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1、初中化学家庭实验活动设计研究论文 【摘要】通过本文概述STEM教育理念对开展初中化学家庭实验活动的指导意义以“环保小卫士自制净水器”活动为例基于STEM教育的工程设计过程开展STEM小组的实验探究活动介绍研究目的、研究方法、研究阶段、研究准备与活动实施结合学生反思与活动效果,对开展STEM家庭实验提出可供参考的实施建议 【关键词】STEM；化学家庭实验活动；环保小卫士；自制净水器 一、问题的提出 STEM教育提倡基于生活实验任务的活动要求学生在这些活动中制作一系列实体模型在制作过程中探索、应用、修正对科学、工程、环境等领域的知识STEM实验活动中使用的材料简单能让学生在活动中体验科学家、工程技
2、术师的思维及工作方式STEM教育在美国备受关注我国近些年也很重视STEM教育对国家经济发展、基础教育改革以及工程技术类人才培养工作的重要意义在STEM理念指导下已有多个学校设计出许多优秀的STEM项目和课程并将其与现有的中小学相关课程或探究性实验活动有机结合12初中化学课程标准指出教师在教学中“应高度重视和加强实验教学充分发挥实验的教育教学功能”鼓励开展家庭小实验其中“自制简易净水器”是许多学校组织学生开展家庭实验竞赛活动的常见项目初中化学教师指导学生开展家庭实验活动教育行政部门组织展览活动旨在创造机会让学生灵活运用知识动手动脑积极参加化学科技实验活动提高科技意识；提倡自己动手设计并完成实验充
3、分发挥其创新精神把所学的化学知识、技能与生活实际紧密联系起来让化学科技活动在校园、家庭和社会开花结果 二、设计目的与实施方法 （一）设计目的 如今地球上淡水资源短缺许多地区都面临缺水的问题每天都有大量的水资源被浪费和污染水资源短缺问题成为了当前世界最主要的问题之一学生已学过过滤、吸附、水的净化、保护水资源等概念或原理对自然界中水的成分、除杂所需的必备材料和原理有所了解对过滤的操作已经掌握希望通过自己动脑和动手来制作简易净水装置的兴致很高 （二）实施方法 1.文献研究法：班级学生以34人形式组建STEM实验小组用简要的篇幅概括介绍小组在实验主题相关概念或原理上的学习成果及查阅、引用的文献资料其中
4、需附2张所研究内容的图片教师要为学生提供资料查阅的路径和方法组织学生召开资料查阅总结报告会使学生学会收集信息学会提出问题学会撰写资料查阅报告2.实验探究法：STEM实验小组合作研究净水器的原理、构成与功能并提出一些净水器的制作方案进行头脑风暴选择可行方案进而着手制作原型并通过实验探究对原型进行测评然后重新设计并改进原型最后交流展示 三、设计过程 本研究包括三个阶段：学习过滤与净水原理比较生活中常见的净水器；开展自制净水器的家庭实验活动 （一）学习过滤与净水原理 学生通过学习教材中有关水资源分布、净化和利用的内容进一步理解自然界中水的成分、除杂所需的必备材料和原理掌握过滤的操作要点 （二）比较生
5、活中常见的净水器 STEM实验小组的学生通过查阅文献知道生活中常用的净水器主要有四种前置过滤器类产品、PP棉过滤类产品、超滤膜过滤类产品、反渗透膜、纳滤膜过滤类产品并对他们的作用、优点、缺点进行比较 （三）开展自制净水器的家庭实验活动 在工程设计过程指导下(如图1)STEM实验小组开展自制简易净水器家庭小实验活动实施流程为：首先研究过滤、水的净化等相关知识；针对如何制作净水器进行头脑风暴；绘制一份净水器的设计图其次是着手制作环保型净水器并查阅相关科学书籍或其他资料检测模型的准确性和有效性记录检测对比的结果对模型进行评价分析净水器各个部分的成分与功能接着是确定装置设计的改进方案进行必要的更改对改
6、进后的设计重新进行检验和评价最后是展示小组学习成果每个小组需要在老师规定的时间内提交下述成果：一是完成一篇12页的论文总结对净水器原理的研究结果标注引用文献论文中要包含两张图片；二是完成一张环保型净水器制作的设计图；三是完成一份净水器性能检测后的记录、分析和说明；四是完成对实验任务和实践过程的总结其中应包含任务的目标、检验过程的简要说明以及对检验结果的解释；五是完成自我评价和反思总结 四、实验准备 （一）梳理实验原理 利用纱布与卵石过滤较大颗粒的不溶性物质、利用石英砂过滤颗粒较小的不溶性物质、利用活性炭吸附有色有味的物质、利用蓬松棉吸附颗粒较小的不溶性物质的性质来净化水源 （二）准备实验材料
7、学生自主选择塑料瓶、塑料管、清洗过的沙子、纱布、蓬松棉包、活性炭、清洗过的小卵石、剪刀、钻子、烧杯等仪器或用品五、实施方案STEM活动环节首先是设计制作方案：简要写出个人的制作方案；STEM小组内部交流讨论；制定最佳方案具体操作如下：取一个空的塑料饮料瓶剪去底部约占二分之一；在瓶盖处用钻子钻一个孔把准备的塑料管插入孔中；把瓶口处倒过来放依次放入膨松棉、纱布、活性炭、石英砂、纱布、小卵石其次是制作净水器学生分组、动手制作；家长巡视、指导接着是检验自制简易净水器的净水效果STEM小组将自制净水器带回学校在实验室准备好净水器下端与接水的烧杯相连学生把污水沿玻璃棒倒入净水器中观察净水效果最后是交流评价
8、各小组汇报净水效果、改进策略以及经验教训 六、反思与建议 在开展该家庭实验活动的过程中学生设计制作了许多优秀的作品（如图2）与此同时STEM小组的学生在修正和改进净水器的过程也进行了以下反思：首先是过滤室的外观、构成与设计起到关键作用其构造会影响过滤反应时间若水在过滤室内停留时间短过滤时间不足过滤效果不理想因此需要经过多次实验检测后运用数学和工程设计的方法对过滤室进行优化其次是吸附剂的选取对净水效果及净水器性能的影响很大木炭的处理效果不如活性炭吸附效果不稳定容易失效目前没有科学有效的监测手段需要通过对水质变化的直观观察来判断木炭吸附效果是否下降且吸附效果受进口水质的影响很大基于STEM理念开展
9、初中化学家庭实验活动时建议教师指导学生按照如下步骤进行探究实验：首先是问题研究在收集、整理和阅读与本活动任务相关的资料后做一个小结展示文献资料的已有研究成果其次是模型设计在设计图纸上进行标注并解释团队的策略接着是结果分析记录、分析并解释测试结果然后是实验总结总结任务和实际发生的情况总结中应当包括实验目的、测试过程的简短描述和对实验结果的解释随后是活动反思思考各自团队的选择过程完成STEM小组反思报告最后是自我评价学生个体反思在团队中的行为表现完成自我评价 七、结语 STEM实验要求学生从实际问题出发将科学探究和工程教育融会贯通从中感受探究的乐趣和科学的奥秘从而在掌握严谨的科学探究方法的同时激发
10、探究欲与好奇心理科教师在课堂上开设STEM实验活动要明确学生们能确定和研究需处理的问题并为改进、解决这些问题而进行项目学习和团队合作在这个过程中学生将更加深刻地认识和理解科学与技术、工程、健康、环境和经济、社会等领域的密切联系学生通过STEM课程认识技术工具、了解技术世界意识到技术、工程、科学和数学如何相互支持要如何学习日益普及的科学技术以及我们的科技决策如何影响日常生活STEM课程中学生将使用科学仪器和工具等现有技术去构建和检验产品学生还将在调查和解决方案中使用数字工具和技能将创建技术(也许包括涉及编码的数字技术)作为解决问题的一部分以及与专家和其他学生的虚拟互动STEM课程应该尽可能向学生介绍可供学习和解决问题的新技术教师要有意识地将学生所学知识与具体的现实职业相联系可将STEM专家请进课堂提供给学生前沿科技知识、重要生活技能及学术成就让学生接受职业教育并能够在实际生活中运用他们学到的技能、方法与思维 参考文献： 1林建芬,刘月娇,古春文.互联网+视角下化学教师运用信息技术促进课堂教学方式转变的应为以人教版“甲烷”的教学为例J.教育与装备研究,(12):2932. 2朱少祥.初中化学“大晶体制作”家庭实验活动的研究J.化学教学,(09):1519. 作者：林建芬陈粉心彭炫解慕宗陈晓锋高苗兰单位：深圳市宝安中学集团实验学校深圳市福田区翰林实验学校深圳市坪山区光祖中学
