踐行STEM理念，構(gòu)建物理高效課堂

摘 要：初中階段是學(xué)生首次接觸物理、奠定基礎(chǔ)的階段。文章作者在物理教學(xué)中踐行STEM理念，讓學(xué)生在多重知識(shí)領(lǐng)域中學(xué)習(xí)物理知識(shí)，遨游于知識(shí)的海洋。文章作者通過學(xué)科整合、自主實(shí)驗(yàn)、聯(lián)系生活等三種方式，讓學(xué)生將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科結(jié)合，探討了提升物理課堂效率的有效方法。

關(guān)鍵詞：物理課堂;STEM理念;物理教學(xué);高效課堂

中圖分類號(hào)：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：2095-624X（2020）29-0034-02

STEM是一種整合學(xué)科理念，即將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）

進(jìn)行整合，本文采用STEM理念進(jìn)行教學(xué)，將多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)、方法運(yùn)用到物理的學(xué)習(xí)中，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力。

一、學(xué)科整合，提升學(xué)習(xí)興趣

1.整合網(wǎng)絡(luò)資源，呈現(xiàn)瑰麗世界

進(jìn)行學(xué)科整合的首要目的是利用各學(xué)科中生動(dòng)有趣的部分提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這既能促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)，又能夠在學(xué)生專注的態(tài)度下提升課堂效率。整合學(xué)科，先要利用充分的網(wǎng)絡(luò)資源，為學(xué)生呈現(xiàn)一個(gè)瑰麗的物理世界。

如在“運(yùn)動(dòng)的描述”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)有關(guān)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式的相關(guān)知識(shí)，教師可以在課間瀏覽網(wǎng)絡(luò)資料，整合網(wǎng)絡(luò)資源，為學(xué)生呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中與本節(jié)課相關(guān)的知識(shí)。本課中學(xué)生會(huì)先學(xué)習(xí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的概念。教師先要告知學(xué)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的定義：“機(jī)械運(yùn)動(dòng)表示物體位置的變化?！比缓笠ㄟ^網(wǎng)絡(luò)中搜尋到的例子向?qū)W生進(jìn)行充分的展示。教師可以將田徑運(yùn)動(dòng)員奔跑的視頻放入課堂PPT中，然后在課堂上播放。先向?qū)W生播放一遍運(yùn)動(dòng)員的正式比賽的視頻，然后再播放一遍運(yùn)動(dòng)員奔跑時(shí)的慢動(dòng)作視頻，讓學(xué)生仔細(xì)觀察運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)，感受運(yùn)動(dòng)員腿部如何發(fā)力推動(dòng)其向前運(yùn)動(dòng)。接下來教師要向?qū)W生講述參照物與相對(duì)運(yùn)動(dòng)這些物理概念，此時(shí)教師就需要思考，網(wǎng)絡(luò)資源中何種情境能夠?qū)⑦@兩個(gè)概念清晰地展示在學(xué)生眼前。教師可以將載人電梯運(yùn)動(dòng)的視頻向?qū)W生展示，然后手指電梯與其內(nèi)部人員，告訴學(xué)生此時(shí)雖然電梯與其內(nèi)部人員相對(duì)于樓房在運(yùn)動(dòng)，但電梯相對(duì)于其內(nèi)部人員是不動(dòng)的，這就是我們所說的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，電梯與樓房、內(nèi)部人員可以互相作為參照物。

2.整合數(shù)學(xué)知識(shí)，引導(dǎo)邏輯推理

物理與數(shù)學(xué)是關(guān)聯(lián)最為密切的兩門學(xué)科，通過整合數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)，同樣能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，學(xué)生在應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)時(shí)所進(jìn)行的邏輯推理過程，能夠有效鍛煉學(xué)生的邏輯能力，這有利于學(xué)生的物理學(xué)習(xí)。

如在“測量平均速度”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)如何測量并計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的平均速度，此時(shí)就可以整合數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行邏輯推理。學(xué)生在這一節(jié)需要利用小車在斜面滑動(dòng)測量平均速度，教師可以先準(zhǔn)備一個(gè)斜面，讓學(xué)生測量出斜面的距離s=0.2m，然后讓學(xué)生將小車從斜面滑下，計(jì)算滑下所用的時(shí)間t=10s。此時(shí)就讓學(xué)生思考如何利用s斜面長度、t滑下所用的時(shí)間來計(jì)算小車的平均速度。學(xué)生通過思考可以得出，利用這一節(jié)所學(xué)的速度公式，能夠計(jì)算小車從斜面滑下的平均速度。在此過程中，學(xué)生需要思考平均速度與時(shí)間、路程的關(guān)系：路程越長，相同速度下所需時(shí)間就越長;速度越快，走過同一段路程所需時(shí)間就越短。此時(shí)學(xué)生弄清了其中的邏輯關(guān)系，就會(huì)將s=0.2m與t=10s代入速度公式，得出速度v=0.02m/s的平均速度，此時(shí)學(xué)生就運(yùn)用了數(shù)學(xué)學(xué)科中邏輯推理的思維，求出了物理問題的答案，也就實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)學(xué)科的整合與應(yīng)用。

通過整合數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)，將數(shù)學(xué)中的邏輯推理元素移植于物理問題，可以讓學(xué)生在物理情境中實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)思考，將兩者有機(jī)整合，這有效踐行了STEM的學(xué)科整合理念，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的有效性與積極性，有利于構(gòu)建高效課堂。

二、自主實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)踐能力

1.自制模型，得出具體結(jié)論

自主實(shí)驗(yàn)是踐行STEM理念的有效途徑之一，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)可以有效培養(yǎng)實(shí)踐能力。在實(shí)驗(yàn)中，教師可以通過自制模型的方式，讓學(xué)生親身體驗(yàn)物理知識(shí)、原理的推導(dǎo)過程，讓學(xué)生自己得出知識(shí)結(jié)論。

如在“噪聲的危害和控制”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)如何分辨噪聲以及如何減少噪聲的相關(guān)知識(shí)。此時(shí)教師就可以在課前自制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在課堂上帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行親身實(shí)驗(yàn)。聲音大小對(duì)人的影響是不同的，我們一般的生活環(huán)境處于30～70dB的噪聲環(huán)境中，如果聲音超過70dB，就會(huì)干擾人們的正常生活，影響工作效率;如果聲音長期高于90dB，人的聽力就會(huì)受到嚴(yán)重影響。教師可以將擴(kuò)音喇叭與分貝測量儀帶入課堂，讓學(xué)生實(shí)際感受聲音的大小分類。教師首先以較低音量通過喇叭播放歌曲，此時(shí)聲音為30～40dB，詢問學(xué)生對(duì)聲音的感受，學(xué)生就會(huì)回答聲音較為合適，教師再不斷調(diào)大音量，并讓學(xué)生通過舉手的方式，說出自己感到聲音過大的時(shí)刻。在喇叭聲不斷擴(kuò)大的過程中，學(xué)生的舉手次數(shù)也會(huì)增加。有學(xué)生舉手時(shí)，教師就停下來將分貝數(shù)告訴學(xué)生，讓學(xué)生知道自己的聲音接受能力。通過這樣的模型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)于噪聲就有了自己的感受與結(jié)論。教師在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意最大音量的控制，以免對(duì)學(xué)生的聽力造成損害。

這樣的模型實(shí)驗(yàn)，能夠讓學(xué)生產(chǎn)生對(duì)物理知識(shí)、原理最直觀的感受，加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的記憶，加深理解，促進(jìn)實(shí)踐能力的提高。這樣將實(shí)驗(yàn)融入物理教學(xué)的方式，有效地踐行了STEM理念，促進(jìn)了學(xué)生物理知識(shí)的融會(huì)貫通。

2.改進(jìn)步驟，尋求最佳方案

除了自制模型實(shí)驗(yàn)，我們還可以在原有實(shí)驗(yàn)步驟上進(jìn)行改進(jìn)，以尋求某種物理情景中的最佳解決方案與解題思路。通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的步驟，學(xué)生能夠更清楚地認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)中各項(xiàng)要素的作用，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力。

如在“平面鏡成像”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)平面鏡成像特點(diǎn)的相關(guān)知識(shí)。在這一節(jié)課中，教師要帶領(lǐng)學(xué)生探究平面鏡成像特點(diǎn)，此時(shí)教師就可以改進(jìn)此實(shí)驗(yàn)中的某些步驟，使其與學(xué)生的生活更加貼近。教師可以讓學(xué)生先準(zhǔn)備兩塊一模一樣大小的長方體橡皮或一樣長短的鉛筆，按照課本利用蠟燭進(jìn)行的平面鏡成像實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。課本中將蠟燭放在玻璃板前面，我們改用長方體橡皮立于玻璃板前，此時(shí)就可以看到橡皮在玻璃板上所成的像，此時(shí)再拿出另一塊大小相同的橡皮，豎立在玻璃板后面移動(dòng)，直到看上去它跟前面那根蠟燭的像完全重合。在紙上對(duì)玻璃板兩側(cè)的橡皮位置進(jìn)行標(biāo)記，然后不斷移動(dòng)橡皮，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在多次測量并標(biāo)記后，用刻度尺分別記錄橡皮到平面鏡的距離，橡皮所成的像即另一塊橡皮的位置到平面鏡的距離，橡皮的像與橡皮大小的關(guān)系。此時(shí)學(xué)生就會(huì)通過改進(jìn)后的成像實(shí)驗(yàn)，得到平面鏡成像的相關(guān)結(jié)論：“平面鏡所成像的大小與物體大小相等、兩者到平面鏡的距離相等，兩者的連線與鏡面垂直?！边@樣學(xué)生就可以通過改進(jìn)后的步驟得到關(guān)于平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的最佳方案。

通過這樣改進(jìn)步驟后的實(shí)驗(yàn)，原有實(shí)驗(yàn)中較為危險(xiǎn)的蠟燭等物品不再出現(xiàn)，取而代之的是與學(xué)生學(xué)習(xí)生活息息相關(guān)的橡皮、鉛筆等物品，這樣的實(shí)驗(yàn)最大程度上省去了不必要的步驟，提高了課堂效率。

三、聯(lián)系生活，激活探究意識(shí)

1.結(jié)合生活現(xiàn)象，深度探究

在教學(xué)中應(yīng)用STEM理念，應(yīng)當(dāng)將物理教學(xué)與學(xué)生的生活實(shí)際有機(jī)結(jié)合起來，讓學(xué)生通過對(duì)生活中現(xiàn)象的思考，促進(jìn)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)。教師在使用此方法時(shí)首先可以結(jié)合生活現(xiàn)象，讓學(xué)生根據(jù)物理課本所提供的知識(shí)進(jìn)行深度探究。

如在“質(zhì)量”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)與物質(zhì)質(zhì)量有關(guān)的概念，教師此時(shí)就可以將質(zhì)量這一概念與生活現(xiàn)象結(jié)合，深化學(xué)生對(duì)質(zhì)量這一知識(shí)的認(rèn)知與理解。教師先告訴學(xué)生質(zhì)量的概念：物體所含物質(zhì)的多少叫作質(zhì)量。教師此時(shí)再向?qū)W生闡述，質(zhì)量與我們的生活息息相關(guān)，我們生活中最常見的質(zhì)量單位就是平常家長買菜時(shí)所說的“斤”。“斤”是中國特有的計(jì)量單位，從國際質(zhì)量單位來看，一斤等于500g，即0.5kg，也就是說一千克為兩斤，平時(shí)我們也稱一千克為一公斤，兩者只是叫法不同，在本質(zhì)上是一樣的。對(duì)于生活中質(zhì)量較小的物質(zhì)，我們一般用克（g）來表示其質(zhì)量的多少，如國家提倡每人每天大約吃6g鹽;而對(duì)于生活中一般質(zhì)量較大的物體，我們一般用噸（t）來表示其質(zhì)量大小，如鋼鐵加工廠每天即可生產(chǎn)幾十噸鋼材，河流每天的流量的噸數(shù)甚至難以計(jì)量，這就是生活現(xiàn)象中所蘊(yùn)含的有關(guān)質(zhì)量的知識(shí)。此時(shí)就將生活現(xiàn)象整合到了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)中。

通過結(jié)合這樣的生活現(xiàn)象，學(xué)生可以在物理知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)生活的奧秘，這能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理知識(shí)深度探究，在這樣深度探究的過程中，學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的吸收與轉(zhuǎn)化將會(huì)更快。

2.解決生活問題，進(jìn)行創(chuàng)新探究

將物理與生活結(jié)合，不能僅僅利用生活現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，更應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生在對(duì)物理知識(shí)的消化與吸收的情況下，運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際生活問題，進(jìn)行創(chuàng)新探究。通過這一過程，學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解將會(huì)更加深入。

如在“密度”這一節(jié)中，學(xué)生將會(huì)學(xué)習(xí)密度的相關(guān)知識(shí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)完相關(guān)知識(shí)后，教師可以讓學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際進(jìn)行問題的解決。教師先告知學(xué)生：生活中水的密度一般在1000kg/m3左右，而我們一般炒菜時(shí)所用的油會(huì)浮在水面上，此現(xiàn)象說明了什么？學(xué)生此時(shí)就會(huì)回答油的密度比水低等相關(guān)答案，教師此時(shí)再追問，如果此時(shí)一桶花生油的體積是5升，質(zhì)量是4.5kg，那么花生油的密度是多少？學(xué)生就會(huì)運(yùn)用課本中所學(xué)的密度公式來求花生油的密度，這樣就實(shí)現(xiàn)了利用課本知識(shí)解決生活中的實(shí)際問題的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理知識(shí)的創(chuàng)新探究，待學(xué)生求解完畢，教師再公布正確答案，讓學(xué)生的知識(shí)得到檢驗(yàn)。

通過這樣與生活實(shí)際問題、實(shí)際情境相結(jié)合，學(xué)生能在教師的引領(lǐng)下實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的掌握與利用，這有效促進(jìn)了課堂效率的提高，促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)轉(zhuǎn)化、應(yīng)用能力的提高，有力地踐行了STEM理念。

運(yùn)用STEM理念，是提高教學(xué)有效性，構(gòu)建高效課堂的有力方式。未來期待有更多學(xué)者針對(duì)高效課堂的建構(gòu)提出行之有效的實(shí)踐方法，也希望STEM教學(xué)理念能夠得到更為細(xì)致的研究與應(yīng)用。

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[1]翁宗琮.STEM理念下中學(xué)物理創(chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019（10）.

[2]王秋晨.中學(xué)物理教學(xué)建模思想初探[J].中學(xué)教學(xué)參考，2020（18）.

作者簡介：楊張鋒，男，江蘇南通人，中小學(xué)一級(jí)教師，本科，江蘇省南通市通州區(qū)育才中學(xué)教師。