基于STEM教育理念的初中化學(xué)“金屬材料”教學(xué)

劉丹陽(yáng)　亓英麗

摘要： STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合，在真實(shí)情境下指向問題解決能力的培養(yǎng)。初中化學(xué)“金屬材料”內(nèi)容與社會(huì)生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，基于STEM教育理念開展“金屬材料”教學(xué)，在深入分析課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上設(shè)置真實(shí)情境問題，讓學(xué)生分別從化學(xué)家、技術(shù)人員、工程師三個(gè)角度拆解問題并進(jìn)行分析解決，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科素養(yǎng)和解決真實(shí)問題的能力。

關(guān)鍵詞： STEM教育； 跨學(xué)科； 金屬材料； 鋁合金； 鈦合金

文章編號(hào)： 10056629（2023）08005606中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

跨學(xué)科實(shí)踐是初中化學(xué)課程首次提出的課程內(nèi)容，要求通過跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)加強(qiáng)學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)，凸顯了初中化學(xué)學(xué)習(xí)的綜合性和實(shí)踐性。STEM教育是當(dāng)今國(guó)際教育界公認(rèn)的跨學(xué)科教學(xué)與實(shí)施的典范，強(qiáng)調(diào)利用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)解決問題。初中化學(xué)“金屬材料”課程內(nèi)容涉及化學(xué)、技術(shù)、工程等多個(gè)學(xué)科，依據(jù)STEM教育理念開展教學(xué)，可以較好地落實(shí)初中化學(xué)課程的要求，充分發(fā)揮化學(xué)課程的育人功能。

1 STEM教育的核心理念

1.1 強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合

STEM教育的提出源于美國(guó)，提倡將原本分散獨(dú)立的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科集合成一個(gè)整體開展教學(xué)活動(dòng)，以提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)［1］。因此，跨學(xué)科整合作為STEM教育最突出的理念與特征，強(qiáng)調(diào)以整合的課程內(nèi)容和教學(xué)方式讓學(xué)生掌握概念、知識(shí)或技能，并運(yùn)用它們來解決實(shí)際問題。教師在進(jìn)行跨學(xué)科整合時(shí)，需要在深入分析知識(shí)的基礎(chǔ)之上，找到其在不同學(xué)科之間的聯(lián)結(jié)，再將分散的課程知識(shí)按跨學(xué)科的問題邏輯作結(jié)構(gòu)化整合［2］。為了避免在STEM跨學(xué)科整合的過程中出現(xiàn)學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)化的缺失，需要對(duì)STEM模塊設(shè)置進(jìn)行總體規(guī)劃。

“金屬材料”中核心知識(shí)包括金屬與合金的物理性質(zhì)及用途，尋找其在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，通過梳理分析可以得到STEM具體模塊內(nèi)容設(shè)置，如表1所示。

1.2 注重真實(shí)情境的選擇運(yùn)用

情境是STEM教育重要而有意義的組成部分，情境素材的選擇與問題解決，可以讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)的生活，獲得社會(huì)性成長(zhǎng)。STEM教育能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供適合的學(xué)習(xí)情境，讓他們積極地建構(gòu)知識(shí)，從而強(qiáng)化對(duì)知識(shí)的記憶并促進(jìn)其遷移［4］。所以在基于STEM教育理念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師要把知識(shí)與生活相結(jié)合，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，并在多種情境下遷移應(yīng)用。

將課程知識(shí)按跨學(xué)科結(jié)構(gòu)化整合以后，應(yīng)當(dāng)考慮STEM模塊中的情境任務(wù)如何設(shè)計(jì)、情境素材怎樣選擇。根據(jù)金屬材料內(nèi)容的特點(diǎn)，本次教學(xué)選取了“飛機(jī)上的金屬材料”作為支點(diǎn)和教學(xué)情境，從化學(xué)家、技術(shù)人員和工程師三種視角出發(fā)設(shè)置多項(xiàng)真實(shí)情境問題，以激發(fā)學(xué)生積極思維。

1.3 指向問題解決能力的培養(yǎng)

問題是多學(xué)科知識(shí)融合的交叉點(diǎn)與整合點(diǎn)，是學(xué)生學(xué)習(xí)與探究的觸發(fā)器，是學(xué)生開展STEM學(xué)習(xí)的重要載體［5］。問題解決能力是學(xué)生發(fā)展“實(shí)踐創(chuàng)新”核心素養(yǎng)的基本要點(diǎn)，也是STEM教育培養(yǎng)的關(guān)鍵能力。指向問題解決能力培養(yǎng)的STEM教育倡導(dǎo)學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的情境中，整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)與技能合理而有效地解決問題。在解決問題的過程中，不僅落實(shí)了知識(shí)技能的應(yīng)用，學(xué)生還能學(xué)習(xí)解決問題的方法，在科學(xué)態(tài)度、價(jià)值觀方面也會(huì)受到良好的教育。

在初中階段，由于學(xué)生自身的知識(shí)儲(chǔ)備量不足，面對(duì)真實(shí)的、綜合性的問題往往無從下手。為此本次教學(xué)將學(xué)習(xí)的目標(biāo)拆解為幾個(gè)次一級(jí)的子目標(biāo)，通過子目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)使問題獲得解決。本節(jié)課的主要問題是“飛機(jī)上如何應(yīng)用金屬材料”，這個(gè)問題比較寬泛，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分別從化學(xué)家、技術(shù)人員和工程師的視角進(jìn)行拆分。通過每個(gè)環(huán)節(jié)任務(wù)的完成逐步讓學(xué)生了解、掌握應(yīng)用金屬材料的性質(zhì)，最終解決課堂最初提出的主問題。整個(gè)問題的解決經(jīng)歷了一個(gè)綜合、分解、再綜合的過程。學(xué)生在問題解決的過程中明晰金屬材料的科學(xué)利用，也能夠進(jìn)一步了解金屬材料在生產(chǎn)生活其他領(lǐng)域的應(yīng)用。本節(jié)課的問題分解及解決思路見圖1。

2 基于STEM教育理念的“金屬材料”教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析

本節(jié)課選自山東教育出版社《義務(wù)教育教科書·化學(xué)》第九單元“金屬”第一節(jié)“常見的金屬材料”第一課時(shí)的內(nèi)容?！敖饘俨牧稀毕嚓P(guān)知識(shí)屬于新課標(biāo)“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”主題“金屬與金屬礦物”部分，而在“化學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐”主題中，也多次提到材料的科學(xué)利用。金屬材料作為最貼近中學(xué)生生活、國(guó)家和社會(huì)發(fā)展需求量最大的材料之一，在新課標(biāo)“內(nèi)容要求”和“學(xué)業(yè)要求”中都有重要體現(xiàn)。

在對(duì)一線教學(xué)進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn)，教師在對(duì)第九單元“金屬”教學(xué)時(shí)，往往把第一課時(shí)的核心知識(shí)一帶而過，并且把金屬的冶煉相關(guān)知識(shí)與其進(jìn)行合并，將重點(diǎn)放在“金屬的化學(xué)性質(zhì)”新授課及習(xí)題講解中。究其原因，是教師和研究者認(rèn)為課時(shí)緊張，且該部分知識(shí)在中考中占分比例不大，因而忽略了讓學(xué)生在了解金屬材料的過程中樹立“物質(zhì)性質(zhì)決定用途”的觀念和認(rèn)識(shí)金屬材料的科學(xué)利用的意識(shí)。在學(xué)校教育中，將學(xué)科前沿知識(shí)與其他學(xué)科知識(shí)整合實(shí)施STEM教育，有助于發(fā)展學(xué)生的跨學(xué)科素養(yǎng)［6］。C919飛機(jī)上應(yīng)用的金屬材料屬于前沿性科學(xué)知識(shí)，可以在當(dāng)前跨學(xué)科實(shí)踐的課程理念背景下從STEM視角深入探討這部分內(nèi)容的教學(xué)。

2.2 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)上述分析，制訂如下教學(xué)目標(biāo)：

（1） 通過“化學(xué)家眼中的金屬材料”了解金屬單質(zhì)的構(gòu)成，發(fā)展微粒觀。并學(xué)會(huì)應(yīng)用物質(zhì)構(gòu)成的化學(xué)觀念初步了解金屬共性，深化“物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念。

（2） 通過完成一系列真實(shí)情境下的任務(wù)，以小組協(xié)作的方式，從技術(shù)人員的視角依據(jù)金屬材料的性質(zhì)分析和評(píng)價(jià)金屬材料的實(shí)際應(yīng)用。

（3） 以飛機(jī)制造為情境，能夠從工程師的視角提出對(duì)飛機(jī)材料的看法，培養(yǎng)工程思維。并能基于“物質(zhì)性質(zhì)決定用途”的觀念，初步分析和解決生產(chǎn)生活相關(guān)的綜合問題。

（4） 思考科學(xué)、技術(shù)和工程的關(guān)系，綜合運(yùn)用化學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)解決問題，發(fā)展對(duì)化學(xué)學(xué)科的興趣。結(jié)合我國(guó)自主研發(fā)大飛機(jī)這一事件增強(qiáng)民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感。

2.3 教學(xué)思路

根據(jù)STEM教育理念，結(jié)合本節(jié)內(nèi)容的特點(diǎn)，本節(jié)課將以我國(guó)首次自主研制的C919飛機(jī)為情境載體，以一系列問題為引導(dǎo)，通過化學(xué)家、技術(shù)人員、工程師三種視角設(shè)置多種教學(xué)活動(dòng)。具體教學(xué)思路如圖2所示。

3 教學(xué)實(shí)錄

本節(jié)課以公開課的形式在山東某市某所城區(qū)中學(xué)實(shí)施，期間經(jīng)過多次打磨試講，最終完整呈現(xiàn)。教學(xué)實(shí)錄如下：

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入新知

［主問題］我國(guó)首款具有自主產(chǎn)權(quán)的大型噴氣式民用飛機(jī)C919即將投入商用。有人說“一代飛機(jī)，一代材料”，在飛機(jī)上如何應(yīng)用金屬材料？

3.2 化學(xué)家眼中的金屬材料

環(huán)節(jié)一化學(xué)家眼中的金屬

［教師］大家拿起手邊的C919飛機(jī)模型，憑借生活經(jīng)驗(yàn)猜測(cè)一下這個(gè)外殼的材質(zhì)？

［學(xué)生］金屬材質(zhì)。

［教師］真正的C919飛機(jī)部位與組件離不開金屬材料。金屬在日常生活中有著十分廣泛的應(yīng)用。

生活中有哪些常見的金屬制品？它們主要由什么金屬制成？

［學(xué)生］回答（略）。

［教師］金屬如果應(yīng)用到飛機(jī)等生產(chǎn)生活各領(lǐng)域，首先要對(duì)其有充分了解。化學(xué)是一門研究物質(zhì)的學(xué)科，首先從化學(xué)家的視角出發(fā)認(rèn)識(shí)金屬，大家可以結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)從它們的物理性質(zhì)入手。物理性質(zhì)要考慮顏色、狀態(tài)、密度、熔沸點(diǎn)、硬度。除了這些方面，金屬的物理性質(zhì)一般還要認(rèn)識(shí)它們的光澤，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及延展性。請(qǐng)大家填寫金屬共有的物理性質(zhì)的表格。

［學(xué)生］完成金屬共有的物理性質(zhì)的表格。

子問題1：為什么大多數(shù)金屬之間會(huì)存在相似的物理性質(zhì)？性質(zhì)是由結(jié)構(gòu)所決定的，能從一定程度上反映結(jié)構(gòu)。下面從化學(xué)家的視角出發(fā)了解金屬的微觀結(jié)構(gòu)。

［教師］在之前的學(xué)習(xí)中，金屬單質(zhì)是由什么構(gòu)成的？

［學(xué)生1］金屬單質(zhì)都是由原子直接構(gòu)成。

［教師］展示金原子和銅原子的微觀示意圖，說明原子間排列方式相似，所以金屬結(jié)構(gòu)相似。

［追問］為什么金屬都具有導(dǎo)電性？大家可以回憶一下金屬原子的核外電子排布都有什么規(guī)律。

［學(xué)生2］金屬原子最外層電子數(shù)目一般小于4，同時(shí)金屬原子對(duì)電子的束縛能力不強(qiáng)，所以金屬中有很多可以自由移動(dòng)的電子。當(dāng)通電后，金屬中自由移動(dòng)的電子就會(huì)定向移動(dòng)，所以金屬易導(dǎo)電。

［小結(jié)］金屬之間存在共性，是由其結(jié)構(gòu)所決定的。

環(huán)節(jié)二化學(xué)家眼中的合金

子問題2：在飛機(jī)上所用的合金是應(yīng)用最廣泛的金屬材料，在生活中也隨處可見。什么是合金，合金有什么特殊的性質(zhì)嗎？

閱讀展示的鋁合金資料卡片，獲得有關(guān)合金的信息。

［學(xué)生3］鋁合金除了鋁外還有其他金屬，要通過熱處理等工藝熔合在一起，具有金屬性質(zhì)。

［小結(jié)］合金就是在某種金屬中加熱熔合其他金屬或非金屬后形成的、具有金屬特性的物質(zhì)。金屬和合金統(tǒng)稱為金屬材料。

［教師］合金與純金屬性質(zhì)有哪些差異呢？

［實(shí)驗(yàn)1］觀察鋁片、鋁合金、銅片、黃銅片、錫、焊錫的光澤和顏色，并將它們相互刻劃或摩擦，觀察現(xiàn)象，填寫表格。

［學(xué)生4］回答（略）。

［實(shí)驗(yàn)2］觀看焊錫、錫、鉛的熔化實(shí)驗(yàn)視頻。

［學(xué)生5］最先熔化的是焊錫，其次是錫，最后是鉛，說明焊錫的熔點(diǎn)低于兩種純金屬的熔點(diǎn)。

［小結(jié)］合金比純金屬更具金屬光澤；合金的硬度大于組成它們的金屬；合金的熔點(diǎn)低于組成它們的金屬。

［教師］化學(xué)家視角中“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”，純金屬的原子排列十分規(guī)整，但是加入其他金屬變成合金以后，合金內(nèi)部的原子排列就發(fā)生了變化，它們之間的相互作用也會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致合金的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

3.3 技術(shù)人員眼中的金屬材料

子問題3：站在化學(xué)家的視角對(duì)金屬材料的組成和結(jié)構(gòu)等進(jìn)行審視了解，明白金屬材料確實(shí)是C919飛機(jī)需要的一類材料，只有真正重視金屬材料的研發(fā)和應(yīng)用，才能實(shí)現(xiàn)我國(guó)飛機(jī)自主研發(fā)上的跨越式發(fā)展。轉(zhuǎn)換到技術(shù)人員的視角，金屬材料應(yīng)當(dāng)如何應(yīng)用？飛機(jī)領(lǐng)域比較陌生，可以先從生活中的其他領(lǐng)域入手。

［任務(wù)一］根據(jù)金屬性質(zhì)表格，小組合作找出金屬特有的物理性質(zhì)，并聯(lián)想生活中有哪些應(yīng)用。

［學(xué)生1組］大部分金屬都是銀白色的，但金是黃色的，經(jīng)常做成飾品。大多數(shù)金屬的密度都較大，但是鋁的密度只有2.7克每立方厘米，一般用它制作易拉罐。

［學(xué)生2組］鐵的熔點(diǎn)相對(duì)較高，家庭做飯選擇鐵鍋，鐵鍋在高溫下形狀一般不發(fā)生變化。

［教師］通過剛才的學(xué)習(xí)，可以看出不同金屬具有各自的特性。比如鉑的延性好，可以抽成直徑僅有1/5000mm的細(xì)絲。金的展性好，可以壓成厚度只有1/10000mm的薄片。鎢則由于熔點(diǎn)高，被愛迪生在6000多種材料中挑選出來制作燈泡中的燈絲。所以性質(zhì)的差異決定了金屬的不同用途。

［任務(wù)二］銀的導(dǎo)電性比銅好，為什么技術(shù)人員建議電線用銅制而不用銀制？

［學(xué)生6］銀的價(jià)格比較昂貴，但導(dǎo)電性和銅卻相差不大。

［小結(jié)］為了將金屬?gòu)V泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活，技術(shù)人員往往需要綜合考量多方面因素。首先明確各種金屬材料的性質(zhì)，再根據(jù)金屬的價(jià)格、資源儲(chǔ)量、廢料是否易于回收、美觀性等對(duì)材料進(jìn)一步選擇，將其應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。

［任務(wù)三］作為技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)合金等金屬材料進(jìn)行充分了解和分析，才能為后續(xù)生產(chǎn)生活的合理利用奠定基礎(chǔ)。鐵的合金是各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的合金，C919飛機(jī)也大量應(yīng)用了鐵合金。

［教師］如果你是技術(shù)人員，面對(duì)以下兩個(gè)問題你該如何解決？小組討論一下。

問題一：生鐵和鋼是應(yīng)用最廣的兩種鐵合金，區(qū)別在于含碳量不同，生鐵的含碳量為2%～4.3%，鋼的含碳量在0.03%～2%之間。大家根據(jù)金屬性質(zhì)表格信息，分析這兩種合金該如何應(yīng)用于生產(chǎn)生活？

問題二：大多數(shù)金屬在自然界中都是以金屬礦物的形式存在，鐵也不例外。磁鐵礦（主要成分Fe3O4）、赤鐵礦（主要成分Fe2O3）、菱鐵礦（主要成分FeCO3）、黃鐵礦（主要成分FeS2）是四種主要的鐵礦石，煉鐵你會(huì)選擇哪種鐵礦石？

［學(xué)生3組］根據(jù)表格給出兩種合金的性質(zhì)，我們小組認(rèn)為沒有塑性的生鐵可以用于鐵鍋、暖氣片等，而鋼的韌性好，可以再加工，用于機(jī)器的零件、機(jī)械制造等領(lǐng)域更合適。

［學(xué)生4組］黃鐵礦不能選擇，其余都可以，因?yàn)辄S鐵礦的主要成分中含有硫元素，煉鐵后產(chǎn)物可能會(huì)有污染。

［學(xué)生5組］如果想要得到純鐵，我們認(rèn)為應(yīng)該選擇赤鐵礦和磁鐵礦，因?yàn)樗鼈兊蔫F元素占比較高。經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)兩者都在50%以上，而另外兩種鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%以下（運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)）。

［總結(jié)］通過上述三個(gè)任務(wù)發(fā)現(xiàn)，如何從技術(shù)人員視角應(yīng)用金屬材料：物質(zhì)的性質(zhì)決定用途，但也要綜合考量該領(lǐng)域的其他影響因素。

例如，C919飛機(jī)的主體結(jié)構(gòu)必須極其牢固，含有碳和其他金屬的鋼是制造這些部件的最佳材料。想要選用適合飛機(jī)的金屬材料，技術(shù)人員要首先通過分析各種金屬材料，了解它們的性質(zhì)及用途，再不斷優(yōu)化，結(jié)合具體情況為飛機(jī)工程師進(jìn)行推薦選用。

3.4 工程師眼中的金屬材料

子問題4：我國(guó)首款具有自主產(chǎn)權(quán)的大型噴氣式民用飛機(jī)C919即將投入商用，而材料和飛機(jī)是互相推動(dòng)發(fā)展的。第一代飛機(jī)以萊特兄弟為代表，材料方面采用木制的梁條、翼肋、機(jī)翼包裹帆布，利用鋼索固定維持機(jī)身的剛度，很顯然和現(xiàn)代飛機(jī)有很大區(qū)別。如果你是飛機(jī)工程師，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)更先進(jìn)的飛機(jī)，要從哪些方面改進(jìn)材料？

［學(xué)生6組］經(jīng)過討論，我們認(rèn)為傳統(tǒng)的木頭和鋼索不足以支撐長(zhǎng)途飛行，所以飛機(jī)的制作材料首先應(yīng)該強(qiáng)度大，并且還需要耐高溫，剛剛說過的鋁合金就比較合適。

［學(xué)生7組］和上面電線的案例一樣，飛機(jī)要大規(guī)模生產(chǎn)使用，需要考慮成本。另外，太重了也會(huì)影響飛行，所以最好質(zhì)量輕一些，成本低廉一些。

學(xué)生匯報(bào)展示的內(nèi)容見圖3。

［教師］總結(jié)下來，大家認(rèn)為飛機(jī)的材料需要具備耐高溫、強(qiáng)度大、低成本這些特點(diǎn)，大家的思路非常接近工程師的思路。同時(shí)也要讓飛機(jī)更加安全，盡量幫飛機(jī)減重。現(xiàn)在飛機(jī)材料向著安全可靠、輕量化、強(qiáng)度韌性大、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、低成本方向發(fā)展。以C919飛機(jī)為例，如圖4所示，除了剛剛提出的鋁合金外還應(yīng)用了很多種金屬材料。

大家可以對(duì)照表2，了解真正的C919飛機(jī)工程師是如何根據(jù)適合的性能為各部位/組件選擇金屬材料的。

［數(shù)學(xué)任務(wù)］鈦合金用量的多少，已成為衡量當(dāng)代飛機(jī)制造先進(jìn)性的重要標(biāo)志。我國(guó)C919飛機(jī)用量達(dá)9.3%，超過了美國(guó)的波音777。請(qǐng)大家計(jì)算一下，C919單機(jī)自重約42.1噸，含鈦量約9.3%，按照現(xiàn)有數(shù)據(jù)815架訂單計(jì)算，損耗率大約為80%，C919飛機(jī)所需鈦合金的總量有多少？

［學(xué)生7］42.1×9.3%×815÷20%＝1.6萬噸。

［教師］僅僅是C919飛機(jī)鈦合金的需求量就這么龐大，說明金屬材料的應(yīng)用和發(fā)展前景非常廣闊。同學(xué)們應(yīng)當(dāng)努力學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，把科技與工程結(jié)合起來，將來可以投身于相關(guān)領(lǐng)域，為我國(guó)的科學(xué)及工業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)！

［總結(jié)］飛機(jī)上如何應(yīng)用金屬材料？C919飛機(jī)工程師從全局出發(fā)，考慮各項(xiàng)因素，根據(jù)不同金屬的性質(zhì)與飛機(jī)材料需要具備的用途進(jìn)行對(duì)應(yīng)匹配，呈現(xiàn)出目前我們看到的飛機(jī)上的金屬材料。但是工程師的工作并不是一蹴而就的，離不開化學(xué)家和技術(shù)人員對(duì)金屬材料的研究與分析。

4 教學(xué)效果與反思

在教學(xué)結(jié)束之后，學(xué)生對(duì)“性質(zhì)決定用途”的化學(xué)觀念，應(yīng)用化學(xué)、技術(shù)、工程融合解決問題的思路以及從不同角度評(píng)價(jià)實(shí)際問題的能力都得到了較大的發(fā)展。同時(shí)，學(xué)生對(duì)于生產(chǎn)生活中應(yīng)用金屬材料的知識(shí)興趣明顯增強(qiáng)，愿意積極主動(dòng)地去了解生產(chǎn)生活中金屬材料的應(yīng)用，這些可以從學(xué)生課后繪制的手抄報(bào)及課后訪談中體現(xiàn)出來。學(xué)生繪制手抄報(bào)見圖5。

與部分學(xué)生在課后進(jìn)行訪談交流，部分摘錄如下：

在我原來的腦海里，金屬材料就是銅和鐵，現(xiàn)在知道了原來金屬材料包括純金屬和合金。而且通過老師布置這些關(guān)于飛機(jī)上的金屬材料的學(xué)習(xí)任務(wù)，我才知道合金比金屬在生活中應(yīng)用得更多。我的眼鏡就是鈦合金的，鈦合金不僅用在飛機(jī)上，我們的日常生活中也有廣泛應(yīng)用。

我原先以為，等當(dāng)了科學(xué)家以后才能解決這么高端的問題，沒想到這節(jié)課我就可以解決飛機(jī)上的問題了?；瘜W(xué)確實(shí)是和生產(chǎn)生活密切相關(guān)的學(xué)科。

基于STEM教育理念，本節(jié)課以我國(guó)首次自主研制的C919飛機(jī)為情境載體，借助化學(xué)家、技術(shù)人員、工程師三種視角引出與金屬材料相關(guān)的問題，設(shè)置多種類型的教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生初步分析和解決與金屬材料相關(guān)的生產(chǎn)生活中的綜合性問題。然而，本次教學(xué)僅僅通過觀察學(xué)生的表現(xiàn)衡量教學(xué)效果，后續(xù)還可設(shè)計(jì)更全面的評(píng)測(cè)方式，甚至進(jìn)行延時(shí)評(píng)測(cè)，以檢驗(yàn)基于STEM教育理念的教學(xué)效果。

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