STEM教育理念觀照下的初中物理教學設(shè)計

王麗華

【摘 要】將科學教育、技術(shù)教育、工程教育、數(shù)學教育與初中物理教育相融合，以STEM教育理念來指導(dǎo)初中物理教學設(shè)計成為將物理單科教育演變?yōu)榫C合化教育的新思路。本文分析了STEM教育理念對初中物理教學的啟示，并以該理論為指導(dǎo)提出教學設(shè)計的基本模式。

【關(guān)鍵詞】STEM教育；初中物理；教學思考

近年來，教育界對STEM教育與課程整合的重視程度不斷加強，相關(guān)理念已經(jīng)滲透進中學的科學教育之中。STEM是科學（science）、技術(shù)（technology）、工程（engineer）和數(shù)學（mathematics）的縮寫，該教育理念強調(diào)將四門學科組合起來，以科學知識作為核心，以數(shù)學為基本工具，引導(dǎo)學生參與到工程和技術(shù)的實踐之中，培養(yǎng)他們的問題解決能力。那么STEM教育理念給我們的初中物理教育帶來怎樣的啟示？物理教師應(yīng)該如何在教學中對學生進行STEM教育呢？

從課程實施來看，STEM更注重物理學習的實踐性以及物理規(guī)律的關(guān)聯(lián)性。和當前所倡導(dǎo)的“探究式學習”相比，STEM也強調(diào)學生在學習中的主體地位，其不同之處在于STEM更關(guān)注物理規(guī)律在問題解決過程中的整合與應(yīng)用。學生通過對問題的分析和研究，采用不同的知識和研究方法來探索問題，從而活化自身對課本知識的理解，這有助于學生實踐意識的提高，也有助于他們遷移能力的發(fā)展。

那么，STEM教育理念指導(dǎo)下的初中物理教學應(yīng)該如何設(shè)計呢？例如，“汽化”是“物態(tài)變化”一章的重要內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容涉及到概念和實驗較多，歷來都是初中物理的教學重點。下面筆者就按照上述教學模型，以本節(jié)內(nèi)容為例來進行教學設(shè)計。

一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)情境，啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)問題

在課堂導(dǎo)入階段，教師要從學生已有的經(jīng)驗中選取素材，創(chuàng)設(shè)情境由學生自主發(fā)現(xiàn)問題，展開科學探究。教師用手指蘸水在黑板上畫了一個笑臉，很快這個笑臉就消失了，這是為什么呢？學生答道：這是因為水變成水蒸氣。教師要求學生再舉出一些例子，并引導(dǎo)學生結(jié)合實例總結(jié)“汽化”的定義。圍繞學生所列舉的實例，教師引導(dǎo)他們展開更加細化的研究，進而將汽化現(xiàn)象分為兩類：沸騰和蒸發(fā)。為了進一步激活學生的思維，教師裝作一不小心將一杯水灑在地上，以此啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)問題：怎樣可以加快地面上水的蒸發(fā)速度？這其實也就對應(yīng)本節(jié)課的一個核心問題：蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)？

二、合作探究：圍繞問題，開展實踐研究

教師引導(dǎo)學生，分析問題，并展開合作探究，鼓勵學生在相互探討中獲得啟發(fā)，進而實現(xiàn)問題解決。學生圍繞問題，聯(lián)系生活中的經(jīng)驗展開思考和交流，在討論中他們形成如下猜想：影響蒸發(fā)快慢的因素可能有溫度、表面積、空氣流動快慢等等。當然他們的探索并沒有止步于此，為了驗證自己的猜想，他們繼續(xù)以控制變量法來建構(gòu)驗證方案：（1）為驗證溫度的影響，他們提出在玻璃上滴上兩滴等量的水，然后用酒精燈對其中的一滴加熱，比較蒸發(fā)快慢；（2）為驗證表面積的影響，針對同樣的兩滴水，在其他條件不變的前提下，他們增大某一滴的表面積，比較蒸發(fā)快慢；（3）為了驗證空氣流動帶來的影響，他們在一滴水附近架起電風扇，由此來比較蒸發(fā)快慢。

以上只是筆者選取學生所提出的部分方案，類似的設(shè)想還有很多，STEM教育理念要求學生以合作學習的方式來組織解決問題的方案，并完成探究任務(wù)。為此，教師要依據(jù)學生的實際情況進行分組，讓每一組都有善于組織籌劃的學生，有強于操作和實踐的學生，有理論知識扎實、數(shù)學能力突出的學生，這樣的分組有助于學生學會如何在團隊中發(fā)揮自己的優(yōu)勢，同時還能培養(yǎng)學生的團隊合作意識。此外教師也要鼓勵學生采用STEM方面的知識和方法來解決問題，比如上述過程中學生設(shè)計實驗其實就與技術(shù)和工程有一定的關(guān)聯(lián)。

三、組間交流：分享不同觀點，拓展研究視角

“整合”是STEM教育理念的核心所在，這里的整合不僅是學科知識的整合，從廣義層面來看，它也包括對不同觀點的整合。在合作探究中，每一個小組的方案設(shè)計與實驗結(jié)果都會出現(xiàn)一些偏差，教師要引導(dǎo)學生針對存在的問題展開探索和討論，通過分析、對比和反思來達成認識上的一致。此外，討論的范圍還不僅僅局限于本節(jié)所討論的“汽化”的知識，學生也可以在問題探索中將認識拓展到其他領(lǐng)域：比如為什么灌開水時，皮膚接觸到蒸汽時可能產(chǎn)生嚴重的燙傷？水沸騰時，水蒸氣將水壺壺蓋頂起時能量轉(zhuǎn)化有著怎樣的規(guī)律？夏天扇扇子可以讓人感到?jīng)鏊遣皇巧壬茸訉?dǎo)致房間溫度降低了呢？諸如此類的問題都可以成為學生組間交流的內(nèi)容。

總之，只要交流環(huán)節(jié)沒有偏離教學目標，教師就要讓學生自由地發(fā)表自己的觀點，同時也鼓勵他們對別人的觀點進行客觀而合理的評價，這也是STEM教育開放性的一種體現(xiàn)。

四、評價總結(jié)：糾正錯誤，在反思中深化認知

在探究的評價環(huán)節(jié)，教師要引導(dǎo)學生對學習情況進行評價和總結(jié)，教師不僅要對優(yōu)秀的實驗設(shè)計和具有創(chuàng)新性的實驗觀點進行鼓勵，也要對學生暴露出的錯誤進行分析和糾正。學生的很多認識都是來自于生活經(jīng)驗，某些內(nèi)容還存在科學性錯誤，對此教師要堅持以學生為主體，引導(dǎo)他們展開分析和探索，讓他們自己發(fā)現(xiàn)問題的存在，進而實現(xiàn)問題的解決。當然，在學生討論結(jié)束時，如果他們在某些問題上依然存在爭議，教師可以通過實驗和舉例的方法來幫助他們進行糾正，當然實驗觀察和實例分析還是以學生為主體來進行。

與以往的教學理念相比，STEM教育的最大優(yōu)勢就在于其充分體現(xiàn)探究過程的多元化和靈活性，讓學生領(lǐng)略到整合跨學科知識和能力的重要性。在科技高速發(fā)展的今天，以正確的理念來建構(gòu)課堂對學生的發(fā)展非常重要，STEM教育綜合當前最先進的教育理論，對學生的學習過程進行了系統(tǒng)化、多元化、方法化的處理，引導(dǎo)學生在合作探究中強化他們的學習興趣，培養(yǎng)他們的科學思維品質(zhì)，提升他們的STEM素養(yǎng)，這與我們初中物理的培養(yǎng)目標是統(tǒng)一的。

【參考文獻】

[1]董莉，蔣德瓊.有關(guān)高中物理教學中滲透STEM教育的思考[J].物理通報，2017（s1）

[2]馬成，吳畏.美國高中STEM教育中的生物學案例及分析[J].生物學教學，2017（7）endprint