淺談基于STEM模式的初中物理實(shí)踐教學(xué)

張瑜

摘 ? 要：當(dāng)今社會(huì)高速發(fā)展，社會(huì)迫切需要綜合型人才，STEM 教育注重跨學(xué)科滲透，基于STEM 模式下的初中物理教學(xué)，正在改變著當(dāng)代教育的方式。STEM教育與初中物理教學(xué)相結(jié)合，將各個(gè)學(xué)科的知識(shí)和科學(xué)思維方式運(yùn)用到物理教學(xué)中，能，注重學(xué)習(xí)的探究過程，知識(shí)建構(gòu)過程，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：STEM教育;初中物理教學(xué);科學(xué)探究

引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)朝著全球化方向發(fā)展。為了提高社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力，社會(huì)對(duì)于人才的需求越來越迫切。因此，中學(xué)教育應(yīng)為社會(huì)培養(yǎng)綜合性人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。STEM教育是一種培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的教育模式，近年來STEM教育教學(xué)理念逐漸走到人們的視野中。物理學(xué)是中學(xué)基礎(chǔ)課程中一門傳統(tǒng)的科學(xué)學(xué)科。將STEM模式運(yùn)用在初中物理課堂教學(xué)中，促進(jìn)兩種教育的有機(jī)融合是新時(shí)代背景下社會(huì)對(duì)物理學(xué)科教學(xué)的新要求。筆者將解析STEM教育模式，以及淺談幾點(diǎn)STEM教育理念下的物理教學(xué)。

1 ?STEM教育模式解析

STEM 教育最早由美國學(xué)者提出，STEM是科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫。2006年，美國總統(tǒng)布什在其國情咨文中提出《美國競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃》這項(xiàng)計(jì)劃。在其中提出在知識(shí)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)代，培養(yǎng)綜合型人才，是提升全球競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。因此，STEM教育對(duì)培養(yǎng)綜合型人才至關(guān)重要。STEM教育模式就是以科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科相互融合，形成一種新的更科學(xué)的思維方式和教育教學(xué)的方式。STEM模式是一種為學(xué)生創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，提供深入研究，發(fā)展培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的教育模式。

2 ?STEM 教育模式與物理教學(xué)的聯(lián)系

物理學(xué)是一門以研究所有物質(zhì)基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律和基本結(jié)構(gòu)的自然學(xué)科。物理學(xué)作為一門自然科學(xué)，在中學(xué)教學(xué)中有它完整的知識(shí)體系和教育教學(xué)的方法。對(duì)比中學(xué)物理教學(xué)與STEM 教育理念中的契合點(diǎn)：（1）物理教學(xué)過程中，常常以數(shù)學(xué)作為解決問題的輔助工具，以實(shí)驗(yàn)探究作為研究概念規(guī)律的手段。這種數(shù)形結(jié)合的教學(xué)方法與STEM 教育中強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)本質(zhì)是一樣的。（2）現(xiàn)代物理教學(xué)特別提倡學(xué)生在做中學(xué)、玩中創(chuàng)的教育理念，強(qiáng)調(diào)從生活實(shí)際出發(fā)，從具體情境出發(fā)。這與STEM 教育理念中強(qiáng)調(diào)教師為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)情境的理念也是類似的。（3）物理教學(xué)中科學(xué)探究的過程：引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程評(píng)論的過程，是讓學(xué)生經(jīng)歷同科學(xué)家一樣的知識(shí)建構(gòu)的過程，這與STEM 教育強(qiáng)調(diào)知識(shí)學(xué)習(xí)的建構(gòu)過程完全是一樣的。在整個(gè)的知識(shí)探究建構(gòu)過程中，運(yùn)動(dòng)用多媒體技術(shù)，工程，數(shù)學(xué)收集、處理、分析數(shù)據(jù)。整個(gè)探究過程是個(gè)完整的學(xué)科融合過程，就是一個(gè)STEM 教育的過程。

因此在初中階段探索基于STEM 教育的物理學(xué)習(xí)方式，對(duì)學(xué)生物理學(xué)習(xí)知識(shí)的實(shí)效性，對(duì)實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生綜合科學(xué)素養(yǎng)的教育目標(biāo)有著非常重要的指導(dǎo)意義。

3 ?基于STEM模式的初中物理實(shí)踐教學(xué)

基于STEM模式下物理的學(xué)習(xí)過程中，不僅是物理概念、規(guī)律科學(xué)方法等單一的學(xué)習(xí)，而是將工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等融入到物理學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)?；赟TEM模式物理教學(xué)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)情境和問題驅(qū)動(dòng)，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為內(nèi)驅(qū)動(dòng)力，讓學(xué)生學(xué)習(xí)過程中掌握主動(dòng)權(quán)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力，實(shí)驗(yàn)探究的能力。STEM模式下物理教學(xué)能運(yùn)用工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等知識(shí)從各個(gè)方面深入思考問題，多方面、多角度的思考問題，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維，創(chuàng)新思維，需要做好以下幾點(diǎn)。

3.1 ?激發(fā)興趣 保護(hù)求知欲

STEM模式下物理的教學(xué)我們更注重情景的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生求知欲。例如在學(xué)習(xí)滬科版初二物理上學(xué)期第三章，第一節(jié)內(nèi)容“聲音的產(chǎn)生與傳播的”內(nèi)容時(shí)可以運(yùn)用多媒體技術(shù)收集素材，可以播放最近網(wǎng)絡(luò)上熱議的一段視頻—貴州深山“龍吟”視頻。接著提出聲音究竟是怎么產(chǎn)生的？為什么可以被人們聽見？這真是龍吟生嗎？

在學(xué)習(xí)第四章第三節(jié)內(nèi)容時(shí)可以引用2020年7月4號(hào)長(zhǎng)白山頂峰出現(xiàn)“佛光”視頻。提出問題”佛光”的由來。引發(fā)思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲。學(xué)習(xí)的情境可以是自然的視頻的引入，更可以是教師的創(chuàng)設(shè)。再如，在學(xué)習(xí)摩擦力這個(gè)知識(shí)的時(shí)候，我們可以創(chuàng)設(shè)情景：在桌面上放一根筷子，一堆米，一個(gè)杯子，提出問題：如何用一根筷子將米提起來？ 再或者通過演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，例如點(diǎn)燃白煙為何可以引燃蠟燭等等。在STEM模式，運(yùn)用技術(shù)、工具等手段創(chuàng)設(shè)物理學(xué)習(xí)情境將會(huì)是多種多樣，豐富多彩的，讓學(xué)生體會(huì)物理來源于生活，又有別于生活是個(gè)奇妙的世界。

3.2 ?重視自主學(xué)習(xí) 強(qiáng)化科學(xué)探究

基于STEM模式物理教學(xué)，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主導(dǎo)，強(qiáng)化科學(xué)探究過程。在物理課堂教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等知識(shí)和有效的學(xué)科思維，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和探究過程。學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不是只做實(shí)驗(yàn)，而是一種課堂教學(xué)方式，也是學(xué)生思維參與的深度學(xué)習(xí)方式[ 1 ]。

例如在初三復(fù)習(xí)物體的密度測(cè)量時(shí)，可以創(chuàng)設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“探究未知的神秘物體”。老師為開展這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供必要的實(shí)驗(yàn)器材和環(huán)境。學(xué)生進(jìn)行分小組討論，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，選擇實(shí)驗(yàn)器材，并完成探究未知物體的密度實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下：

項(xiàng)目任務(wù)：探究物體密度

實(shí)驗(yàn)原理：ρ=m/V

制定實(shí)驗(yàn)方案并完成計(jì)劃：利用天平、量筒、水、未知物體，測(cè)出物體密度。

收集分析數(shù)據(jù)：物體密度誤差與什么因素有關(guān)？

想一想：沒有天平或者量筒如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

深入探究：天平量筒雙缺該怎么設(shè)計(jì)？

發(fā)散思維創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：運(yùn)用浮力，杠杠，滑輪等工具，結(jié)合受力平衡。運(yùn)用數(shù)學(xué)建模，列方程等方式。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)測(cè)量物體密度。

要完成教師設(shè)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生需要層層深入解決問題，學(xué)生在自主解決問題的過程中培養(yǎng)了動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)探究能力。隨著不斷深入地研究，開拓了學(xué)生的思維，讓學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)家相似的知識(shí)建構(gòu)過程，更能理解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在鏈接過程。提高了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，提高了綜合素質(zhì)。

3.3 ?跨學(xué)科綜合提高物理學(xué)習(xí)實(shí)效性

物理是探究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和規(guī)律的學(xué)科，數(shù)學(xué)是學(xué)習(xí)物理的重要工具。學(xué)好數(shù)學(xué)知識(shí)，將數(shù)學(xué)知識(shí)和科學(xué)思維方式與物理學(xué)科的高度融合，也是STEM模式在物理教育教學(xué)過程中的必然要求。近年來，物理中考和各地市市質(zhì)檢題目也越來越重視物理題目的情景創(chuàng)設(shè)，學(xué)科之間的相互融合。

例如2020年6月的福州質(zhì)檢卷的33題，給出了自動(dòng)給水裝置的簡(jiǎn)易示意圖，該題不僅結(jié)合了傳感器的知識(shí)。同時(shí)給出物體受到的浮力F的大小與注水深度h的關(guān)系圖象。這是一道結(jié)合了具體情景，工程，技術(shù)，數(shù)學(xué)，以及浮力，重力，受力平衡等知識(shí)的綜合型題目。如果只根據(jù)物理知識(shí)，這道題需要在理解注水過程中浮力的變化，以及傳感器壓力的變化過程，結(jié)合圖象信息才能解答。但是在學(xué)生對(duì)函數(shù)知識(shí)掌握較好的情況下，根據(jù)圖象就可以得出F與h的函數(shù)的正比關(guān)系，根據(jù)前后兩條線段斜率相等的情況，以及傳感器的知識(shí)，就可以解析出停止注水時(shí)，容器最后的深度。從而避免了復(fù)雜的，中間浮力變化過程的分析，找到了快速解決問題的突破口。

再如今年廈門市的二檢卷的33題是彈簧的彈力和壓力傳感器相結(jié)合，根據(jù)數(shù)據(jù)得出彈力F與形變量x的一次函數(shù)關(guān)系，才能決定實(shí)際問題。三明卷的第16題，需要結(jié)合圖象，當(dāng)電阻一定時(shí)，電壓的變化量除以電流的變化量是不變的。如果用物理知識(shí)解釋，由于內(nèi)容太過抽象學(xué)生不好理解。引入電壓、電流成正比的圖象，學(xué)生就能直觀的發(fā)現(xiàn)，電壓的變化量除電流的變化量不僅等于定值電阻阻值，也是圖象的斜率是不變的。諸如此類題目不勝枚舉，這些題目給我們廣大一線教師以啟示，現(xiàn)在物理題目的趨勢(shì)越來越重視學(xué)科的綜合化，物理題目的解決方案也不再是純粹的物理公式，解決問題的方式可以是多樣化的。因此STEM模式下物理教學(xué)顯得尤為重要，平時(shí)學(xué)習(xí)物理的過程就要將數(shù)學(xué)一次函數(shù)、二次函數(shù)、方程知識(shí)，以及工程技術(shù)與物理知識(shí)相結(jié)合。將數(shù)學(xué)思維方式，解析圖象方式、方法和各種壓力、溫度傳感器知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際物理問題上來。只有跨學(xué)科的深入融合才能開拓思維找到解題思路。多樣化、深入化，多角度、多層次地剖析問題，才能在遇到實(shí)際問題時(shí)運(yùn)用發(fā)散思維，創(chuàng)新方法快速高效地解決問題。

4 ?結(jié)語

綜上所述，基于STEM模式下物理課堂教學(xué)能有效提高課堂效率，是未來物理教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)各個(gè)學(xué)科知識(shí)更好的融合需要找到更多的契合點(diǎn)，還需要廣大一線教師不斷努力探索研究。在STEM模式下物理學(xué)科教學(xué)可以將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有效延伸，促進(jìn)各個(gè)學(xué)科知識(shí)和科學(xué)思維方法深度融合。STEM模式下物理教學(xué)能有效改善傳統(tǒng)物理課堂枯燥的教學(xué)氛圍，活躍課堂。基于STEM模式物理教學(xué)能開拓思路，幫助學(xué)生有效構(gòu)建科學(xué)知識(shí)、提高物理課堂教學(xué)效率，為社會(huì)培養(yǎng)綜合型人才打好基礎(chǔ)。因此STEM模式下物理教學(xué)，還需要一線物理教師不斷實(shí)踐探索完善使其能更好的為中學(xué)物理課堂教學(xué)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李進(jìn)，湯金波，肖永琴.再論學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的最優(yōu)途徑[J].人大復(fù)印報(bào)刊材料·中學(xué)物理教與學(xué)，2019 （4）：47-51.