摘要：近年来，我国越来越多的学者和教育者聚焦在STEM教育的创新和发展，STEM教育的改善迫在眉睫。同时，复杂的全球性因素也促使着当下教育培养的应该是创新型人才。基于此，本文设计了以糖为基础的的高中科学STEM教育课程，努力建立STEM教育各学科的联系，实现科学、技术、工程和数学的融合，以提高学生们对科学的兴趣和热情，激发学生创新思维，为综合STEM教育改革提供参考建议。
关键词：高中科学；STEM教育；实践学习
一、综合STEM教育概念
综合STEM教育是一个多方面的概念，它没有共同的定义，不同的教育者解释STEM教育概念强调有着不同的方面。考虑到STEM教育有用的教学方面，约翰逊（2013）认为STEM是一种教学方法，它通过注入科学探究，技术和工程设计，数学的实践，整合了科学和数学学科的教学。[1]该定义强调了利用科学探究整合STEM学科的重要作用。在综合学科方面，桑德斯（2009）认为STEM教育包括“在STEM学科领域中任意两个或更多个之间进行教学和学习的方法”或者“在STEM学科和一个或多个其他学科之间的教学和学习的方法”。[2]凯利和诺尔斯（2016）强调了STEM教育的跨学科和背景方面，并将STEM教育表达为“教授两个或多个STEM领域的课程内容的方法。为了提高学生的学习能力，考虑到对STEM教育的不同定义，本课程设计综合采用了多人的定义。因此，本文中关注的综合STEM教育课程主要特征可以描述为，工程设计是学习科学内容的背景，以及在课程至少整合两个或更多STEM学科。
二、基于STEM教育理念的“糖课程”设计
此课程设计是关于糖的科学。糖是一种普遍存在于厨房、餐馆、超市和绝大多数食品中的化学物质，它和我们的日常生活有着紧密的联系，容易激发学生兴趣。此文关于“糖”的STEM综合课程包含七个项目
（一）糖的检验。该实验使用市售的尿液测试片剂，通过将尿液测试片剂滴入每种糖的溶液中然后将溶液颜色与颜色编码的“密钥”匹配来确定蜂蜜，砂糖，苏打和橙汁中的糖量。学生还可通过使用尿液测试片测试人造甜味剂是否含有真糖，并且注意到任何人造甜味剂的颜色都没有变化。
（二）糖果色谱法。基于物理性质的差异来分离材料混合物的能力是色谱科学的基础，本项目以讨论色谱和色谱原理的使用方法为开端。然后，学生用盐水溶解有颜色的硬糖果的糖衣。得到浓色溶液后，用纸层析法将溶液分离成其组成色素。
（三）棒棒糖和冰糖。这个项目首先介绍了科学原理，然后将糖，玉米糖浆，水，香精和食用色素混合制成糖果。在冰糖硬化后，学生将其捣碎并用竹签做成棒棒糖。该项目还包括关于通过该方法可获得的棒棒糖的最大尺寸以及获得过饱和溶液所需的温度等问题。
（四）液氮冰淇淋。液氮的概念对于学生来说很有吸引力，因为他们之前从未接触过过如此寒冷的液体。虽然之前已经有许多使用液氮的演示被报道过，但基于液氮来制作冰淇淋，对于学生来说还是一个很新奇的体验。但由于安全考虑，此活动是作为演示进行。
（五）糖火箭的制作。为了使火箭成功发射，它需要燃料，火源和热量。许多化学物质可以用作火箭燃料，包括火药，酒精和煤油。在这个实验中，我们用糖作为主要燃料来制作火箭，证明了糖的高氧化性。为了制作糖火箭，参与者们将糖和硝酸钾混合，然后将混合物装入一个塑料管内，安装引信，将火箭安装在发射器上，点燃引信完成项目。
（六）糖密度彩虹。这个实验被用来向学生解释密度的概念，这是他们大多数人都熟悉的概念。做这个实验，学生需要制作了六种溶液，每种溶液都有不同浓度的糖，每种溶液都加入了不同颜色的食用色素。仔细地将溶液分层放置在一个小瓶或一个刻度筒中，就会产生不同颜色的层，这些层由密度分隔开，从而有效地创建了彩虹。
（七）用跳跳糖吹气球。当把糖添加到碳酸饮料中时，跳跳糖为二氧化碳气泡提供成核位点，并导致大量气体的生成。学生可以将不同数量和不同组合的糖果放入小瓶苏打水中，然后用气球盖住这些瓶子，从而将这种现象形象化。气球捕捉到不断变化的气体并膨胀起来。
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表1总结了每个实验的每项活动和关键科学原理，
活动
活动简介
科学讨论
1.尿糖测试
测试一般家庭饮料的含糖量
单糖的种类，糖和人造甜味剂的区别
2.糖果色谱
使用纸色谱分离糖果涂料中的颜料
色谱理论与应用
3.棒棒糖
使用过饱和的糖溶液制作棒棒糖
过饱和度
4液氮冰淇淋
使用液氮快速制作冰淇淋
物态
5.惊人的糖果火箭
用糖作为燃料来源制造高空飞行的火箭
能量和燃烧
6.糖密度彩虹
分层不同密度的液体以产生糖彩虹
密度
7.使用跳跳糖吹气球
在苏打水中添加跳跳糖以产生足够的二氧化碳来吹气球
晶核形成和碳酸化作用
三、结论
本文为高中生设计了一项以糖为主题的科学课程——“糖”课程。这个项目包括动手实验，以帮助学生理解和欣赏糖的科学和糖的许多有趣的化学性质。本课程设计为 STEM 教育的开展提供支持，为开发 STEM 教育课程体系，探索 STEM 跨学科教育创新模式，改变学校教育生态，提供参考建议。参考文献
[1]Johnson C.C.Conceptualizing integrated STEM education[J].Sch.Sci.Math.,113(8),367–368.
[2]Sanders M.STEM,STEM education,STEMmania[J].The Technology Teacher,68(4),20–26.
[3]Kelley T.R.and Knowles J.G.A conceptual framework for integrated STEM education[J].Int J.STEM Educ,3(11),1-11.
论文作者:徐娜
论文发表刊物:《知识-力量》2019年10月44期
论文发表时间:2019/9/27
标签：科学论文; 溶液论文; 液氮论文; 色谱论文; 火箭论文; 糖果论文; 学生论文; 《知识-力量》2019年10月44期论文;