STEM教育理念下的初中物理教學(xué)策略

張靖紅

【摘要】傳統(tǒng)的初中物理教學(xué)過于模式化，學(xué)生被動接受一系列知識，難以落實物理核心素養(yǎng)，因此需要探究一種新型的物理教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端。文章以STEM教育理念為中心，闡述了STEM教育理念的特點、應(yīng)用原則、應(yīng)用意義，分析了基于STEM教育理念的初中物理教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】STEM教育;初中物理;概念;意義;策略

一、引言

STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics）教育的出現(xiàn)，緩解了傳統(tǒng)教育環(huán)節(jié)存在的弊端，優(yōu)化了課堂教學(xué)效果。具體而言，STEM和傳統(tǒng)的學(xué)科分離教育不同，其強(qiáng)調(diào)各個學(xué)科之間是存在聯(lián)系的，應(yīng)該將工程、科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)聯(lián)合在一起進(jìn)行分析，提高學(xué)生的綜合能力。將STEM教育和中學(xué)物理學(xué)科相結(jié)合，可以挖掘出物理學(xué)科中所包含的一系列社會、科學(xué)等知識。教育者基于該理念重新設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)課程資源的充分整合，提高學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣和質(zhì)量。

二、STEM教育理念的概述

（一）STEM教育的概念

STEM屬于一種專業(yè)詞匯。20世紀(jì)80年代的美國出現(xiàn)一個詞匯SMET，強(qiáng)調(diào)四門單獨的學(xué)科，其中，S指的是科學(xué)，M指的是數(shù)學(xué)，E指的是工程，T指的是技術(shù)。2001年，美國又提出了一個新的詞匯，就是STEM，和之前的SMET有所不同，其更強(qiáng)調(diào)將這四門學(xué)科緊密結(jié)合到一起[1]。如，科學(xué)的目的在于對自然界的客觀規(guī)律進(jìn)行認(rèn)知，技術(shù)和工程則是在對自然規(guī)律充分了解的前提下對世界進(jìn)行改造，數(shù)學(xué)則是技術(shù)、工程這兩門學(xué)科非常重要的教學(xué)工具。由此可以看出，這四門學(xué)科之間是存在一定的關(guān)系的。將STEM運用到初中物理課堂中，就是將這四門學(xué)科作為一個整體，引導(dǎo)學(xué)生去探究問題，解決問題，不斷發(fā)展學(xué)生的批判性思維與創(chuàng)新理念。

（二）STEM教育理念的特點

STEM教育理念具有三大特點。第一是跨學(xué)科特點。STEM教育理念強(qiáng)調(diào)將四門不同的學(xué)科融入一門學(xué)科的教學(xué)中，打破傳統(tǒng)的學(xué)科之間的界限，利用不同學(xué)科解決很多問題，對提高學(xué)生的物理探究能力具有重要的意義。第二是體驗性特點。在中學(xué)物理課程中融入STEM，教師需要創(chuàng)設(shè)生活化的情境，讓學(xué)生了解課本和生活之間存在的聯(lián)系，使學(xué)生參與并解決問題。無論是問題的提出、解決還是驗證，學(xué)生均可以獲得體驗。第三個特點是具有設(shè)計性。STEM教育理念的核心特點是設(shè)計性，教師通常會重點設(shè)計某一個問題，引導(dǎo)學(xué)生思考和探究，最終實現(xiàn)知識的構(gòu)建，提高學(xué)生的綜合能力。

（三）STEM教育理念應(yīng)用的原則

首先需要遵循關(guān)聯(lián)性原則。在初中物理課堂中應(yīng)用STEM教育理念，需要體現(xiàn)出關(guān)聯(lián)性原則。教師在課前基于所需要教學(xué)的內(nèi)容，合理地將STEM教育理念中各門有關(guān)聯(lián)的學(xué)科融入教學(xué)活動中，能夠幫助學(xué)生理解復(fù)雜的問題，提高某種技能或者綜合能力。其次是情境性原則。教師在課堂中創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)生的想象，提高學(xué)生的興趣，這樣的課堂符合學(xué)生學(xué)習(xí)的規(guī)律，能夠使學(xué)生在情境中進(jìn)行一系列探究活動，發(fā)揮出STEM教育理念的真正作用。再次是開放性原則。該原則主要體現(xiàn)為課堂的開放性。學(xué)生在教師的引導(dǎo)之下，將已經(jīng)學(xué)過的多學(xué)科知識運用到具體問題的解決中;教師通過設(shè)置開放性的實驗或者活動，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，使學(xué)生在動手、實驗、充分思考的過程中發(fā)展創(chuàng)新思維。

三、STEM教育理念在初中物理教學(xué)中應(yīng)用的意義

（一）有利于激發(fā)學(xué)生對初中物理學(xué)習(xí)的興趣

初中物理是一門非常基礎(chǔ)且重要的學(xué)科，具有抽象性與探究性。在傳統(tǒng)課堂中，物理教師所采用的教學(xué)方法是以課本為主進(jìn)行講述的方式。在這種模式下，學(xué)生對物理這門課程的學(xué)習(xí)興趣不高。融入STEM教育理念后，教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生主動地對相關(guān)問題進(jìn)行探究。這是對傳統(tǒng)課堂的徹底轉(zhuǎn)變，也確立了學(xué)生在課堂中的主體地位。在無形中，學(xué)生的注意力就會被吸引到物理課堂中，學(xué)習(xí)興趣也會得到激發(fā)。

（二）有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究與創(chuàng)新精神

STEM教育理念強(qiáng)調(diào)開放性原則。教師可以設(shè)置開放性的實驗探究活動，讓學(xué)生自主地參與到活動中，利用所學(xué)習(xí)的各科知識進(jìn)行分析思考，從而提高學(xué)生對物理學(xué)科的探究與創(chuàng)新能力[2]。

（三）有利于提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)

初中階段的物理除了要傳授學(xué)生基礎(chǔ)的物理知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的物理探究思維、科學(xué)精神與創(chuàng)新能力。在傳統(tǒng)的物理教學(xué)模式下，學(xué)生以記憶知識為主，很難落實核心素養(yǎng)，和新課改所提出的教育理念不相符。融入STEM教育理念，需要遵循情境性、開放性、關(guān)聯(lián)性等原則，是對傳統(tǒng)教學(xué)模式的創(chuàng)新，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，能夠落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

四、基于STEM教育理念探究初中物理教學(xué)策略

（一）基于技術(shù)理念創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)初中生對物理課程學(xué)習(xí)的興趣

STEM教育理念中的T指的是技術(shù)（Technology）。當(dāng)今社會，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面。教育領(lǐng)域也融入了多媒體、互動白板等技術(shù)。教材中的文字枯燥無味，物理教師要利用信息技術(shù)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)物理情境，激起學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣。

如“力”這一課的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生理解力是一個物體對另一個物體的作用，且力的作用是相互的，可以改變物體的形狀。在課堂開始之前，為了讓學(xué)生了解物理知識和學(xué)生的生活是息息相關(guān)的，教師可以利用信息技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)建生活中常見的“力”的情景，讓學(xué)生了解力的作用，如拔河比賽、掰手腕、人工推車挖土等，借助生活中的案例引導(dǎo)學(xué)生思考什么是力、力的基本特征;也可以讓學(xué)生在課堂中演示掰手腕。運用這種教學(xué)方式，可以激起學(xué)生對物理課程探究的興趣，優(yōu)化課堂教學(xué)質(zhì)量。

（二）基于數(shù)學(xué)理念和問題引導(dǎo)的結(jié)合，突破重難點知識

STEM教育理念中的M指的是Math，即數(shù)學(xué)。物理和數(shù)學(xué)的聯(lián)系是非常緊密的。物理除了要求學(xué)生能夠探究一些科學(xué)的現(xiàn)象，還需要利用所學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行計算。在初中物理課程中，教師要善于將問題引導(dǎo)和數(shù)學(xué)理念相結(jié)合，引發(fā)學(xué)生思考，幫助學(xué)生突破在學(xué)習(xí)過程中遇到的一系列重難點知識。

如“摩擦力”這一內(nèi)容是初中物理學(xué)科的重點。該課需要學(xué)生掌握生活中的摩擦現(xiàn)象與摩擦力的相關(guān)概念，了解如何增大或者減小摩擦，根據(jù)基本的數(shù)據(jù)與實際情況計算出摩擦力的大小。通常情況下，學(xué)生需要先區(qū)分出何種摩擦力的種類，然后利用不同的摩擦力知識進(jìn)行計算。因此，在該課中，教師需要圍繞三個重點提出問題。第一，摩擦力有幾種形式？第二，如何對摩擦力進(jìn)行受力分析？第三，融入特定的數(shù)值，如何將各類摩擦力計算出來？教師將數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)思維與理念融入物理課程中，讓學(xué)生以小組合作的方式對各類問題進(jìn)行分析和探討，能夠逐步挖掘出摩擦力的核心知識，提高學(xué)生的實際學(xué)習(xí)能力。

（三）基于科學(xué)理念創(chuàng)設(shè)物理實驗課堂，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神

物理學(xué)科是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，該門學(xué)科是建立在科學(xué)的基礎(chǔ)之上的。無論是現(xiàn)象還是數(shù)據(jù)的計算都不是憑空捏造的，而是存在一定的科學(xué)的依據(jù)的。因此，將物理這門學(xué)科與STEM教育理念中的Science（科學(xué)）融合在一起就顯得尤其有必要。在初中物理課堂中，實驗是非?；A(chǔ)的教學(xué)環(huán)節(jié)。對實驗進(jìn)行分析和探究不僅能夠體現(xiàn)出科學(xué)性，而且可以培養(yǎng)初中生的物理探究精神。

如在學(xué)習(xí)“物體的沉浮條件與應(yīng)用”這節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過關(guān)于浮力與阿基米德的相關(guān)知識，了解浮力的產(chǎn)生存在一定的原因，且有大小。在這節(jié)課中，則需要探究物體沉浮的條件及其在日常生活中的應(yīng)用。教師在課堂中可以設(shè)置這樣一個實驗，引發(fā)學(xué)生思考：準(zhǔn)備三個乒乓球，分別裝滿橡皮泥，裝部分橡皮泥和不裝橡皮泥，將其放入水中，讓學(xué)生先思考可能會出現(xiàn)什么。此時學(xué)生的結(jié)論不一。隨后教師將這三個乒乓球放入水中，學(xué)生看到了具體的沉浮狀況。教師接著引導(dǎo)學(xué)生思考：這三個乒乓球究竟有何不同呢？學(xué)生通過研究發(fā)現(xiàn)重力不同，繼而總結(jié)出改變物體沉浮條件的一大因素——重力。教師基于科學(xué)的實驗現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考和探究，對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神具有重要的意義。

（四）基于工程理念創(chuàng)設(shè)實踐活動，提升學(xué)生的物理綜合素養(yǎng)

初中物理課程中包含著很多與工程理念相關(guān)的知識，比如“力”“壓強(qiáng)”“簡單機(jī)械”等，因此，將工程理念融入物理學(xué)科中具有一定的實踐意義。

如在“質(zhì)量與密度”這一課中，教師讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)習(xí)的知識，基于工程設(shè)計流程，制作簡易的密度計。該任務(wù)需要小組合作，有的學(xué)生通過將雞蛋放入水中并在水中不斷放鹽讓雞蛋漂浮的實驗判斷液體的密度。接著，各個小組開始根據(jù)自身的想象設(shè)計方案，并畫出簡單的設(shè)計圖。但是在實際操作環(huán)節(jié)會出現(xiàn)一些問題，比如無法調(diào)節(jié)重心，密封困難等。此時，教師要根據(jù)具體情況，適當(dāng)引導(dǎo)，讓學(xué)生從工程師的角度去解決遇到的問題。通過不斷地探索、合作，每個小組都制作出了密度計，并在班級中分享。該類教學(xué)活動和工程理念相結(jié)合，對于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心，提高學(xué)生的綜合能力具有重要的作用。

五、結(jié)語

綜合上述分析可以發(fā)現(xiàn)，將STEM教育理念和初中物理教學(xué)進(jìn)行融合具有一定的必要性，符合初中物理這門課程的特性。具體在融入的過程中，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容合理選擇教學(xué)方法，確立學(xué)生主體地位，激發(fā)學(xué)生興趣，落實學(xué)生的初中物理核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的初中物理學(xué)習(xí)能力。

【參考文獻(xiàn)】

羅玉梅.基于STEM教育理念的初中物理實驗教學(xué)策略[J].科普童話，2020（06）：34.

孫松.基于STEM理念下的初中物理教學(xué)策略[J].試題與研究，2019（11）：102.