基于STEM教育的課程開(kāi)發(fā)與實(shí)踐研究

居玲玲

目前，STEM教育已經(jīng)在廣泛應(yīng)用于世界各國(guó)的教育之中，高中物理是一門重要的理工類學(xué)科，在高中物理教學(xué)中進(jìn)行基于STEM教育的課程開(kāi)發(fā)與實(shí)踐，可以幫助學(xué)生更深入地理解高中物理知識(shí)在科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域中的重要作用，加強(qiáng)學(xué)生理論和實(shí)踐的結(jié)合，提高學(xué)生的物理知識(shí)應(yīng)用能力.

一、STEM教育理論

STEM教育即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的總稱，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)為教學(xué)目的，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性.通過(guò)STEM教育，可以增強(qiáng)學(xué)生的跨學(xué)科問(wèn)題探究能力，運(yùn)用多種學(xué)科理論進(jìn)行生活中各種現(xiàn)象的探究和解釋，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和思維創(chuàng)新能力.

隨著新課程改革的推進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)成了我國(guó)教育的主要目的，STEM教育也隨之興起，進(jìn)入了中學(xué)教育的視野，目前STEM教育在我國(guó)剛剛發(fā)展起來(lái)，各方面還有待完善，因此，基于STEM教育的課程開(kāi)發(fā)與實(shí)踐研究具有實(shí)際的價(jià)值和意義.

二、課程開(kāi)發(fā)與實(shí)踐——“自制拱橋”

高中物理知識(shí)比較抽象，學(xué)生很難將物理理論知識(shí)和實(shí)際的工程技術(shù)聯(lián)系起來(lái)，對(duì)物理在實(shí)際生活中的應(yīng)用沒(méi)有深入地探究，缺乏理論聯(lián)系實(shí)際的能力.因此，基于STEM教育的課程開(kāi)發(fā)與實(shí)踐研究，以高中學(xué)生為對(duì)象，通過(guò)選取學(xué)生熟悉的具體項(xiàng)目——“自制拱橋”，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，將抽象的物理知識(shí)融于實(shí)際的實(shí)踐課程中，不僅能提高學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，同時(shí)也能提高學(xué)生的跨學(xué)科研究能力.

1.方案設(shè)計(jì).拱橋是生活中常見(jiàn)的橋梁，茅以升曾在“中國(guó)石拱橋”中運(yùn)用科學(xué)的數(shù)據(jù)對(duì)拱橋的結(jié)構(gòu)、受力、功能、外觀等方面進(jìn)行論述，通過(guò)“自制拱橋”活動(dòng)課程，可以將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等知識(shí)融于一體，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)和制作中領(lǐng)悟其中的知識(shí)，達(dá)到學(xué)以致用、知行合一的目的.“自制拱橋”中所涉及的STEM教育內(nèi)容如下：

教師根據(jù)“拱橋”的要求，引導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行合作探究，學(xué)生進(jìn)行分工合作，對(duì)活動(dòng)中需要的知識(shí)和數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和計(jì)算，這樣既能促進(jìn)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生的合作探究能力，也能讓學(xué)生在“做”中學(xué)，通過(guò)方案的設(shè)立理解拱橋中蘊(yùn)含的豐富知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng).

2.課程實(shí)踐.“趙州橋”和“盧溝橋”是中國(guó)石拱橋的代表，經(jīng)歷歲月的洗禮而依舊發(fā)揮著橋梁的作用，體現(xiàn)了我國(guó)古代人們的智慧，展現(xiàn)了中華民族的匠人精神.那么，拱橋中蘊(yùn)涵著哪些理論知識(shí)呢？

拱橋原理：拱橋一般是由具有一定弧度的石塊組成，這樣的結(jié)構(gòu)將橋面的壓力和石塊的重力轉(zhuǎn)化為軸向壓力，由于石頭的形變很小，因此拱橋能夠承受很大的壓力，并保持橋面平整.如右圖所示，當(dāng)拱橋受到壓力的時(shí)候，可以通過(guò)組成拱橋的石塊將拱橋的壓力轉(zhuǎn)化為軸向壓力并傳導(dǎo)到地面，因此拱橋并不怕壓.

拱橋制作：學(xué)生在設(shè)計(jì)好的圖紙上，根據(jù)拱橋的弧度進(jìn)行材料的選取，并完成拱橋制作，然后對(duì)拱橋進(jìn)行承壓測(cè)試，分別將質(zhì)量不同的物體放到拱橋上，來(lái)測(cè)試拱橋的形變，驗(yàn)證弧度、跨度和拱橋承壓能力之間的關(guān)系，從而得出各種實(shí)際的數(shù)據(jù).

思維拓展：按照拱軸線的型式拱橋可分為拋物線拱橋、圓弧拱橋和懸鏈線拱橋三個(gè)大類，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，探討一下拋物線拱橋、圓弧拱橋、懸鏈線拱橋的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍.

本文主要以“自制拱橋”為例進(jìn)行高中物理STEM教育的課程開(kāi)發(fā)和實(shí)踐，將有關(guān)科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程的知識(shí)進(jìn)行整合，提高學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力.STEM教育以高中物理知識(shí)為依托，從生活中進(jìn)行材料的選擇，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)，既能充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和操作能力，同時(shí)也促進(jìn)了學(xué)生的探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新意識(shí).STEM教育由于具有很強(qiáng)的跨學(xué)科、綜合性等特點(diǎn)，對(duì)教師的專業(yè)能力和跨學(xué)科能力有一定的要求，高中物理教師也應(yīng)該多進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流，不斷提升綜合素質(zhì)，為學(xué)生進(jìn)行精彩課堂的呈現(xiàn)，有效提高教學(xué)效率.