STEM教育方法與高中物理教學(xué)的深度融合

陳強(qiáng)

【摘 要】本文論述STEM教育方法與高中物理教學(xué)的融合辦法，提出創(chuàng)造滲透機(jī)會(huì)，構(gòu)建教學(xué)融合基礎(chǔ);整合教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)融合程序;推出互動(dòng)活動(dòng)，促進(jìn)教學(xué)融合;升級(jí)評(píng)價(jià)機(jī)制，提升教學(xué)融合品質(zhì);關(guān)注實(shí)踐對(duì)接，打造教學(xué)融合品牌等教學(xué)建議，以期讓學(xué)生在自覺學(xué)科融合性學(xué)習(xí)中建立核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】高中物理 STEM教育 教學(xué)融合

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2021）38-0088-02

STEM教育思想最早由美國政府提出，旨在加強(qiáng)科學(xué)（science）、技術(shù)（technology）、工程（engineering）、數(shù)學(xué)（mathematics）的交叉融合教育，帶有較強(qiáng)的啟蒙性、融合性、實(shí)驗(yàn)性等特點(diǎn)。在物理教學(xué)中滲透STEM教育理念，符合學(xué)科教學(xué)特點(diǎn)，對(duì)全面促進(jìn)學(xué)生綜合能力的成長有重要的意義。教師要展開創(chuàng)意設(shè)計(jì)，借助更多教輔手段，創(chuàng)設(shè)滲透機(jī)會(huì)、整合教學(xué)資源、推出實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、升級(jí)評(píng)價(jià)體系、關(guān)注實(shí)踐對(duì)接，在更多方面進(jìn)行融合探索，為學(xué)生提供更多操作體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)訴求。特別是對(duì)高三學(xué)生來說，他們已進(jìn)入備考關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果能夠幫助他們建立起關(guān)聯(lián)性認(rèn)知意識(shí)，對(duì)其學(xué)科核心能力的提升有重要意義。

一、創(chuàng)造滲透機(jī)會(huì)，構(gòu)建教學(xué)融合基礎(chǔ)

在當(dāng)前的高中物理課堂教學(xué)中，教師大多還在強(qiáng)化知識(shí)的傳授，教學(xué)模式過于單一，教學(xué)與學(xué)生生活實(shí)踐脫節(jié)，而STEM教育理念的適時(shí)滲透，能夠促進(jìn)課堂教學(xué)與實(shí)踐對(duì)接，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，全面提升學(xué)生學(xué)科綜合能力。科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)與物理學(xué)科有較多融合點(diǎn)，教師要從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，創(chuàng)設(shè)更多STEM教育滲透機(jī)會(huì)，構(gòu)建教學(xué)融合基礎(chǔ)，為學(xué)生學(xué)科能力培養(yǎng)提供更多幫助。

如教師在設(shè)計(jì)魯科版高中物理《光的折射定律》這部分內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)時(shí)，要參照科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。如關(guān)于光的折射定律，目標(biāo)是能解釋和計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，這里涉及科學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科內(nèi)容;關(guān)于折射率和光速的關(guān)系以及根據(jù)光的折射定律畫出光路圖的問題，涉及技術(shù)和工程等學(xué)科內(nèi)容;利用插針法測(cè)定玻璃的折射率，涉及工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科內(nèi)容。在解讀折射率的意義時(shí)，教師對(duì)介質(zhì)折射率原理進(jìn)行分析解讀，利用水中物體展開觀察活動(dòng)，利用圖示法進(jìn)行引導(dǎo)，先介紹操作步驟——這與工程設(shè)計(jì)操作很相似，測(cè)試實(shí)驗(yàn)過程雖然簡單，但跨學(xué)科特點(diǎn)比較鮮明——讓學(xué)生厘清折射率和光速的關(guān)系。教師與學(xué)生一起研究實(shí)驗(yàn)步驟，并指導(dǎo)學(xué)生展開實(shí)驗(yàn)推演，給學(xué)生提供實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)，讓學(xué)科學(xué)習(xí)帶有實(shí)踐意味。

在這個(gè)教學(xué)案例中，教師從教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)到教學(xué)過程，處處都滲透了STEM教育理念，為學(xué)生提供了更多實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)，開闊了學(xué)生的視野，并為學(xué)科認(rèn)知構(gòu)建創(chuàng)造了良好的環(huán)境。想要?jiǎng)?chuàng)設(shè)滲透機(jī)會(huì)，教師要做好機(jī)會(huì)選擇，讓學(xué)生自然接受，在實(shí)踐操作中形成跨學(xué)科融合意識(shí)。STEM教育理念與物理學(xué)科有較多對(duì)接點(diǎn)，教師要做好教學(xué)調(diào)研，從不同角度展開滲透。

二、整合教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)融合程序

高中物理教學(xué)中要想全面滲透STEM教育理念，教師要做好對(duì)接處理，圍繞具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容，研究設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，推出教學(xué)活動(dòng)，突出學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生借助數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)等學(xué)科內(nèi)容，對(duì)物理學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行深入研究，自然形成教學(xué)對(duì)接點(diǎn)，提升學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力。信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為學(xué)科融合提供了更多幫助，教師借助多種信息渠道展開信息搜集，為學(xué)科資源整合創(chuàng)造了良好的條件。

教師在設(shè)計(jì)教學(xué)方案時(shí)，要做好教學(xué)資源的整合工作，讓學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)過程中自然接受STEM教育理念。如教學(xué)《光的偏振》時(shí)，教師推出“偏振光和立體電影”材料，讓學(xué)生先開展梳理閱讀，與教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)接。在問題探索環(huán)節(jié)，教師設(shè)計(jì)一些專業(yè)問題：如橫波和縱波有什么區(qū)別？什么是光的偏振現(xiàn)象？什么是自然光？光的偏振現(xiàn)象有哪些應(yīng)用？學(xué)生閱讀相關(guān)材料后，對(duì)光的偏振應(yīng)用有了一定認(rèn)知，對(duì)教師提出的問題也有了自己的答案。為了讓學(xué)生對(duì)橫波的偏振現(xiàn)象有深刻理解，教師推出實(shí)驗(yàn)方案：將一根軟繩的一端固定在墻壁上，用手拿住另一端抖動(dòng)繩子，可以看到橫波現(xiàn)象。學(xué)生開始進(jìn)行現(xiàn)場操作，很快就對(duì)橫波現(xiàn)象有了直觀認(rèn)知。教師繼續(xù)推出實(shí)驗(yàn)任務(wù)：讓光源的光通過一片偏振片。學(xué)生先進(jìn)行猜想，如認(rèn)為光線會(huì)隨著偏振片的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變，隨后教師組織學(xué)生現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果與學(xué)生的猜想有較大差距：不管偏振片如何轉(zhuǎn)動(dòng)，光線都不會(huì)發(fā)生改變。

在這個(gè)教學(xué)案例中，教師推出一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，給學(xué)生提供直接觀察和操作的機(jī)會(huì)。立體電影的介入，使跨學(xué)科學(xué)習(xí)成為現(xiàn)實(shí)。電影制作播放原理涉及藝術(shù)、技術(shù)等方面的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)操作過程中也涉及技術(shù)和工程內(nèi)容，這些都帶有STEM教育理念滲透的意味。學(xué)生對(duì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)有濃厚的興趣，教師對(duì)此需要有理性認(rèn)知。

三、組織互動(dòng)活動(dòng)，促進(jìn)教學(xué)融合

在物理學(xué)科教學(xué)中，教師推出一些實(shí)驗(yàn)、互動(dòng)性學(xué)習(xí)活動(dòng)，能夠給學(xué)生帶來不一樣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在組織教學(xué)活動(dòng)時(shí)，教師要有對(duì)接融合意識(shí)，對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行延伸設(shè)計(jì)，借助科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行組織，給學(xué)生帶來更多歷練機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在自主、合作、探究的學(xué)習(xí)過程中成長綜合能力。學(xué)習(xí)活動(dòng)沒有需要遵守的固定格式，教師針對(duì)高三學(xué)生學(xué)習(xí)要求進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，能夠提高教學(xué)的適配性，為高考做好必要的準(zhǔn)備。

物理概念和定義大多帶有生活實(shí)踐意味，教師在教學(xué)執(zhí)行環(huán)節(jié)，有意識(shí)地進(jìn)行對(duì)接處理，體現(xiàn)了跨學(xué)科特點(diǎn)。如教學(xué)《動(dòng)量定理》時(shí)，由于這部分內(nèi)容涉及動(dòng)量、沖量、矢量等概念，還有計(jì)算問題，這些與數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程等學(xué)科有密切關(guān)聯(lián)，還涉及碰撞、緩沖等生活現(xiàn)象，凸顯出學(xué)科的綜合性特點(diǎn)。為了激發(fā)學(xué)生的探索熱情，教師在教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)定了探索學(xué)習(xí)任務(wù)：以學(xué)習(xí)小組為單位展開分析，運(yùn)用動(dòng)量定理定性分析有關(guān)現(xiàn)象，歸結(jié)出動(dòng)量定理計(jì)算的一般步驟。學(xué)生進(jìn)入互動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，教師深入學(xué)生群體之中，與學(xué)生一起展開研究。經(jīng)過討論和梳理，各個(gè)小組都能夠?qū)ο嚓P(guān)內(nèi)容進(jìn)行梳理和展示，合作學(xué)習(xí)獲得較好成效。

在這個(gè)教學(xué)案例中，教師組織學(xué)生展開互動(dòng)學(xué)習(xí)，涉及數(shù)學(xué)、工程等學(xué)科內(nèi)容，使跨學(xué)科學(xué)習(xí)順利推進(jìn)。STEM教育理念滲透有不同取點(diǎn)，教師在教學(xué)過程中進(jìn)行自然融合處理，能夠收獲意想不到的效果。高中物理學(xué)科教學(xué)需要對(duì)接高考，對(duì)學(xué)生解決問題的能力進(jìn)行對(duì)應(yīng)考查，開展多種學(xué)科融合性學(xué)習(xí)，給學(xué)生帶來更多學(xué)習(xí)啟示，全面提升其綜合能力。

四、升級(jí)評(píng)價(jià)機(jī)制，提升教學(xué)融合品質(zhì)

物理學(xué)科教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制亟待升級(jí)。教師從教學(xué)評(píng)價(jià)的角度展開融合設(shè)計(jì)，目的是要給學(xué)生帶來全面的、科學(xué)的、客觀的評(píng)價(jià)，讓學(xué)生樹立學(xué)習(xí)信心，為學(xué)生實(shí)踐能力形塑創(chuàng)造良好條件。STEM教育理念追求學(xué)科實(shí)踐，教師圍繞學(xué)生實(shí)踐能力成長情況進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，考查學(xué)生解決問題、分析問題的能力，能夠促使學(xué)生形成科學(xué)務(wù)實(shí)的學(xué)習(xí)觀念，在理論聯(lián)系實(shí)踐的過程中提升學(xué)科素養(yǎng)。

教師在執(zhí)行教學(xué)評(píng)價(jià)方案時(shí)，要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)實(shí)。高中學(xué)生對(duì)教師簡單的鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)沒有太大感覺，教師需要從更專業(yè)的角度展開設(shè)計(jì)，讓評(píng)價(jià)成為激發(fā)學(xué)生深入探索的動(dòng)力，使其在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中提升綜合素質(zhì)。如《核力與核能》這部分內(nèi)容屬于選學(xué)內(nèi)容，教師先組織學(xué)生進(jìn)行閱讀學(xué)習(xí)，并投放一些思考問題讓學(xué)生展開深度思考，并開展互動(dòng)交流，交換討論意見。如學(xué)習(xí)“原子核中質(zhì)子與中子的比例問題”“結(jié)合能”“質(zhì)量虧損”等專業(yè)內(nèi)容時(shí)，學(xué)生在閱讀的基礎(chǔ)上展開深思，課堂交互活動(dòng)順利展開。教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)要求學(xué)生結(jié)合生活學(xué)習(xí)認(rèn)知展開拓寬思考，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)啟示。由于教師的評(píng)價(jià)比較到位，很多學(xué)生給出了具有創(chuàng)意的思考?xì)w結(jié)：“物質(zhì)的質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，物體在靜止?fàn)顟B(tài)下會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，這些虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為輻射能量，這個(gè)減少是物理性減少，不是化學(xué)反應(yīng)?！?/p>

教師引導(dǎo)學(xué)生展開深入思考，利用多種評(píng)價(jià)手段激發(fā)學(xué)生深度研究的熱情。從學(xué)生解讀的情況可以看出，教師評(píng)價(jià)帶來了更多內(nèi)驅(qū)動(dòng)力。學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行歸結(jié)，結(jié)合其他學(xué)科內(nèi)容展開對(duì)接思考，形成系統(tǒng)性學(xué)習(xí)認(rèn)知，這說明教師的設(shè)計(jì)和組織是比較有成效的。學(xué)生對(duì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)有較強(qiáng)的參與興趣，因此教師進(jìn)行對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)非常有必要。

五、關(guān)注實(shí)踐對(duì)接，打造教學(xué)融合品牌

STEM教育理念不僅追求跨學(xué)科教學(xué)，還強(qiáng)調(diào)實(shí)踐方案的落實(shí)。教師在設(shè)計(jì)執(zhí)行教案時(shí)，要關(guān)注學(xué)生的實(shí)踐性學(xué)習(xí)。物理實(shí)驗(yàn)、生活物理、生活觀察、手工制作、社會(huì)調(diào)查、信息搜集、案例分析等，都屬于物理學(xué)科實(shí)踐范疇，教師要做好對(duì)接處理，為學(xué)生提供更多實(shí)踐體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，在跨學(xué)科實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。受時(shí)空條件的限制，學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)較少，教師有意識(shí)地融入STEM教育理念，科學(xué)應(yīng)用信息技術(shù)，能夠有效降低實(shí)踐不足的影響。

物理學(xué)科與學(xué)生生活連接緊密，教師在進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐任務(wù)安排時(shí)，要讓學(xué)生應(yīng)用生活認(rèn)知展開學(xué)科學(xué)習(xí)。如教學(xué)《光電效應(yīng)》時(shí)，教師在課堂導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)先進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，用弧光燈照射鋅板，使驗(yàn)電器張角增加到30°，再用絲綢摩擦過的玻璃杯靠近鋅板，這時(shí)驗(yàn)電器的張角會(huì)增大。教師在展示過程中投放問題：“這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明什么問題？”學(xué)生經(jīng)過思考和討論給出解答：“在光照下，鋅板失去了電子而帶正電荷?！苯處燀槃?shì)推出新概念——光電效應(yīng)。為了激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)操作的積極性，教師布置了探索性實(shí)驗(yàn)任務(wù)：“進(jìn)入學(xué)習(xí)小組，展開光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)操作。先進(jìn)行集體討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案;然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分工，厘清實(shí)驗(yàn)步驟;最后是實(shí)驗(yàn)操作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析?！睂W(xué)生接受任務(wù)后，積極行動(dòng)起來，課堂研究氣氛逐漸濃厚。

教師利用演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行引導(dǎo)，給學(xué)生提供學(xué)習(xí)思考的機(jī)會(huì)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)與學(xué)生生活形成對(duì)接，與技術(shù)、工程相融合，帶有STEM教育理念屬性。在設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行操作、自行歸結(jié)，給學(xué)生提供深度探索的機(jī)會(huì)，最后由教師進(jìn)行教學(xué)驗(yàn)收，使學(xué)生在探索中形成豐富的學(xué)科認(rèn)知。

物理學(xué)科教學(xué)啟動(dòng)后，教師適時(shí)滲透STEM教育理念，能夠創(chuàng)造更多學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，開闊學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，有效培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。STEM教育與物理學(xué)科教學(xué)有較多融合點(diǎn)，知識(shí)有銜接、實(shí)驗(yàn)有對(duì)接、實(shí)踐有融合，教師要進(jìn)行教學(xué)探索，為學(xué)生順利進(jìn)入跨學(xué)科學(xué)習(xí)創(chuàng)造良好條件。STEM教育與物理學(xué)科的多點(diǎn)對(duì)接和融合，讓學(xué)科教學(xué)呈現(xiàn)出嶄新局面，使學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)中有更多選擇。

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【作者簡介】陳 強(qiáng)（1987— ），男，福建寧德人，大學(xué)本科學(xué)歷，一級(jí)教師，現(xiàn)就職于福建省莆田市莆田礪青中學(xué)，主要研究方向?yàn)楦咧形锢斫虒W(xué)與研究。

（責(zé)編 唐玉萍）