芻議基于STEM教育的高中物理教學(xué)

周 波

(重慶市長壽中學(xué)校 重慶長壽 401220)

STEM教育注重科學(xué)與工程思維，學(xué)生在實(shí)際問題中運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題，是我們需要關(guān)注的。國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和跨越式發(fā)展在現(xiàn)代屬于關(guān)鍵時(shí)期，STEM教育的出現(xiàn)能夠培養(yǎng)更多高素質(zhì)、高技能型人才，普通高中應(yīng)該進(jìn)行實(shí)踐研究，探索出能夠培養(yǎng)國家需要的課程方案。

一、基于STEM教育的高中物理教學(xué)特征

在STEM教育理念中，高中物理教學(xué)是讓學(xué)生學(xué)習(xí)物理科學(xué)知識，并打破傳統(tǒng)物理教學(xué)的思維教育，把物理學(xué)科融入工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科中，并有效結(jié)合應(yīng)用，給學(xué)生帶來體驗(yàn)的同時(shí)，鍛煉學(xué)生工程思維、創(chuàng)新意識?；赟TEM教育的高中物理教學(xué)有以下特征：

(一)融合性

傳統(tǒng)物理教學(xué)是將物理學(xué)科獨(dú)立，無法融入其他學(xué)科中，導(dǎo)致物理教學(xué)和其他學(xué)科產(chǎn)生了隔離，學(xué)生無法綜合運(yùn)用其他學(xué)科知識。STEM教育理念的引入，能夠有效提升物理教學(xué)綜合性，打破單一學(xué)科的教學(xué)模式。教師也可以綜合生活化案例、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源等，為學(xué)生提供全面、具有實(shí)踐性的教學(xué)課堂。將STEM教育融入各個學(xué)科中建立起STEM物理教學(xué)與各個學(xué)科的聯(lián)系，提高學(xué)生對綜合知識的掌握能力[1]。例如，在研究豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動脫軌問題時(shí)，按照一般的教學(xué)方法，學(xué)生理解困難，且不具實(shí)踐體驗(yàn)性。教師可以以此問題為主題，設(shè)計(jì)一堂基于STEM教育的物理課堂：以3D打印設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一個豎直平面的軌道讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐探索。引導(dǎo)學(xué)生思考如何能夠展示物體脫軌的位置。例如，物體沾墨水記錄下運(yùn)動軌跡；引導(dǎo)學(xué)生思考探究結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果為何有所差別；軌道不固定、軌道不光滑需要進(jìn)行拋光處理，沾墨水會帶來阻力等。這個案例在3D打印設(shè)計(jì)和打印中體現(xiàn)了建模和打印的實(shí)際操作，軌跡的記錄體現(xiàn)了技術(shù)和方法，軌道的拋光處理體現(xiàn)了工程思維，推理過程體現(xiàn)了數(shù)學(xué)邏輯知識。通過一個研究主題，融合多學(xué)科可以培養(yǎng)學(xué)生工程思維、發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。

(二)合作性

隨著STEM教育的引入，教師的身份和教學(xué)理念應(yīng)加以轉(zhuǎn)變，應(yīng)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，基于項(xiàng)目合作展開課堂。改變了教師原來的教學(xué)方法，增進(jìn)了學(xué)生教師間的交流，加強(qiáng)了學(xué)生之間的合作意識，靠師生共同合作，努力完成教學(xué)目標(biāo)。例如，學(xué)生做探究性物理實(shí)驗(yàn)，需要小組合作進(jìn)行。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器材。然后，小組交流討論確定最優(yōu)方案。確定方案后，合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，才能順利完成實(shí)驗(yàn)。

(三)情境性

STEM教育涉及科學(xué)、工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)，需要動手實(shí)踐達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)中呈現(xiàn)真實(shí)的教學(xué)情境教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)真實(shí)存在的問題，并著手解決問題。情境性是STEM理念應(yīng)用下，高中物理教學(xué)最明顯的特征，主要體現(xiàn)在可以模擬實(shí)際生活中的案例，或者通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生體驗(yàn)物理教學(xué)的內(nèi)涵，學(xué)生自主分析和解決問題都要從實(shí)際的物理場景展開探索，可以提高學(xué)生的知識水平和運(yùn)用知識的能力。例如，學(xué)習(xí)摩擦力和勻變速運(yùn)動時(shí)，可以設(shè)計(jì)探究汽車超速問題。在某一路況發(fā)生車禍存在剎車痕跡，需要確定汽車是否超速，這就是真實(shí)情景問題。然后，居于真實(shí)問題設(shè)計(jì)探究方案進(jìn)行實(shí)地考察研究。

二、基于STEM教育的高中物理教學(xué)新探

現(xiàn)代高中物理教學(xué)存在許多不足之處，傳統(tǒng)物理教學(xué)中內(nèi)容與方式單一，學(xué)生自身被動接受理論知識，高中物理教學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活存在一定的差距，對學(xué)生身體健康有影響，不利于學(xué)生未來的發(fā)展。STEM教育理念的引入是正確的選擇，改變了物理教學(xué)的現(xiàn)狀，可從以下幾種措施看出教學(xué)理念未來的發(fā)展觀：

(一)明確教學(xué)目標(biāo)

STEM教育理念的引入讓物理教學(xué)從單一的課本內(nèi)容教學(xué)轉(zhuǎn)化為對物理規(guī)律的探究，以實(shí)驗(yàn)探究為活動，并體現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)應(yīng)用、技術(shù)操作，完成教學(xué)目標(biāo)。這里的目標(biāo)指：知識目標(biāo)、動手能力、處理數(shù)據(jù)能力、分析總結(jié)能力、分析注意事項(xiàng)能力、創(chuàng)新能力。

(二)虛擬仿真軟件合理運(yùn)用

高中物理探究實(shí)驗(yàn)很多，但是受學(xué)校器材引進(jìn)不齊的影響及實(shí)驗(yàn)環(huán)境的影響，很多實(shí)驗(yàn)不能在高中階段進(jìn)行。例如，探究相遇追擊問題，受環(huán)境的限制，以及實(shí)驗(yàn)器材的限制，不能真實(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；又如，天體運(yùn)動的研究也是不能做真實(shí)的實(shí)驗(yàn)研究的；帶電粒子在勻強(qiáng)電場或勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動，現(xiàn)實(shí)中很難保證勻強(qiáng)電場和磁場，粒子運(yùn)動軌跡觀察不清晰等。對這些不能在真實(shí)情景中做的實(shí)驗(yàn)，我們可以利用虛擬仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在理想狀態(tài)下測量數(shù)據(jù)、觀察現(xiàn)象。可以教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，也可以學(xué)生學(xué)習(xí)后自我設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究。設(shè)計(jì)的過程可以鍛煉學(xué)生邏輯思維、軟件應(yīng)用能力、問題的設(shè)計(jì)和處理能力，體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)和理想狀態(tài)的區(qū)別。

(三)確立科學(xué)地評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，是以學(xué)生考試成績?yōu)樵u價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生能否取得良好成績，是考驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的唯一途徑，這與STEM教育理念不相符合，不利于學(xué)生的全面發(fā)展。因此，對學(xué)生的評價(jià)不可只察學(xué)生對知識掌握的程度和成績，而應(yīng)深入考查學(xué)生對知識運(yùn)用的能力，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，設(shè)計(jì)研究方案的能力等。

三、結(jié)束語

隨著STEM教育理念的引進(jìn)，傳統(tǒng)物理教學(xué)模式有了改變，學(xué)生學(xué)習(xí)效果也隨之提升。學(xué)生能在學(xué)習(xí)物理知識同時(shí)，提升了實(shí)踐綜合能力。教師應(yīng)積極推進(jìn)高中物理教學(xué)改革創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)的發(fā)展，為提升學(xué)生的能力奠定良好的基礎(chǔ)。