外研究情况。综述表明:(1)课程生成型干预模式可分为隐性课程和显性课程2种,显性课程比隐性课程更能促进PCK整合水平的发展,国外研究多采用显性课程,国内研究多采用隐性课程;(2)实践发展型干预模式可分为反思型实践和研究型实践2种,反思型实践比研究型实践更能促进PCK整合水平的发展,国内外研究均较多采用反思型实践,较少采用研究型实践;(3)群体帮扶型干预模式可分为单群体帮扶和多群体帮扶2种,多群体帮扶比单群体帮扶更能促进PCK整合水平的发展,国外研究多采用单群体帮扶,国内研究多采用多群体帮扶。文末据此对我国化学教师PCK发展的干预研究与化学教师专业发展提出建立PCK发展档案袋、构建教师专业学习共同体等建议。

基于新课程标准“教、学、评”一体化的课堂理念,以人教版高中化学必修第二册的“化学反应限度”的教学为例,借助信息技术手段开发的课堂评价观测工具,通过对学生的随机选择、教师的针对性选择和学生主动参与的互动交流模式,实现进阶式的课堂评价及数据记录,促使学生进行深度学习,体现学生学习的主体地位和评价促教、促学的功能,能更好地诊断和发展学生的化学学科核心素养。

在小学科学实验教学中,物质溶解大多是观察有色物质,如红糖、酸梅晶的溶解过程,而学生无法看到无色物质在水中扩散溶解的过程。为了实现无色物质溶解过程的可视化,借助光学方法开发了酒精与水互溶过程、白砂糖在水中溶解过程的演示实验,为学生认知物质溶解现象提供感性认识。

针对教材和文献中乙醇催化氧化实验存在的问题,利用多孔泡沫铜、玻璃滴管、注射器等材料制成微型一体化装置。改进后的装置操作简便,节约原料,符合绿色化学理念,切实提高了课堂的时效性。并利用色度计通过控制变量法研究了乙醇进样速度、不同催化剂以及乙醇温度等因素的影响,对装置的优点作出了科学而严谨的评价。

熵是热化学中重要的概念。由于其物理意义的抽象性,中学教师在讲解以及学生在理解该概念时容易产生学科理解偏差。聚焦“熵”教学课堂中的现实问题,从统计热力学基本原理的视角,帮助教师再认识熵和熵增加原理,并提供了教学建议与实例参考。

从化学史角度讲述我国传统酿酒工艺在时间维度上自发酵到蒸馏的发展,提炼其中发酵模式、制曲工艺和甑桶蒸馏等重要环节。基于对所蕴含的哲学原理、爱国主义和社会责任的挖掘,体现其课程思政内涵;基于古籍中化学与生物和语文学科内容相结合的情境彰显其跨学科理念;基于酿酒过程中的真实情境案例体现其促进化学学科核心素养落实的教育价值。