二、案例设计

（一）教学目标分析

笔者以“自制酸碱指示剂”为载体，将STEM 教育四个维度与教材中原有的知识点进行有机整合和拓展(如图1) ，渗透STEM教育跨学科融合的理念，引导学生在多个领域整合和应用知识，对技能和方法进行探索，提高科学核心素养。

图 1 “自制酸碱指示剂”教学目标

（二）设计思路

教师引导学生，以协作学习的方式完成探究任务：设计解决方案并进行探究，完成制作酸碱指示剂并正确使用自制指示剂检测身边常见物质的酸碱性(见表1)。

表 1 案例设计思路

三、实施过程

（一）聚焦问题

1.引入课题，初识问题

教师播放“紫甘蓝早餐惊变色”微课（早餐用白醋凉拌紫甘蓝，紫甘蓝变成桃红色，中午用剩下的紫甘蓝炒鸡蛋，紫甘蓝渗出的液体把鸡蛋染绿），提出“食物为什么会变色”这一问题，让学生讨论并大胆猜测。

2.收集信息，了解原理

教师将学生分成若干“工程组”，引导学生通过网上检索等方式查阅相关资料。各组学生根据收集的信息展开交流，如“此现象说明与紫甘蓝遇酸变红，遇碱变蓝有关”“紫甘蓝可用作酸碱指示剂”“变色是紫甘蓝中花青素的作用”等，得知可以通过“在不同的酸碱环境中，花青素会呈现不同颜色”这一原理来制作指示剂检测物质酸碱性，了解酸碱指示剂的变色原理和检测范围。

【设计意图】教师借助教材中的阅读内容导入，以微课为呈现手段引出问题，搭建生活与学科之间的桥梁，体现STEM教育的情境性，激发学生“科学即生活”的学习感悟。同时，让学生借助信息技术自主获取所需材料，一方面有利于培养学生信息素养，另一方面通过师生、生生互动交流，让学生树立科学观念与知识，可促使其将理解的科学原理应用到后期探究环节中。

（二）初拟方案

学习探究是活动实施的重要环节。学生参与“寻找适合制作指示剂的原料”“学习制作方法”“初步拟定制取指示剂的方案”等活动，可为后期方案的确定与实施奠定基础。

搜集资料，寻找原料。在学生了解酸碱指示剂原理后，教师顺势提出“假如你是一名化学工程师，能否利用常见材料自制酸碱指示剂，并用其检测常见物质”这一任务，让各工程组借助互联网搜集资料进行交流，汇报得出“紫甘蓝、紫薯、胡萝卜皮、牵牛花、黑豆、黑枸杞等”可以作为指示剂材料，并介绍原料的作用。

广泛学习，掌握技术。基于之前的资料查阅，学生对制取指示剂的方法已有一定的感性积累，但仍较为零散。教师以紫甘蓝为例，播放“制取紫甘蓝指示剂”微课，帮助学生更直观地掌握制取紫甘蓝指示剂（将紫甘蓝切碎装袋，分次加少量温水，搓至变为紫色后倒出，也可用榨汁机榨汁，或用纱布过滤）及检测的技术方法（在待测液中滴入汁液，观察变色情况），鼓励学生自主查阅、记录、交流、汇总、比较其他制作指示剂的工艺技术，让他们分组讨论制作方法。

深入思考，草拟方案。在完成前面几个环节后，教师引导学生深入思考：作为一名工程师应如何细化实施方案及制订评价指标（如指示剂应满足哪些需求目标），如何评价制得的指示剂。学生根据所搜集的资料，分组讨论与交流，提出看法与建议，初步设计制取方案。在小组活动中，教师深入每个小组，并根据学生的活动计划提供个性化指导。

【设计意图】模拟化学工程师让学生有代入感，有利于培养学生的职业认同感。教师在教学中逐步渗透工程思想，培养学生的职业技能。教师首先引导学生在分析指示剂原理的基础上，借助网络查阅相关的研究资料，寻找适合做指示剂的材料，然后依托教材中用“紫甘蓝做指示剂”的内容，借助微课为学生掌握制取指示剂这一“初级技术”提供“脚手架”，让学生根据任务需求，自行检索选择制取方式。这样，学习任务基于教材但又不拘泥于教材，有利于发展学生的科学思维与创新能力。

（三）确立方案

有了理论积累并完成初期的方案设计，各小组就制订方案。学生汇报自己的设计思想后，组员相互评估并提出改进建议，再交给教师做最后点评。师生共同确定“产品制作指南”（主要包括“资源准备”“设计草图”“制作过程”“测试结果分析”“修改与完善”等）及“产品评估表”（主要包括“产品测试效果”“产品成本”“产品制作工艺难度”“产品创新性”等）主要内容。各小组依据确定的评价标准，对初期方案进行修正、补充和完善，设计实验步骤，撰写实施方案，形成设计方案。

【设计意图】基于前面的教学铺垫，此环节重点工作是确定方案。教学目的是培养学生用科学细致的思维去理解事物的能力，引导学生多角度辩证地剖析问题，做出选择和决策，从而培养学生循序渐进的探究习惯，以及乐于和他人合作的合作精神。

（四）测试优化

制作样品，测试样品。小组成员分工合作，依照计划制取指示剂样品，自行选择饮品、洗涤用品、食物等常见物质，通过实验检测样品的实际使用效果，并借助电子书包拍摄实验过程，观察记录实验现象。

反思改进，优化方案。学生根据评价表，对产品的检测效果、成本、制作工艺、创新性等方面进行比较，在测试、比较与反思中发现问题，探求改进方法，修改原有的设计方案，找到最佳策略和优化方案的方法。

【设计意图】学生像工程师一样亲历物质酸碱性的检测过程，以样品检测结果为依据，在反思过程中发现问题解决问题。教师让学生借助电子书包记录实验现象，使其在后期汇报环节中有据可循，尊重事实和证据，树立实证意识和严谨的科学态度。

（五）分享评价

学生通过PPT报告分组汇报成果。汇报组须阐述指示剂的制作原理、使用说明、实验操作过程、实验现象、实验结论等内容，接受其他小组的评价（从表述、操作、实验现象、结论、协同、汇报、问题等维度评分并总结不足，见表2）。其他小组可派代表根据汇报组汇报情况提问，并给出被评小组各项目的最终分数。

表 2 小组评价量表

总结评估是方案实施结束后必不可少的重要环节。学生在回顾整个活动过程中，利用电子书包完成组内自评和互评，最后结合教师评价情况给出个人在本项目中的最终得分（见表3）。

表 3 学生评价量表

【设计意图】用学生能够理解的语言编制评价量表，让学生明确得分的标准，明白要表达、分享什么，促使学生反思评价自己在团队中的表现、理论及操作水平、处理信息的能力、活动实施过程中的收获与体会等。回顾与反思，有利于提高学生自我评价和反思能力，体验工程师的思维过程和工作过程。最后，教师指出活动中存在的问题并给出解决方案，总结每个小组的特点，引导学生相互学习，从而提高学生的综合能力。

四、反思与展望

“自制酸碱指示剂”教学是STEM教育融入科学课的一次新尝试。笔者利用多样的信息技术丰富了教学情境，点燃了学生的科学探究热情，调动了学生合作交流的积极性。同时，借助具体明确的评价量规，有效地指导学生学习科学知识，使学生科学核心素养的培养有据可循。这对初步发展学生的工程思维和实践应用能力具有一定的实际意义。但是，项目实施过程中也暴露一些亟待解决的问题，如部分活动环节时长超出预设、班额偏大、学生对新型活动形式的适应能力参差不齐、学生实验操作严谨度不足等，需在日后教学中进行调整。

目前，STEM教育融入科学教学仍处于探索阶段，需要广大教师共同研究和实践。作为科学教师可以深入挖掘、利用教材中素材，探索科学课程与STEM教育有效融合的新思路，设计更多优秀的STEM案例，为培养学生的科学核心素养提供新载体。

注：本文系福建省电化教育馆2018年度教育信息技术研究课题“基于科学核心素养的STEM教育案例开发与实践研究”（编号：FJDJ1815）项目研究成果。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社,2017.

[2] 温·哈伦.科学教育的原则和大概念[M].韦钰,译.北京：科学普及出版社,2011.

（作者赵秋燕系福建省厦门市云顶学校教师；高翔系福建省厦门市思明区教师进修学校教研员，高级教师，特级教师）

责任编辑：祝元志

文章来源：《中小学数字化教学》2020年第5期

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