STEM融入初中物理教學(xué)的實(shí)踐與思考

王永輝

[摘 要] STEM教育是融合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等方面的理念的教育，將STEM融入初中物理教學(xué)，對(duì)于構(gòu)建有效課堂和培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和工程設(shè)計(jì)能力，促進(jìn)知識(shí)的融匯貫通有著積極的意義。其具體措施有：發(fā)揮游戲活動(dòng)的作用，培養(yǎng)學(xué)生工科思維;引導(dǎo)學(xué)生投入裝置模仿制作過(guò)程中，讓其感悟物理真諦;引導(dǎo)學(xué)生在“做”中鞏固物理知識(shí)，大膽質(zhì)疑、勇于探索，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

[關(guān)鍵詞] STEM;實(shí)踐;設(shè)計(jì);探索

STEM教育能夠融入科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等方面的理念，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和想象力、創(chuàng)新力有著積極的意義。初中物理教學(xué)特別注重學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐技能的養(yǎng)成，將STEM融入初中物理教學(xué)，能夠極大地優(yōu)化物理教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生在持續(xù)的體驗(yàn)中感受物理的魅力，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和較強(qiáng)的解決問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

一、游戲引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生工科思維

初中生正處于青春期，思維還不夠成熟，抽象思維能力還不夠強(qiáng)，初中生接觸物理學(xué)科的時(shí)間較短，但卻具備較強(qiáng)的形象思維能力，往往喜歡玩游戲，物理教師要深入把握初中生的這個(gè)特點(diǎn)，了解學(xué)生的游戲愛(ài)好和特點(diǎn)，借助多樣化的游戲活動(dòng)滲透進(jìn)STEM理念，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

如在教學(xué)“光的色彩”一課的過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)了解了白光與單色光的關(guān)系，可以設(shè)計(jì)一個(gè)名為“調(diào)調(diào)色”的活動(dòng)，讓學(xué)生在了解光學(xué)原理的前提下，利用電腦繪畫(huà)軟件，試著對(duì)用紅光、綠光、藍(lán)光的三原色按照一定的比例進(jìn)行混合，調(diào)出各種顏色的色光，領(lǐng)悟電視中彩色畫(huà)面的形成，然后讓學(xué)生再開(kāi)動(dòng)腦筋，利用三棱鏡對(duì)白光進(jìn)行分解，最終調(diào)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等可見(jiàn)單色光，并拓展思考看到物體為何呈現(xiàn)各種不同的顏色，同時(shí)利用電腦模擬驗(yàn)證猜想，教師給予適當(dāng)提示，鼓勵(lì)和肯定。在物理實(shí)踐過(guò)程中，設(shè)置游戲競(jìng)賽環(huán)節(jié)，播放輕柔的音樂(lè)，在人性化的氛圍中，學(xué)生踴躍參加，積極探討。針對(duì)一些難點(diǎn)，教師給予及時(shí)點(diǎn)撥，運(yùn)用形象化和充滿幽默的語(yǔ)言揭示色光混合的道理。課堂教學(xué)過(guò)程中，穿插有趣的互動(dòng)游戲，在充滿動(dòng)感的游戲過(guò)程中，讓學(xué)生在愉悅的場(chǎng)景中感受單色光的組合原理和方法。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)光學(xué)、色彩學(xué)和工程學(xué)等不同學(xué)科的融合，激發(fā)了學(xué)生的探究意識(shí)，積極主動(dòng)地去查找問(wèn)題、解決問(wèn)題，在潛移默化間培養(yǎng)了學(xué)生的工程思維。在游戲中，對(duì)于優(yōu)勝者，教師會(huì)根據(jù)競(jìng)賽規(guī)則給予“STEM明星”獎(jiǎng)勵(lì)，使學(xué)生的參與欲望更強(qiáng)烈。

二、模仿制作，獲得物理真諦

在持續(xù)的探索和練習(xí)中，學(xué)生積累了實(shí)際的物理經(jīng)驗(yàn)，在反思與改進(jìn)中感受到物理探究的樂(lè)趣，這一點(diǎn)正是STEM極力倡導(dǎo)的教育理念，在這個(gè)過(guò)程中也會(huì)融入科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程。初中生由于缺乏豐富的制作經(jīng)驗(yàn)，可以借鑒模仿制作，真正吃透裝置和實(shí)驗(yàn)的科學(xué)原理，然后通過(guò)反思，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)翻新，或是利用生活中的一些常見(jiàn)器材設(shè)計(jì)制作，也算一種真正意義上的創(chuàng)新。在物理教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中全面融入STEM，不但要注重理論知識(shí)的灌輸，更要放手讓學(xué)生大膽地去做、去練習(xí)、去探究，在持續(xù)的“做”和練中將一些抽象的理論與現(xiàn)實(shí)生活緊密結(jié)合起來(lái)，感受科學(xué)的真諦。杠桿的學(xué)習(xí)就是一個(gè)典型的例子，利用桿秤這一生活中的應(yīng)用工具，讓學(xué)生在課余時(shí)間，利用已有的生活經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合課堂上學(xué)到的杠桿知識(shí)，試著做一桿秤。這個(gè)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，學(xué)生不但要用到平衡方面的理論，還要學(xué)會(huì)建模，并運(yùn)用數(shù)學(xué)和工程方面的理論，確保制作過(guò)程的規(guī)范性和方向性此外對(duì)桿秤的刻度和單位要進(jìn)行準(zhǔn)確界定，學(xué)生借此認(rèn)真琢磨數(shù)理之間的關(guān)系，讓學(xué)生深刻體會(huì)生活中不法商販換秤砣的不合理性，也讓工程技術(shù)理念植根于心中。

如在“電路連接”一課中，為了讓學(xué)生動(dòng)起來(lái)，教師可引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察電路的連接方式，也可引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)觀察到的電器工作情況，思考其連接方式。如在樓梯燈的設(shè)計(jì)中，引入單刀雙擲開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)樓上樓下雙控，引入光控開(kāi)關(guān)或是聲控開(kāi)關(guān)，或是兩者并用，實(shí)現(xiàn)生活自動(dòng)化，有利于節(jié)能，也便利了生活。在“做”中學(xué)習(xí)，在調(diào)查和實(shí)做中獲取和積累知識(shí)，參與操作與實(shí)踐過(guò)程中獲得經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)感性到理性的飛躍，通過(guò)積極思考生活中的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并通過(guò)認(rèn)真實(shí)踐，學(xué)生從更高意義上體會(huì)STEM理念，并通過(guò)反復(fù)思考和琢磨，養(yǎng)成較強(qiáng)的工程思維。

另外，工科技能是STEM所倡導(dǎo)的技能之一，而要擁有這種技能，必須引導(dǎo)學(xué)生去制作一些裝置和工具，現(xiàn)行的初中物理教材中，有著較多的裝置和工具，且制作過(guò)程并不復(fù)雜，只要教師加以引導(dǎo)，學(xué)生經(jīng)過(guò)實(shí)踐和思考，能夠輕松完成制作過(guò)程。但學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中要統(tǒng)籌考慮裝置的結(jié)構(gòu)、造型和用料、技術(shù)原理等，如在學(xué)習(xí)“物體的浮沉條件”時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生從生活中尋找一些材料，營(yíng)造人性化的課堂氛圍，讓學(xué)生通過(guò)多媒體方式觀察木頭、船、潛水艇等在水面上的沉浮過(guò)程，體會(huì)浮沉的原理，這樣學(xué)生參與制作的興趣更濃，會(huì)帶著熱情投入制作過(guò)程中。教師可適時(shí)給予指導(dǎo)，對(duì)于學(xué)生制作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提出可行性建議，通過(guò)掃除學(xué)生的制作障礙，最終讓學(xué)生真正學(xué)有所獲，學(xué)有所樂(lè)。在學(xué)習(xí)“聲音是什么”這節(jié)內(nèi)容時(shí)，也可讓學(xué)生仿制一個(gè)聽(tīng)診器，在這個(gè)過(guò)程中，師生深入互動(dòng)，共同探討制作技巧，學(xué)生運(yùn)用自己所學(xué)聲音知識(shí)，將生活中對(duì)聲音的了解和經(jīng)驗(yàn)遷移到制作過(guò)程中，真正理解聲音的產(chǎn)生與傳播。

三、敢于質(zhì)疑，培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力

STEM指出，知識(shí)的積累離不開(kāi)生活的真實(shí)，工科將實(shí)踐操作和解決實(shí)際問(wèn)題作為學(xué)習(xí)的重要途徑，物理知識(shí)并不是高高在上和脫離實(shí)際的，恰恰相反，物理知識(shí)蘊(yùn)含于豐富多彩的生活當(dāng)中，不管是生活應(yīng)用、交通出行、生態(tài)環(huán)境，還是資源利用都牽涉到物理知識(shí)。因此，教師要充分關(guān)注生活，將生活中的知識(shí)還原到物理教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)置情境化課堂，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，融入課堂氛圍中，敢于大膽質(zhì)疑，并能夠運(yùn)用學(xué)到的物理知識(shí)，設(shè)計(jì)出解決方案和落實(shí)辦法框架，并積極主動(dòng)地參與到實(shí)踐過(guò)程中解決遇到的物理問(wèn)題。

STEM特別強(qiáng)調(diào)“在實(shí)踐中學(xué)習(xí)”，與實(shí)踐割裂的教育顯然不符合STEM教育理念。而將設(shè)計(jì)過(guò)程與實(shí)踐融合，則是STEM追求的教育目標(biāo)。從根本上講，設(shè)計(jì)是工程教育的靈魂和核心，借助讓學(xué)生設(shè)計(jì)出具備針對(duì)性的物理學(xué)習(xí)方案和圖紙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，學(xué)生在借鑒前人成果基礎(chǔ)上，通過(guò)反思總結(jié)制作出裝置和產(chǎn)品，從中學(xué)到更多的物理知識(shí)和原理。為此，在課堂上，要潛移默化地滲透STEM理念，引導(dǎo)學(xué)生多關(guān)注生活中的物理現(xiàn)象，用STEM思維去探索、去質(zhì)疑，分析物理現(xiàn)象的本質(zhì)。學(xué)生提出質(zhì)疑，教師要給予鼓勵(lì)，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用STEM思維去看待這些現(xiàn)象，讓學(xué)生真正思考這些現(xiàn)象，并帶著疑問(wèn)去探索，最大化地去解決問(wèn)題，從而更好地服務(wù)于生活。

如在“滑輪”一課的學(xué)習(xí)中，對(duì)動(dòng)、定兩種滑輪進(jìn)行合理排列和科學(xué)組合，最終形成一個(gè)滑輪組，有學(xué)生提出如何利用滑輪搬運(yùn)重物，教師則適時(shí)給予啟發(fā)，讓學(xué)生試著利用杠桿與滑輪組結(jié)合使用，最終制作出一個(gè)動(dòng)力裝置，并順利實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)重物的目標(biāo)。在這個(gè)過(guò)程中，要事先考慮好滑輪的個(gè)數(shù)、質(zhì)量，繞繩的種類、圈數(shù)，拉力的方向，更要事先計(jì)算好拉力的大小，需要縝密的設(shè)計(jì)、分析、運(yùn)算、推理，這往往需要學(xué)生聯(lián)合起來(lái)才能解決，在不斷地質(zhì)疑、分析、推理、運(yùn)算過(guò)程中，學(xué)生真正理解了杠桿和滑輪的內(nèi)涵和原理，對(duì)工程思維的理解又上了一個(gè)層次，工程設(shè)計(jì)能力也得到穩(wěn)步提升。

STEM教育運(yùn)用于物理教學(xué)，旨在將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行融合，構(gòu)建更具前瞻性和可行性的教育方法，引導(dǎo)學(xué)生積極探究，全力激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，借此培養(yǎng)學(xué)生的工科思維和工程設(shè)計(jì)能力。作為教師要洞察STEM教育理念的精髓，努力營(yíng)造有效課堂和人性化教學(xué)氛圍，引導(dǎo)學(xué)生利用STEM思維解決各種物理現(xiàn)象和問(wèn)題，以此對(duì)學(xué)生進(jìn)行STEM教育的滲透，引領(lǐng)學(xué)生在物理世界中任意遨游，實(shí)現(xiàn)其全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱立偉.基于“5C”模式的STEM教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)[J].教育信息技術(shù)，2018（9）.

[2]梁炳釗.初中物理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)的選擇[J].教學(xué)與管理，2018（13）.

（責(zé)任編輯：姜波）