融合STEM理念的初中物理教學策略

■江蘇省宜興市教師發(fā)展中心 戴 駿

初中物理教學應用STEM理念，在物體的沉與浮、變阻器物理知識的學習中都有實踐，主要以傳統(tǒng)的教學模式為基礎進行改進。本文討論融合STEM理念的初中物理教學，涉及的內容有教學目標的設置、激發(fā)學生學習興趣、強化系統(tǒng)思維、對物理知識分類。促使學生在學習物理知識時，思維靈活，善于遷移知識。

初中學生通過學習物理知識，掌握系統(tǒng)解決問題的辦法。學會設計實驗方案，探究物理現(xiàn)象的成因，探究物理概念。STEM是一種新的物理教學理念，其以科學、技術、工程和數(shù)學學科知識為基礎，構建了一個模擬真實環(huán)境的探究主題。在STEM教學中，學生感受到的是真正能和實際聯(lián)系的物理學習，而不再是為了學習而學習。融入STEM理念的物理教學方法多樣，包括以項目為基礎、以探究為手段、以問題為導向。學生借助STEM理解實驗方案的設計和實施，逐漸強化技術和工程能力。STEM教學是一種項目式教學的拓展，教師應設計符合教學需求的項目主題，并引導學生展開探究。

一、合理設置教學目標，培養(yǎng)學生科研能力

STEM理念中的四個字母分別代表的是科學、技術、工程和數(shù)學，因此融入STEM理念的物理課所包含的內容非常多，教師需要指導學生關注學習的重點。將STEM理念融入初中物理的教學活動中，明確了對學生教育和培養(yǎng)的重要方向。新形勢下，我國開展新一輪的教育改革，所堅持的戰(zhàn)略主題是以人文本的素質教育。教學過程中重視培養(yǎng)學生解決問題的能力，善于激發(fā)學生創(chuàng)新精神。我國發(fā)展STEM教育，探索新的發(fā)展領域，也就是眾創(chuàng)空間、跨學科學習以及創(chuàng)客教育。應用STEM理念，展開初中物理教學活動，需有明確的教學目標，并明確學生的學習目標。在初中物理教學中應用STEM需要設置合理的教學目標，符合學生的知識基礎、能力特點、心理特征。在適合初中學生探究的STEM項目中，他們的科研能力才可以得到最有效的發(fā)展。

例如，在學習蘇教版初中八年級上冊的光學知識時，教師對知識點進行整合，推出了“魔幻光影”主題?！澳Щ霉庥啊睂⑽璧副硌莺凸饩€展示結合了起來，學生在其中不僅僅要進行好玩的表演，還可以領略到奇幻的燈光，學習到各種和光學有關的物理知識。所涉及的知識點有光的直線傳播、光的反射以及平面鏡成像。學習模式以小組合作為主，需要學生解決五個物理問題。（1）表演者在表演過程中，出現(xiàn)了與本身相同的影像，這是利用了光學領域的什么原理呢？（2）上課的教室能容納40名學生，展示魔幻光影需要科學選擇表演者，也要合理設計舞臺，那具體怎么做才能保證全班同學都能清楚看到表演呢？（3）第二個表演者出現(xiàn)的時間應如何控制呢？（4）想要讓兩個表演者在同一高度上表演要怎么做呢？（5）怎樣做才能保證表演景象清晰呢？這五個問題針對五個學習目標。因為這五個問題和初中物理光學知識緊密聯(lián)系，符合學生的探究能力，所以學生可以參與其中，他們的科研能力得到了進一步發(fā)展。在學生以小組的形式完成探究后，教師還可以提供機會，讓學生進行表演，這樣可以使學生獲得親身體驗。在教學的最后環(huán)節(jié)，教師可以讓學生將“魔幻光影”探究中的知識點總結起來，形成一張知識樹圖。這樣就能保證學生真正達成了教學目標?？梢?，所確定的教學和學習目標體現(xiàn)STEM理念，有助于為社會培養(yǎng)科研能力較強的人才。在初中物理STEM教學中，教師首要任務是設置合理的教學目標，保證STEM教學目標明確。

教育目標是課堂教學的導向，教師在實踐教學展開過程中所能達成的效益會影響所采用的教學方法，引入的教學內容往往都會受到教育目標的影響和引導，為了讓初中物理教學在實踐展開的過程中所能達成的效益和影響進一步提升，促進學生學科素養(yǎng)的養(yǎng)成，教師就需要對教育目標做出有效的調整，根據(jù)學生的學齡特點和初中階段教育內容以及整體教育目標教育需求做出綜合的考量，對教育目標進行相應的調整完善和優(yōu)化，讓教學工作在實踐展開的過程中有更加清晰的方向，教師在教學展開的過程中則可以牢牢記住教育目標，跟著教育目標出發(fā)對教學進行針對性的調節(jié)和優(yōu)化。

二、課上鼓勵動手實踐，激發(fā)學生學習興趣

開展初中物理教學活動，教師需重視激發(fā)學生學習興趣。興趣是最好的老師，沒有興趣的物理課堂必定是枯燥無味，讓人昏昏欲睡的。傳統(tǒng)教學教師在課堂上占據(jù)主導地位，融合STEM理念應轉變這種模式，把更多的發(fā)言機會留給學生。初中物理各章節(jié)的知識相互有一定的聯(lián)系，轉變教學觀念時，需引導學生對這種聯(lián)系進行總結，使學生意識到全面掌握各章節(jié)的知識，才能將所學到的內容融會貫通。為有效激發(fā)學生對物理的學習興趣，可多為學生提供動手實踐的機會。在初中物理STEM教學中，教師可以根據(jù)教學內容安排動手實踐的環(huán)節(jié)。學生動手的時候，他們的注意力比較濃厚，學習興趣也被帶動起來，教學的效果則可以保證。

例如，在學習蘇教版八年級下冊的氣體壓強知識時，讓學生動手操作，兩只手分別拿一張紙，用嘴向中間吹氣，學生觀察到的現(xiàn)象是兩張紙向中間靠攏。這與學生實驗前的猜想截然不同。實驗前學生猜想紙張會偏向兩側，而實踐表明學生的猜想是錯誤的。由于向中間吹氣，流動的氣體壓強小，而兩側的氣體不流動，壓強大，致使紙張被壓向中間。在這一操作后，教師再提供給學生漏斗和乒乓球，要求學生將乒乓球放在漏斗的口部，再倒著從漏斗的另一端吹期。學生發(fā)現(xiàn)吹起的時候，乒乓球不會從漏斗口掉下去。學生對這一實驗現(xiàn)象也產生了濃厚的興趣，他們議論紛紛，希望尋找到問題的答案。學生自己動手操作，實踐性強，對這一實驗印象深刻，同時也會對大氣壓強的有關知識產生濃厚的興趣。學生在教學活動中積極參與，有利于教師順利完成教學任務。改變以往學生被動學習知識的局面，學生主動學習，上課時就會在頭腦中處理一些問題，培養(yǎng)學生積極動腦思考的好習慣。物理知識與生活實際密切相關，教師鼓勵學生將課堂上學到的物理知識應用到生活實際中，會讓學生獲得成就感。同時學生也有了展示自我的機會，將自己的想法和觀點付諸實踐，鍛煉學生的創(chuàng)造力，實現(xiàn)STEM理念的教學目標。

初中階段的時候教育主體的動手操作欲望和動手操作興趣是相對較強的，教師可以利用該階段學生的主體特征引入更多的實踐類活動，一方面可以有效地調動學生的主觀能動性，讓學生從被動接受變成主動參與，提高教學效率和教學質量，另外一方面通過學生自主探索分析得出的結論學生在理解和認識上更加清晰，在應用上更加靈活，可以為學生知識點的掌握提供更多的幫助，教師需要引起關注和重視，結合初中階段學生的能力特點和教育需求設計相應的實踐類活動，以此為中心提高實踐類活動開展所達成的效益和影響。

三、以提出問題為導向，增強學生系統(tǒng)思維

物理教學能實現(xiàn)提高學生工程思維的目標，因為物理這門學科經(jīng)常需要通過做實驗來驗證理論。進行物理實驗時，教師需保證學生安全，通過為學生講解和演示實驗，防止學生在實驗過程中發(fā)生錯誤的操作。實驗期間，教師應流動視察，幫助學生解決一些問題。進行物理實驗通常以問題為導向，學習形式大多為小組合作、討論。小組合作討論期間，教師應給予學生比較多的思考空間。在初中物理STEM教學中，教師不僅自己提出問題，還要引導學生提出問題。STEM是一項創(chuàng)新活動，其和眾多的學科聯(lián)系緊密。只有學生從其中發(fā)現(xiàn)問題，他們才可以更好地參與STEM活動。如果初中學生不能較好地提出問題，教師可以進行必要的指導和提示。

例如，在蘇教版八年級上冊氣化、液化有關知識的學習中，就可以運用實驗的方式來進行探究。教師將實驗用到的器材展示給學生，有鐵架臺、石棉網(wǎng)、燒杯、溫度計、水、酒精燈、紙張。在教師為學生演示實驗操作步驟時，向學生提出問題：（1）實驗需要使用哪些材料？（2）實驗應如何進行？（3）實驗數(shù)據(jù)應如何記錄？之后安排學生從課本中尋找答案。經(jīng)過研究和討論，學生對即將要進行的教學環(huán)節(jié)會比較容易接受。有效的引導過程，能促進學生思考。與此同時學生也會在探究過程中產生一些疑問，產生疑問則說明學生真正思考了，這是非常值得鼓勵的，此時教師應該做的是耐心答疑。有時學生產生的疑問可能與本節(jié)課的知識關聯(lián)不大，教師不應忽略，而是應該耐心聆聽，適當與學生交流討論，并引導學生通過實踐或者是查閱資料來解決自己的疑問。以問題為導向，探究物理知識，實現(xiàn)增強學生系統(tǒng)化思維的教學目標。例如，學生在實驗中感覺汽化速度太慢了，他們提出問題“有什么方法可以加快汽化實驗的速度？”這個問題涉及實驗的設計，能提升學生的實驗素養(yǎng)。教師可以適當提示，教師說：“汽化和什么因素有關？”學生思考后發(fā)現(xiàn)影響汽化的因素是溫度。根據(jù)這一點，學生可以想到加快汽化的方法，分別為增加水的初始溫度和減少水的質量。在解決問題后，教師可以指導學生重新進行實驗，改進實驗后，驗證結論的正確性。在這個問題討論結束后，教師還可以讓其他學生說出他們的問題。學生不斷提出問題、解決問題，他們對汽化和液化的實驗認識逐步全面。可見，在初中物理STEM教學中，問題鏈是幫助學生形成系統(tǒng)思維，提升系統(tǒng)能力的有效方法。教師可以通過有效教學策略來引出學生的各種有價值問題。

加強知識點與知識點之間的聯(lián)系是十分必要的，很多學生在初中物理知識學習的過程當中面臨的最大的一個問題在于初中物理涉及的內容較多較廣，這也就導致了學生在學習的過程中面臨著較多的問題和困境，知識點過于零散，學生的記憶壓力相對較大，在記憶過程中時常會出現(xiàn)知識點混淆的情況，為此教師就需要厘清知識點和知識點之間的內在聯(lián)系，讓學生將知識點形成體系，通過這種方式幫助學生在腦海中建構相應的框架，提高學生理解應用的能力，為學生學習奠定好基礎和保障，同時也有助于訓練學生的學科思維。

四、應用STEM理念，劃分物理知識類別

物理知識在科學、技術、工程、數(shù)學領域都有涉及，每一學科所涉及的知識有較大的區(qū)別。物理教師實際開展教學活動中，應對知識點進行分類。清晰的認識這節(jié)課具體能培養(yǎng)學生的哪些能力，也方便制定合適的教學手段。對物理知識分類別的好處體現(xiàn)在教師的導向和學生的學習上。有了清晰的分類，教師可以有效地實施STEM，避免教學的重點不明確。有了清晰的分類，學生可以有針對性地學習各種物理知識。

例如，蘇教版初中物理九年級的電磁轉換知識，與科學有關的內容有電磁繼電器的工作原理、電磁繼電器電路構成、導體的定義、絕緣體的定義。與技術有關的內容是如何正確使用電磁繼電器、正確連接電路的注意事項、運用電磁繼電器的工作原理制作水位報警器。與工程有關的知識點主要是問題的解決，在制作水位報警器的過程中，如何使用不同的燈顯示不同的水位，某一段電路應選擇串聯(lián)還是并聯(lián)，如何正確設置兩個燈之間的關系。數(shù)學的本質是一種工具，能服務于工程和技術。在電磁繼電器中涉及數(shù)學知識有報警器水位；導線的長度；確定出合適的電池個數(shù)，以保證電路能安全運行。學生探究STEM主題后，教師再讓學生對照知識類別進行知識羅列。教師要求學生將他們獲取的科學、技術、工程和數(shù)學領域的知識提取歸類出來，這樣可以幫助學生達成對STEM主題的深刻理解。

通過劃分電磁繼電器知識點所屬領域，幫助學生理解相關知識，也更好運用相關知識。制作水位報警器是一項非常復雜的工作，會讓學生感到非常困惑，具體操作也無從下手，在接觸到與之相關的物理題目時，思維非?；靵y。當教師為學生理清各個知識點所屬領域時，學生的思路會變得清晰，有效減輕學生的畏難情緒。當學生能分別理解和掌握STEM的知識點時，就能進一步將這四方面的內容融為一體，完全掌握水位自動報警器的制作方案?？梢?，對STEM項目中的知識和技能類別進行劃分，使教學更為清晰。教師完全可以根據(jù)這一劃分來安排講授教學、學生探究學習、學生合作討論等項目。

五、結語

物理這一學科的學習綜合性較強，融合STEM教學理念有較強的可行性。初中物理STEM教學是一項綜合的工程，需要精心設計，并有效實施。運用實踐探究物理知識，對整個實驗進行系統(tǒng)分析，提取其中的科學、技術、工程、數(shù)學內容，能方便學生理解實驗，將整個實驗過程內化于心。教師教學時應以問題為導向，培養(yǎng)學生系統(tǒng)化的思維，在課上鼓勵學生動手實踐，有效激發(fā)學生學習興趣。STEM教學所涉及的內容比較廣泛，教師應該以初中生的能力特點和心理特征為基礎，選擇適合他們探究的主題項目。在STEM項目探究中，教師要關注學生的學習效果，盡量以學生的親身體驗為主。只要這樣，才可以實現(xiàn)初中物理STEM教學的真正價值。