STEM教育视域下高中化学学科实践活动的设计与实施研究（2026年度黄浦区教育科学研究重点项目）

随着新一轮课程改革的深入推进，STEM教育作为培养创新型人才的重要途径，日益受到基础教育领域的重视。高中化学作为一门以实验为基础的自然科学，其知识建构与实践应用天然契合STEM（科学、技术、工程、数学）教育的跨学科、实践性与问题导向特征。在STEM教育视域下设计与实施高中化学学科实践活动，不仅有助于打破学科壁垒，更能有效提升学生的综合素养与实践能力。

一、理论契合：化学实践与STEM教育的内在关联

STEM教育强调将科学探究、技术应用、工程设计与数学分析有机融合，通过真实情境中的项目式学习，培养学生解决复杂问题的能力。高中化学课程中蕴含丰富的STEM元素：从“化学反应原理”中的能量转化与速率计算，到“有机化合物合成”中的分子设计与实验优化，再到“环境化学”中的污染监测与治理方案设计，均涉及多学科知识的交叉应用。例如，在“原电池的构建”实验中，学生需运用化学知识理解氧化还原反应，借助物理知识连接电路，通过工程思维优化电极材料与结构，并利用数学工具分析电压与电流数据，完整体现STEM整合逻辑。

二、实践困境：当前化学实践活动的现实挑战

尽管STEM理念逐步引入课堂，但高中化学实践活动仍面临诸多问题：一是实验内容多为验证性操作，缺乏开放性与探究性；二是教学方式仍以教师演示、学生模仿为主，学生主动设计与创新空间不足；三是学科融合流于表面，技术与工程要素融入不深；四是评价体系单一，重结果轻过程，难以反映学生的综合能力发展。此外，部分学校受限于实验设备、教师跨学科素养不足等因素，STEM实践活动的实施质量参差不齐。

三、设计路径：构建“问题—项目—探究—创造”四维活动模型

1. 
以真实问题为起点，创设情境驱动。选取贴近生活、社会热点的议题，如“校园水质检测与净化方案设计”“可降解塑料的合成与性能测试”“家用电池的环保改造”等，激发学生探究动机。
2. 
以项目式学习为载体，整合多学科知识。设计具有工程属性的实践任务，明确目标、限制条件与评价标准。例如，在“设计简易空气净化器”项目中，学生需研究PM2.5的化学成分（科学），选择吸附材料（化学），搭建过滤装置（工程），编程控制风扇速度（技术），并用传感器采集数据（数学）。
3. 
以探究与创造为核心，强调过程体验。鼓励学生自主设计方案、选择材料、开展实验、分析数据、优化迭代。教师角色从“传授者”转变为“引导者”与“协作者”，支持学生在试错中学习。
4. 
以多元评价为保障，关注综合素养发展。建立过程性评价与成果性评价相结合的体系，涵盖团队合作、创新思维、问题解决、表达展示等维度，采用自评、互评、教师评等多主体方式，全面反映学生成长。

四、实施案例：以“设计与制作太阳能驱动的水分解装置”为例

1. 
情境导入：提出“如何利用可再生能源制取氢气”的问题，引导学生思考清洁能源的重要性。
2. 
知识铺垫：复习电解水原理、半导体材料性质、光能转化机制等化学与物理知识。
3. 
项目实施：学生分组设计装置，选择光催化剂（如TiO₂）、构建电极系统、连接电路，并测试产氢效率；利用传感器记录光照强度与气体产量关系，进行数据分析。
4. 
优化与展示：各组汇报设计思路与实验结果，开展互评与改进；优秀作品在校科技节展示。 该活动有效融合化学、物理、工程与技术，学生在动手实践中深化了对“能量转化”“材料选择”“系统优化”等概念的理解。

五、保障机制：强化师资、资源与制度支持

1. 
加强教师跨学科培训，组建化学、物理、信息技术等多学科协同教学团队；
2. 
建设STEM创新实验室，配备3D打印机、传感器、编程套件等设备；
3. 
将STEM实践活动纳入校本课程体系，保障课时与经费；
4. 
建立校企合作机制，引入高校或企业资源，拓展实践平台。

六、结语

STEM教育视域下的高中化学实践活动，不仅是教学形式的创新，更是育人理念的深层变革。通过科学设计与有效实施，能够引导学生在真实问题解决中实现知识的深度建构与能力的综合发展，真正落实“做中学、创中学”的教育理念，为培养具备跨学科思维与实践创新能力的未来人才奠定坚实基础。