基于STEM理念的高中物理實(shí)驗(yàn)校本化探索與實(shí)踐

王國(guó)宏

（甘肅省武威市民勤縣職業(yè)中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，甘肅民勤 733399）

引 言

STEM 包括科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，這幾個(gè)學(xué)科有著非常緊密的聯(lián)系，可將一些離散的知識(shí)點(diǎn)融合在一起。高中物理教材實(shí)驗(yàn)中大多是求證類(lèi)實(shí)驗(yàn)，這就要求教師能將STEM 理念融入其中，結(jié)合自身教育經(jīng)驗(yàn)和高中生的個(gè)人特點(diǎn)，秉承因材施教的原則，讓學(xué)生積極投入其中，從而促進(jìn)物理教學(xué)工作的順利實(shí)施。

一、STEM理念下高中物理實(shí)驗(yàn)校本化研究的目標(biāo)和內(nèi)容

（一）研究目標(biāo)

探索STEM ＋物理實(shí)驗(yàn)校本化實(shí)施的過(guò)程中，盡量用合適的方法，讓物理課程更符合這個(gè)階段學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，確保各層次的學(xué)生都能有所收獲。教師在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該積極創(chuàng)新課程教學(xué)的內(nèi)容、形式，培養(yǎng)高中生的物理素養(yǎng)，為學(xué)生日后的探究性學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在STEM ＋課程環(huán)境下，找準(zhǔn)關(guān)鍵點(diǎn)，轉(zhuǎn)變教師理念，優(yōu)化教學(xué)方法，將物理實(shí)驗(yàn)作為提高學(xué)生實(shí)踐能力的手段，可推動(dòng)素質(zhì)教育工作的順利實(shí)施。

（二）研究?jī)?nèi)容

首先，課程實(shí)施。教師要構(gòu)建完善的校本實(shí)施體系，創(chuàng)建縱橫交錯(cuò)的發(fā)展模式，讓各類(lèi)創(chuàng)新型小組都能進(jìn)行有效且深入的探討，根據(jù)STEM ＋實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)字化管理，健全各項(xiàng)保障機(jī)制，這樣才能符合高中生的學(xué)習(xí)特性。其次，課堂教學(xué)。STEM ＋實(shí)驗(yàn)校本課程具備跨學(xué)科的特點(diǎn)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)只能給學(xué)生傳輸單一的知識(shí)點(diǎn)，將STEM 理念融入物理實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)⒍鄠€(gè)知識(shí)點(diǎn)巧妙地融合在一起，當(dāng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的時(shí)候，還能發(fā)現(xiàn)課本中沒(méi)有提及的理論結(jié)果，從而設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方案。最后，學(xué)科研究。這就要求物理教師能深入探討，在物理小組交流的時(shí)候，逐漸打破傳統(tǒng)的思維模式，讓教師的教學(xué)更加符合新時(shí)代高中生的基本需求。

二、STEM理念下高中物理實(shí)驗(yàn)校本化的實(shí)踐策略

（一）結(jié)合教材，實(shí)行探究式學(xué)習(xí)

STEM 是一種能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)參與習(xí)慣的教學(xué)理念，為了讓它真正深入課程，教師要秉承因材施教的原則，向?qū)W生提供一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備、資料等，然后將知識(shí)有效地組織在一起。例如，教學(xué)“平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，它作為物理中比較難的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生在分解和處理的時(shí)候，往往會(huì)遇到一些思維障礙，而且教材上的實(shí)驗(yàn)步驟比較復(fù)雜，在無(wú)法實(shí)際檢驗(yàn)的情況下，實(shí)驗(yàn)會(huì)存在一些誤差。為了讓學(xué)生能更直接地理解這些知識(shí)，教師可以結(jié)合STEM 理念，組織實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)平拋運(yùn)動(dòng)演示儀。

在具體的實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)該將其分為多個(gè)環(huán)節(jié)。第一，教師展示設(shè)計(jì)原型，在水平位置放一根水管，距離地面1.8m，橫截面積為2cm2，水流速度為2m/s，如果出口橫截面上水的速度相同，不計(jì)空氣阻力，試求出水流穩(wěn)定后，其中會(huì)堆積多少水？然后讓學(xué)生進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和制作，用橡皮管連接水源，噴出的水做平拋運(yùn)動(dòng)，水流的發(fā)散現(xiàn)象則非常明顯。第二，針對(duì)水流現(xiàn)象明顯的問(wèn)題，需要進(jìn)行一些改進(jìn)，讓學(xué)生解決發(fā)散問(wèn)題。這時(shí)候，部分學(xué)生可能會(huì)猜想：是否橡皮管太軟？于是就會(huì)借用粗細(xì)不同的塑料管，最終決定用筆管，出水效果較好，不會(huì)出現(xiàn)發(fā)散問(wèn)題。第三，要求學(xué)生繪制草圖，演示整個(gè)過(guò)程，然后進(jìn)行定量分析。為了強(qiáng)化整體演示效果，可以適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┘t墨水。第四，利用這種方法探究平拋運(yùn)動(dòng)是否為勻速，并計(jì)算出它的最大射程。這時(shí)候?qū)W生會(huì)利用一個(gè)量杯、秒表計(jì)，發(fā)現(xiàn)在相等時(shí)間內(nèi)流出水的體積是相等的，水管是做勻速運(yùn)動(dòng)。

（二）聯(lián)系生活，開(kāi)發(fā)STEM 第二課堂

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要借助知識(shí)解決學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活中的一些問(wèn)題[2]，然后在實(shí)踐過(guò)程中達(dá)到教學(xué)的目的，培養(yǎng)出一群具有創(chuàng)造性的高中生。例如，在“齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)”的教學(xué)中，教師結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活，首先可引入具體情境：乘坐出租車(chē)的時(shí)候，會(huì)按照行駛路程收費(fèi)，利用里程表計(jì)算，這里面涵蓋的原理是什么？接著，按照教學(xué)目標(biāo)對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，讓學(xué)生制作有齒輪和無(wú)齒輪的音樂(lè)盒，對(duì)比兩者的運(yùn)行效果，思考齒輪如何傳遞動(dòng)力？然后，借助三維設(shè)計(jì)軟件將整個(gè)動(dòng)態(tài)演示過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)，仔細(xì)觀(guān)察轉(zhuǎn)速同大小的關(guān)系，結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)推導(dǎo)出公式。最后，解決齒輪傳動(dòng)比的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生將物理和數(shù)學(xué)知識(shí)聯(lián)系在一起，讓部分學(xué)生按照乘除法的思維進(jìn)行推導(dǎo)，以小組為單位驗(yàn)證。

此外，做好制作改進(jìn)工作實(shí)際上也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的手段，最好以小組為單位，借助網(wǎng)絡(luò)資源了解傳感器的作用，在設(shè)計(jì)中將馬達(dá)和傳感器加入其中，轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一些動(dòng)力，然后將這種動(dòng)力傳遞給車(chē)輪。當(dāng)學(xué)生設(shè)計(jì)了完善的方案以后，開(kāi)始制作作品。由于設(shè)計(jì)和實(shí)踐中難免存在一些問(wèn)題，這就要求師生協(xié)調(diào)配合進(jìn)行修改，對(duì)作品在現(xiàn)實(shí)中的有效應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證，若發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定就要及時(shí)改進(jìn)，這樣才能呈現(xiàn)出一個(gè)完整的作品。

（三）構(gòu)建STEM 教育理念下的多元評(píng)價(jià)體系

基于STEM 理念的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，對(duì)高中物理教學(xué)有積極的作用。從當(dāng)下我國(guó)高中物理教學(xué)的情況來(lái)看，教師最好結(jié)合多個(gè)參考量，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合性考查，如考試成績(jī)、成果展示、日常觀(guān)察、提問(wèn)情況等。這些都是評(píng)判學(xué)生實(shí)踐與合作能力的依據(jù)。在評(píng)價(jià)體系中，也應(yīng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行考查，盡量構(gòu)建多元且系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，主動(dòng)吸收國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的評(píng)價(jià)體系，然后結(jié)合自身教學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行完善。

開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)需要大量的時(shí)間，如若只是依賴(lài)課堂上短短的45 分鐘，這是不現(xiàn)實(shí)的，所以還需要進(jìn)行一些課外活動(dòng)，兼顧活動(dòng)的有效性，對(duì)學(xué)生進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)督，完成一些有意義的交流和總結(jié)。此外，當(dāng)學(xué)生完成作品以后，教師要給予他們相應(yīng)的鼓勵(lì)，并將作品進(jìn)行展示和分享，使學(xué)生的綜合水平得到一定的提高。

結(jié) 語(yǔ)

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師首先要將STEM 理念融入其中，始終將學(xué)生放在非常重要的位置上，向他們提供必要的實(shí)驗(yàn)器材，然后采用小組合作、查閱資料和分析討論等方法完善實(shí)驗(yàn)步驟，最后對(duì)學(xué)生的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，這對(duì)高中生的成長(zhǎng)具有積極的作用。此外，教師要借助一些輔助性教學(xué)設(shè)備，為學(xué)生構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)氛圍，推動(dòng)教學(xué)工作的順利實(shí)施。