中学化学教学中渗透stem理念的教学设计

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1、中学化学教学中渗透STEM理念的教学设计　　摘要：STEM是科学、技术、工程和数学四门课程的简称，是美国兴起的教育思想之一，强调多学科的交叉融合，旨在培养学生在科学、技术、工程及数学等方面的综合素养。文章以“人工固氮技术―合成氨”为例，从合成氨的反应原理，合成氨的最佳反应条件，合成氨的基本生产过程以及合成氨的工业发展四个方面，将STEM理念渗透到教学设计中，促使学生综合运用多种学科知识，以期更好地培养学生的创新精神、实践能力及综合素养。　　关键词：STEM理念；中学化学教学；合成氨；教学设计　　文章编号：1008-0546（2016

2、）11-0047-05中图分类号：G633.8文献标识码：B　　doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.016　　STEM教育是当前国际上颇具影响的教育思想之一。STEM是科学（Science）、技术（10Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简称，强调多学科的交叉融合，将四门学科内容组合形成有机整体，削弱了这四门学科中传统的学习障碍，促使学生综合运用多种学科知识，以更好地培养学生的创新精神与实践能力[1]。将STEM理念融入中学化学教学中，

3、使学生不仅获得与科学、技术、工程和数学等相关的知识；还能与真实世界建立联系，将科学教育和当前的社会生产生活等紧密结合，充分理解科学、技术、工程与数学之间的交互关系，为提高学生综合素养及全面发展打下良好基础。[2]　　一、教学目标分析　　“人工固氮技术――合成氨”选自人教版高中化学选修2《化学与技术》第一单元中的内容，该课题涉及了“合成氨的反应原理”“合成氨的基本生产过程”“合成氨工业的发展”三部分内容，在此基础上，本节教学设计又增加了“探索合成氨的最佳条件”。合成氨工业是重要的化学工业之一，对生产和生活有着重要意义，同时氮气、氢气合

4、成氨的反应也是在必修教材中学习到的一个重要的、典型的平衡体系。在本课学习中，学生既可以联系原有知识和生活实际来学习合成氨的工业制取，又可以从STEM的角度进一步探讨工业合成氨生产中涉及的STEM要素。因此本课题是一节将学科知识和生产实际相结合的重要内容，是充分渗透STEM理念的一节内容。围绕“人工固氮技术――合成氨”的内容，从STEM四个维度出发，制订教学目标如下：　　二、教学设计思路　　本节教学设计以“任务为主线，教师为主导、学生为主体”的教学方式呈现，教师在某一种教学情境下提出问题，将STEM学科知识整合到某一化学核心任务中，学

5、生以小组合作的方式运用STEM四方面的知识思考、讨论与交流，从而解决化学问题，并最终获得相应的科学知识。学生在解决问题的过程中，教师发挥指导、检查、监督、和评价作用。[3]10　　在本节教学中，教师以氮气和氢气在一定条件下合成氨的反应为指导，引导学生应用化学平衡理论与化学反应速率理论尝试考虑化工生产合成氨的适宜条件，同时从材料、设备、成本、环境等方面考虑实际生产中的最佳条件；从制备合成氨的原料气、原料气的净化、氨的合成与分离等过程中熟悉工业生产过程中常用的操作与技术；从合成氨的工业发展中了解最新的工业改进技术，提高环境保护的意识。在

6、此过程中，将STEM理念渗透到整个课堂教学中，充分调动学生积极性，使学生意识到化学总是与科学、技术、工程及数学紧密联系的。具体的教学设计思路如图1所示：　　三、教学过程　　任务一：合成氨的反应原理　　[投影]PPT展示氮在自然界的循环图。　　[教师]从氮在自然界的循环图可以看出，含氮化合物对人类生活有着十分重要的意义。含氮化合物除了用于制造染料、油漆、炸药、人造纤维等，最主要的一大用途就是用于农业化肥的生产。氮是植物生长不可缺少的元素之一，农作物每年从土壤中摄取大量含氮化合物，为了补偿土壤中减少的氮，必须施加氮肥。而农业上使用的氮肥

7、如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以及各种含氮混合肥料和复合肥料，都是以氨为原料制成的。　　[提问]请结合《化学1》“氮及其化合物”知识想想合成氨的原理是什么？哪个小组的同学愿意上黑板写一下合成氨的化学方程式？　　[学生]回忆并思考，写出化学方程式：　　N2+3H2[?][高温?高压][催化剂]2NH3。　　[投影]合成氨反应是一个可逆反应：3H2（g）+N2（g）[?]2NH3（g）。已知298K时，ΔH=-92.2kJ/mol，ΔS=-198.2J/K?mol，请根据自发反应进行的判断依据考虑，298K时合成氨反应能否自发进行？　　

8、[学生]计算得出ΔH-TΔS<0，因此298K时该反应可以自发进行。10　　设计意图：以氮在自然界的循环图引入，一方面使学生认识到氮及其化合物对人类生产生活的重要意义，一方面使学生认识到农业、工业上所用含氮化合物大部分是以氨为原料制成