STEM教育在初中物理電路教學(xué)中的應(yīng)用探究

楊鵬

摘?要 STEM教育模式同時跨越科學(xué)（Science）、技術(shù)（technology）、engineering（工程）、mathematics（數(shù)學(xué)）四大領(lǐng)域，是典型的跨學(xué)科教學(xué)模式。在初中物理教學(xué)中采用STEM教育模式具有極強(qiáng)的啟發(fā)作用，教師可嘗試用它來豐富教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)案例。本文開門見山，直接探討了在STEM教育模式理念下所展開的初中物理電路教學(xué)實(shí)踐設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 初中物理;電路實(shí)驗(yàn)教學(xué);STEM教育模式;歐姆定律;方案設(shè)計(jì)

中圖分類號：TD214+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2020）06-0110-01

筆者將STEM教育模式融入到初中物理電路教學(xué)中，希望體現(xiàn)STEM實(shí)踐案例課程實(shí)施的必要性與可操作性，并且要讓學(xué)生真正融入到實(shí)踐中，深刻理解這種跨學(xué)科教育理念的應(yīng)用與實(shí)施。

一、基于SETM教育模式的教學(xué)案例設(shè)計(jì)應(yīng)用

（一）教材知識點(diǎn)分析?！稓W姆定律》來自于人教版物理九年級全一冊，它也是初中物理教學(xué)的重要知識點(diǎn)。在學(xué)習(xí)歐姆定律之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了電路的基本結(jié)構(gòu)，包括電流、電壓與電阻等等基本概念。在該階段，學(xué)生也基本學(xué)會了如何使用電流表、電壓表以及滑動變阻器，更掌握了串聯(lián)與并聯(lián)電路中的電流、電壓以及電阻設(shè)計(jì)規(guī)律等等概念。所以教師為了更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)優(yōu)化，幫助學(xué)生驗(yàn)證歐姆定律內(nèi)容，還需要突破傳統(tǒng)按部就班的教學(xué)模式，創(chuàng)新提出STEM教育理念，積極發(fā)掘?qū)W生學(xué)習(xí)潛能，在教學(xué)中融入更多技術(shù)性、科學(xué)性、工程性以及數(shù)學(xué)性內(nèi)容，優(yōu)化課程教學(xué)理念，為后來的電阻測量、電功率以及歐姆定律的教學(xué)應(yīng)用內(nèi)容做好鋪墊，提升教學(xué)品質(zhì)。

（二）教學(xué)思路。結(jié)合教師演示實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生初步了解什么是電流、電壓以及電阻的關(guān)系，讓學(xué)生最初從感性認(rèn)知逐漸向理性認(rèn)知轉(zhuǎn)變，探究三者之間的定量關(guān)系。為了將學(xué)生真正引入到歐姆定律學(xué)習(xí)當(dāng)中，教師會設(shè)計(jì)“全串一并”結(jié)構(gòu)電路方案，讓學(xué)生學(xué)會如何利用控制變量方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。最后就是觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與學(xué)生共同收集、分析實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，嘗試用圖像方法處理各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容。

（三）教學(xué)方法。

1.情境創(chuàng)設(shè)、引入問題。首先引導(dǎo)學(xué)生思考電流、電壓與電阻三者之間關(guān)系。該階段教師會主動演示歐姆定律實(shí)驗(yàn)過程，改變實(shí)驗(yàn)中滑動變阻器的大小，由電阻變化幫助學(xué)生判斷燈泡的亮度，通過這一定性、定量實(shí)驗(yàn)過程得出電流與電壓成正相關(guān)、電流與電阻呈反相關(guān)的關(guān)系結(jié)論。該環(huán)節(jié)主要以激趣為關(guān)鍵，引導(dǎo)學(xué)生真正進(jìn)入到電流、電壓與電阻相關(guān)的綜合課題內(nèi)容學(xué)習(xí)當(dāng)中。

2.協(xié)作探究、設(shè)計(jì)方案。該階段教師需要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)器材，利用控制變量法配合STEM理念模式創(chuàng)造學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)的協(xié)作環(huán)境，制定學(xué)生協(xié)作方案，引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行處理，并教會學(xué)生用圖像法科學(xué)處理相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容。在教學(xué)過程中，教師設(shè)計(jì)了兩組教學(xué)實(shí)驗(yàn)：要求第一組學(xué)生控制電阻，深入研究電流與電壓之間關(guān)系;要求第二組學(xué)生控制電壓，研究電流與電阻之間關(guān)系。最后再結(jié)合兩組學(xué)生探究過程與結(jié)果，配合圖像法對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行針對性處理，獲得最終實(shí)驗(yàn)結(jié)論，如圖1。

圖1?歐姆定律實(shí)驗(yàn)示意圖

該部分教學(xué)主要引導(dǎo)學(xué)生從電流、電阻與電壓三者之間關(guān)系展開感性認(rèn)知，將學(xué)生的物理學(xué)習(xí)認(rèn)知從感性上升到理性階段，利用控制變量法讓學(xué)生能夠客觀、理性地驗(yàn)證存在于歐姆定律實(shí)驗(yàn)中的各種物理關(guān)系。在該過程中還要考察到學(xué)生的觀察、比較、分析、總結(jié)歸納等思維過程，不斷提升學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)處理能力，即體現(xiàn)一種科學(xué)的、數(shù)學(xué)的教學(xué)思想，滿足STEM教育模式應(yīng)用要求。

3.工程設(shè)計(jì)、思想滲透。最后，教師要圍繞歐姆定律實(shí)驗(yàn)滲透更多工程設(shè)計(jì)思想，利用酒精探測儀探測暴露在空氣中的酒精，指導(dǎo)學(xué)生向酒精探測儀上噴灑酒精，了解探測儀的報(bào)警狀態(tài)與報(bào)警機(jī)制。該階段教學(xué)中教師就讓學(xué)生完成了對酒精探測儀的實(shí)驗(yàn)操作過程，然后為學(xué)生講解了酒精探測儀的內(nèi)部電路板、導(dǎo)線以及用電器實(shí)驗(yàn)材料內(nèi)容，基本明確了探測儀的內(nèi)部電路構(gòu)造，良好培養(yǎng)了學(xué)生的知識遷移能力，讓學(xué)生初步了解到了歐姆定律對現(xiàn)代交通行業(yè)發(fā)展所體現(xiàn)的重要價(jià)值作用，真正在教學(xué)中體現(xiàn)STEM教育模式中的工程思想理念。

二、總結(jié)

在STEM教育理念及教學(xué)模式下，教師所開展的初中物理教學(xué)要更加靈活多變，追求STEM中的科學(xué)思想內(nèi)涵，利用定量與定性方法幫助學(xué)生探究電流與電壓之間的微妙關(guān)系，重視對學(xué)生動手能力與交流討論合作意識的培養(yǎng)。再通過跨學(xué)科知識講解讓學(xué)生對物理學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生更大興趣，更好地學(xué)好物理知識。

基金項(xiàng)目：本文為甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度立項(xiàng)一般課題GS[2019]GHB1928）“STEM教育在初中物理電路部分教學(xué)中的實(shí)踐研究”階段性研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳國陽.初中物理課程中STEM教育初探[J].赤子，2019（26）：215.