STEM理念下高中物理創(chuàng)新實驗校本課程探析

王明華

【摘 要】STEM理念融入了科學(xué)思想觀、技術(shù)素養(yǎng)、工程建模思想、數(shù)學(xué)分析思想四部分內(nèi)容，應(yīng)用該理念的目的是全面提升學(xué)生的綜合能力，幫助學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中形成物理思維意識，學(xué)會創(chuàng)新實驗方法。該理念涉及創(chuàng)新的時代精神，要求學(xué)生在實驗中自主探索、自主學(xué)習(xí)，進而發(fā)揮校本課程的價值?；诖耍疚木蚐TEM理念下高中物理創(chuàng)新實驗校本課程的實踐措施進行探討。

【關(guān)鍵詞】STEM理念;高中物理;創(chuàng)新

【中圖分類號】G633.7 ?【文獻標(biāo)識碼】A ?【文章編號】1671-8437（2021）10-0070-02

“眾創(chuàng)空間”要求學(xué)生在新時代背景下掌握信息技術(shù)，將模擬實驗平臺與物理創(chuàng)新精神相融合，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)觀念。在創(chuàng)新實驗校本課程中，教師需發(fā)揮學(xué)生主體作用，突破傳統(tǒng)實驗課程、理論課程的限制，引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)“共同發(fā)展”的目標(biāo)，利用模擬化的物理實驗平臺凸顯特色的物理課程，激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)積極性。

1 ? STEM理念下高中物理實驗課程的建設(shè)目標(biāo)

STEM理念的物理教學(xué)，就是將信息化實驗平臺、科學(xué)技術(shù)與物理教育相結(jié)合，提升學(xué)生對課堂的探究興趣及積極性，打造一個高效的物理學(xué)習(xí)校本課堂氛圍。該理念下，學(xué)生需在教師的指導(dǎo)下學(xué)到有關(guān)運動學(xué)、力學(xué)的知識，在實驗探究中進行合作學(xué)習(xí)，養(yǎng)成創(chuàng)新學(xué)習(xí)的意識。另外，在多元化評價、建模中，教師要改變以口頭講解為主體的教學(xué)模式，讓學(xué)生投入更多時間在創(chuàng)新中，為學(xué)生的個人發(fā)展提供良好的條件[1]?？傊?，教師要巧設(shè)高質(zhì)量的校本課程模式，讓學(xué)生進行實驗探究，全面地對實驗方法、實驗內(nèi)容以及實驗現(xiàn)象進行總結(jié)，進而提高實驗課程的教學(xué)效率。

2 ? STEM理念下高中物理創(chuàng)新實驗校本課程的意義

STEM理念要求教師整合不同學(xué)科元素及學(xué)科內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)實驗空間及探究氛圍，將物理理論知識融入實驗，讓學(xué)生明白“思維”形成的重要目的。STEM理念是一種思維教育形式，強調(diào)教師對學(xué)生的引導(dǎo)培育，凸顯綜合性的教學(xué)方向。校本課程中，教師要制定課程評估方式及實驗流程，重視對課程內(nèi)容的總結(jié)與創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生在小組學(xué)習(xí)、問題探究中學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生快速、全面、高效地解決實際問題，通過培養(yǎng)學(xué)生的獨立思維，讓學(xué)生在獨立的場景中分析、總結(jié)，提高學(xué)生的動手實操能力。

3 ? STEM理念下高中物理創(chuàng)新實驗校本課程的方法

3.1 ?滲透信息技術(shù)元素，開展模擬教學(xué)

教師可以利用創(chuàng)新型的信息技術(shù)形式，在Arduino信息傳感平臺進行知識點擴充，讓學(xué)生掌握更有效的實驗理解及探究思維，幫助學(xué)生建立實驗思維。需要注意的是，每項實驗課程的基礎(chǔ)課時應(yīng)超過3個課時。更新實驗內(nèi)容時，應(yīng)在3D數(shù)據(jù)軟件的統(tǒng)計、標(biāo)識、校準(zhǔn)過程中減少實驗誤差。

如在魯教版“超重和失重”的教學(xué)中，教師可運用微課說明超重、失重的誘發(fā)原因，在模擬實驗中分析兩種現(xiàn)象的合力變化規(guī)律及實驗原則，然后要求學(xué)生進行體驗?zāi)M，學(xué)生初步建立實驗思路，利用3D打印及計算機技術(shù)展示實驗流程。在此過程中，學(xué)生可在軟件中進行模擬實驗，體會平臺中模擬實驗對象的受力特征。學(xué)生可依據(jù)實驗?zāi)Ｐ瓦M行體驗感知，感受重力、拉力的變化狀態(tài)，然后得到初步的運動理論模型[2]。如電梯加速上升時，電梯處于超重狀態(tài)，原因是電梯中的物體受的重力比受到的外力 N 小，但是當(dāng)電梯快速下降時，電梯中的物體受的重力大于外力 N 。針對這一實驗?zāi)Ｐ?，學(xué)生會明白乘坐下降的電梯時產(chǎn)生的明顯的“懸空感”正是一種失重的現(xiàn)象。教師可先融入基本的實驗步驟，再要求學(xué)生運用信息化技術(shù)建立基本實驗?zāi)Ｐ停瑤椭鷮W(xué)生在全面理解物理知識的同時形成物理思想觀念。此外，教師可再提出以下問題：“萬有引力就是重力嗎？”“GPS技術(shù)是衛(wèi)星定位系統(tǒng)，那么與地球同步的衛(wèi)星有哪些特點？”“電梯上升中，有哪些運動規(guī)律？”除提出一系列物理問題，還可要求學(xué)生自主設(shè)計實驗?zāi)Ｐ?，讓學(xué)生在科學(xué)探究中發(fā)現(xiàn)實驗規(guī)律及實驗?zāi)Ｐ?，幫助學(xué)生在建模中掌握物理知識。如在電梯上升的探索實驗中，可引導(dǎo)學(xué)生利用VR技術(shù)進行實踐體驗，分析各個階段的運動狀態(tài)、運動方式，并做好記錄。通過分析，學(xué)生可發(fā)現(xiàn)電梯上行運動共分為三個階段，第一階段是向上加速運動的階段，這一過程中，電梯處于超重狀態(tài);第二階段是勻速運動階段，此時重力和外力 F 是相等的;最后一個階段是勻減速運動階段（即將到達(dá)指定樓層），此時電梯處于失重狀態(tài)。運用計算機技術(shù)設(shè)計實驗，再細(xì)致測量、計算、統(tǒng)計，能促使學(xué)生在模擬空間中宏觀、全面地了解實驗重點。

3.2 ?拓展實驗內(nèi)容，營造探究性氛圍

拓展實驗課程內(nèi)容，打造趣味性的實驗課程模式，合理運用實驗教學(xué)發(fā)展學(xué)生的探究能力及創(chuàng)新能力，有利于全面激發(fā)學(xué)生的個性。從宏觀角度講，物理實驗要求學(xué)生清晰認(rèn)知到實驗規(guī)律，掌握電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等方面的基本理論知識，同時對這些理論進行拓展，運用主題實驗進行創(chuàng)新探究，這有利于學(xué)生掌握化學(xué)、生物、光學(xué)等多個學(xué)科的理論知識，并方便學(xué)生在實驗中分享自己的見解。

如在魯教版“機械功”的教學(xué)中，教師可向?qū)W生說明功、機械能之間的關(guān)系，運用Arduino傳感技術(shù)（仿真模式下）講述動能、勢能的關(guān)系，利用模擬實驗的方法闡釋機械能的變化關(guān)系。在此過程中，教師可利用“自行車力學(xué)原理”說明自行車輪軸運動過程中的規(guī)律，要求學(xué)生分析前輪、后輪、車架、剎車、鏈條之間的運行方式，并利用傳感、控制技術(shù)凸顯這一運行關(guān)系。其中，將整個實驗以仿真實驗的形式開展，要求學(xué)生模擬自行車的正常運動，有助于學(xué)生觀察自行車機械能的轉(zhuǎn)化關(guān)系。教師還可以結(jié)合模擬情境提出問題：“騎自行車上坡前要加緊蹬幾下腳踏板，這是為什么？”對這一問題，可要求學(xué)生運用科學(xué)實驗的方法進行分析，同時撰寫實驗報告，促使學(xué)生在趣味性的實驗中完成練習(xí)。通過實驗，學(xué)生可發(fā)現(xiàn)，加緊蹬幾下腳踏板是為動能轉(zhuǎn)化勢能的過程提供方便。根據(jù)實驗，學(xué)生能聯(lián)想到下坡時不需要蹬腳踏板的原因是勢能可通過輪軸轉(zhuǎn)化為動能，故此時只需要控制自行車的行進方向即可。拓展教材內(nèi)的實驗，要求學(xué)生在實驗中進行學(xué)習(xí)、體驗、實踐、分析，有利于激發(fā)學(xué)生的探究欲望[3]。

3.3 ?融入生活化情境，凸顯物理課程優(yōu)勢

為提高校本課程的綜合運行效率，教師要重視培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，積極創(chuàng)設(shè)特色的物理實踐課程內(nèi)容，打造特色的教學(xué)形式，在教學(xué)中有效融合與滲透科學(xué)的思想價值觀。在此過程中，教師應(yīng)推動實驗課程的研究與創(chuàng)新，構(gòu)建和諧的學(xué)習(xí)氛圍，要求學(xué)生依據(jù)實驗活動進行探究理解，提高學(xué)生的綜合能力。從宏觀角度講，利用以應(yīng)用為主體的教學(xué)實踐，并對實驗內(nèi)容進行創(chuàng)造，有利于培養(yǎng)學(xué)生的個性，落實對學(xué)生品德素養(yǎng)、創(chuàng)造能力的培養(yǎng)滲透，幫助學(xué)生形成良好的品格，達(dá)到新時代人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

如在魯教版“磁與現(xiàn)代科技”的教學(xué)中，教師可提出生活中常見磁懸浮列車等所應(yīng)用的物理原理，并提出“制作電磁鐵實驗”內(nèi)容。在此過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計一個閉合回路，借助DIS傳感器機裝置說明電磁感應(yīng)、磁感強度的重要作用，自主設(shè)計、紀(jì)錄磁鐵周圍感應(yīng)電流強度的大小變化與電磁感應(yīng)之間的關(guān)系。還可以引導(dǎo)學(xué)生對實驗進行創(chuàng)新，感受數(shù)控工藝、電鈴制作的方式。通過整合現(xiàn)有的教學(xué)資源，要求學(xué)生在實驗中理解、總結(jié)電磁學(xué)這一知識點的應(yīng)用技巧。通過客觀的實驗原理，總結(jié)生活中常見的物理現(xiàn)象，再要求學(xué)生在實驗中進行研討，有助于擴充學(xué)生物理學(xué)科知識儲備?？傊?，教師應(yīng)設(shè)定以目標(biāo)為導(dǎo)向的實驗方式，指導(dǎo)學(xué)生在實驗證明中掌握實驗規(guī)律，同時運用數(shù)字化的教學(xué)方式，增強課程的多樣性，并積極運用DIS技術(shù)整合與電磁學(xué)相關(guān)的理論，如帶電小球的運動、磁場特點等，改變單一的教學(xué)思路，激發(fā)學(xué)生的開放性思維。

綜上所述，新時期在高中物理實驗校本化課程創(chuàng)新中，教師應(yīng)積極滲透STEM理念，打造有特色的實驗課程模式，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，讓學(xué)生快速、全面地融入學(xué)科學(xué)習(xí)。另外，教師要注意校本課程的創(chuàng)新，通過創(chuàng)新、改革實驗內(nèi)容，提高學(xué)生的綜合能力。

【參考文獻】

[1]王國宏.基于STEM理念的高中物理實驗校本化探索與實踐[J].名師在線，2020（5）.

[2]苑素霞，周厚兵，陳葉青，等.STEM教育理念下的大學(xué)物理實驗教學(xué)探析——融入項目式學(xué)習(xí)[J].廣西物理，2019（Z1）.

[3]魯世明.基于STEM理念的高中物理實驗校本化探索與實踐[J].中學(xué)物理，2018（21）.