《表1 不同煮熟剂成分和加热时间正交处理》

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《STEAM教育理念下的中学化学实验探究——以煮熟剂的成分和配比对水葫芦造纸的影响为例》

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注：A-加热至沸腾并保持15分钟；B-加热至沸腾并保持30分钟；C-未加热

美国弗吉尼亚理工大学的S a n d e r s教授认为，STEAM教育是在建构主义和认知科学理论的指导下，以科学、技术、工程、艺术和数学知识为基础对问题或项目进行探讨[6]。由此可见，STEAM教育并不是5门学科的简单叠加，而是根据一个现实问题的需要，将学生的零碎知识有效地整合为一个整体的过程。从一开始的模仿别人的实验方案到改进方案，学生也开始意识到所有的实验设计都是局限在化学方法上，而现实生活中遇到的一些问题如河流污染整治、废弃电池回收处理等，不仅需要化学知识还需要其他学科知识的辅助。因此当学生提出水葫芦这种植物可否代替废纸张或部分代替废纸张进行再生纤维的回收利用时，教师鼓励他们打破现有的学科壁垒，查阅资料寻找解决方案。在这期间，学生自己查阅大量水葫芦的生物学知识，自学了纤维化学的知识，提出用水葫芦制作再生纸的具体实验方案，在实验过程中不断调整实验设计和讨论交流，并在实验后期的数据处理上运用数学上的方法进行误差分析，确保方案的可行性。在这个阶段，学生遇到的最大的问题是如何使已经分离的水葫芦纤维组织进行再次重组，于是学生借鉴了传统的麦草蒸煮法，提出了用日常生活可见的白糖、糯米粉、明矾和碳酸钠等药品代替传统的氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠和EDTA等药品作为煮熟剂。学生又针对煮熟剂的选取和加热时间的不同进行一系列的探究实验（见表1），最终得到了最佳的水葫芦再生纸方案。跨学科整合阶段并不是所有的中学化学探究活动都会经历的，在以往的学生的探究活动中，学生能够从模仿实践阶段跨越到项目研究阶段，但是很少有学生能够打破学科壁垒进行学科知识的整合创新，因此这个阶段的实现是基于STEAM教育理念下的一次大胆的尝试，为中学生化学探究活动提供了多维度的研究方法和思维拓展，在探究活动中具有重要的意义。