STEM教學形式下的初中物理教學方式

■甘肅省天水市秦州區(qū)楊家寺中學 趙少軍

STEM整合教育指的是學生積極參與，建立在項目上的跨學科學習模式，應用科學化工程設(shè)計及科學探究形式，采用團隊協(xié)作模式解決實際問題，可將學生生活、抽象知識點、物理學習內(nèi)容及學習過程整合。STEM模式下整合教學理念及實踐措施，可促進學生學習積極性增長，使其在學習中收獲工程和技術(shù)理論，強化學科整合概念。在初中物理教學中，以多學科整合為基礎(chǔ)構(gòu)建的STEM項目的應用，根本目的為培養(yǎng)核心素養(yǎng)，教學途徑為意義建構(gòu)，生活經(jīng)驗為教學形式，以此拓展物理教學內(nèi)容，促進學生全面發(fā)展進步。

一、STEM教育概念

2017 年，《義務教育小學科學課程標準》得以修訂，表明STEM 屬于課程組織形式的一種，導向以問題解決和項目學習為主，整合了數(shù)學、技術(shù)、工程和科學?！吨袊鳶TEM 教育白皮書》（中國教育科學研究院），其中明確標識，STEM教育具有跨學段和跨學科特點，要求社會全體成員廣泛參與，屬于教育創(chuàng)新實踐模式的一種。STEM教育融合了多種學科，涵蓋科學、技術(shù)、工程與數(shù)學等，為學科英文名稱的首字母簡稱的組合。從科學層面理解STEM的內(nèi)涵，指的是以自然科學學科知識的應用，正確認知世界本質(zhì)；從技術(shù)層面理解STEM的內(nèi)涵，指的是以創(chuàng)新和實踐為主要形式，輔助學生懂得技術(shù)，并熟練操作和應用，把控技術(shù)本質(zhì)，以批判性的眼光總結(jié)和評價技術(shù)本質(zhì)；從工程層面理解STEM 的內(nèi)涵，指的是項目設(shè)計與開發(fā)，以學生跟蹤工程項目進度能力培養(yǎng)為根本，鍛煉學生對工程學習的積極性；從數(shù)學層面理解STEM 的內(nèi)涵，指的是營造生活情境，依靠數(shù)學思維和運算能力，發(fā)現(xiàn)并有效解決問題。STEM教學理念的目的，就是促進學生上述四種素養(yǎng)水平的提升。

學生在初中學習中，最關(guān)鍵的組成學科就是物理，許多物理教師關(guān)注物理科學知識在社會生活中的應用，注意學生學科素養(yǎng)的培養(yǎng)，可在物理情境問題中鍛煉學生的推理能力，應用數(shù)學工具解決物理學習問題，鍛煉學生合作實踐，培養(yǎng)學生物理技術(shù)操作能力，部分物理課程中，也包括了工程技術(shù)的開展設(shè)計和應用。所謂STEM教育，并不是特殊性的教學形式，而是理工科綜合學習的方式，在社會迅猛發(fā)展背景下，STEM 教育所涉及的學科領(lǐng)域不斷增加，涵蓋醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等，以項目學習為導向，以問題為導向，以科學知識理論為基石，以工程和數(shù)學作為解決問題的方式和手段，所以在初中物理教學中，STEM 教育的應用主要具備三種特征：第一，學習形式選擇項目學習，依靠開展項目學習，調(diào)動學生主觀能動性，引起學生好奇心，多樣化學習形式，具有強而有力的學習目標導向性，時間管理屬性存在學習過程中，學生學習選擇權(quán)靈活度較高，這一教學形式的應用，可引導學生技能和知識向預定方向發(fā)展，構(gòu)建跨學科的綜合性活動，激發(fā)學生探究熱情，完善物理知識體系，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)物理問題，設(shè)計項目并協(xié)同解決的能力。第二，信息化手段的應用，優(yōu)化學習效果，STEM教學形式的應用，可借助信息化措施，將音頻、視頻、圖像、網(wǎng)絡(luò)平臺及各類軟件等資源整合應用，信息傳遞速度得以提升，物理知識建構(gòu)效率及物理問題解決速度也不斷提高，促進學生知識理解能力和應用能力的提升，幫助學生深入學習物理知識；第三，關(guān)注團隊合作，STEM 教學形式下，學生要以合作形式設(shè)計和開發(fā)項目，在完成過程中交流彼此經(jīng)驗，暢談彼此觀點，把控項目建設(shè)進度，學習手段豐富，學習計劃落實徹底，彼此相互協(xié)同合作，實現(xiàn)教學效果的提升。

二、STEM教學形式下的初中物理教學方式

當前，中等教育關(guān)注職業(yè)教育和普通教育，二者相互滲透，共同發(fā)展，職業(yè)教育呈現(xiàn)普通化發(fā)展，普通教育彰顯職業(yè)化特色，已經(jīng)成為教育教學發(fā)展的主要方向，開展STEM 教育工作時，涵蓋工程與技術(shù)的理念，其與培養(yǎng)學生教學目標，鍛煉學生技術(shù)能力等教學目標密切相關(guān)。所以開展初中物理教學時，必須整合物理學科特征，通過深入物理知識學習，輔助學生工程技術(shù)理念水平的增長，以符合STEM教學形式需求，促進學生全面發(fā)展進步。

（一）將STEM意識融入物理知識教學

STEM 教學形式屬于技術(shù)與工程結(jié)合的教育形式，物理學科是工科與理科的整合，工科教育的首要目的就是培養(yǎng)學生由工程角度思考問題的能力，這一能力就是將自然科學原理及學生把控的技術(shù)經(jīng)驗，人類應用和改造自然過程中，這一能力不可或缺，以在學生頭腦構(gòu)建高組織性和高完善度的人腦機能體制，構(gòu)建高級大腦活動內(nèi)容。STEM 教學中，以調(diào)動學生實踐能力為主要目的，激發(fā)學生主觀能動性為開展內(nèi)容，使學生能將理論和實踐結(jié)合。STEM教學引導下，將教育學生和培養(yǎng)學生作為教學關(guān)鍵，注重學生離校以后工程技術(shù)實踐及職業(yè)定位選擇的應用。初中物理課堂授課時，不僅需要強化學生學習數(shù)學方法和物理知識的能力，此外，需要在實踐中融合知識點，促進學生社會參與度的提升，有目的性地組織實踐活動，培養(yǎng)學生情感意識和物理實踐能力。首先，STEM 教學形式的應用，是工程與技術(shù)的融合，發(fā)揮指導培養(yǎng)工程技術(shù)的效用，教師是物理教學的組織者，是物理課堂的營造者，其通過設(shè)計教學活動，對學生進行引導，促進學生物理素養(yǎng)和能力的增長，開展物理教學時，應用STEM 教學形式干預，主要需要采取下列方式進行：第一，對物理教材中的工程技術(shù)素材進行挖掘，開展物理教學活動時，物理教材必須注重拓展與創(chuàng)造的融合，拓展思維，啟發(fā)智慧，合理選擇適當?shù)慕虒W內(nèi)容后，開展加工干預，以設(shè)計豐富化和靈動化的物理課程。當前，物理教材中處處彰顯了工程技術(shù)知識，不僅包括自然科學原理，還包括人們的實踐積累，其均可以作為物理教學中STEM教學形式落實的重要形式，需要了解教材本質(zhì)，深入挖掘教材內(nèi)容，設(shè)計教學時，融合STEM工程技術(shù)理念與教材知識開展教學。例如，教師在對“聲現(xiàn)象”的物理知識進行教學時，其教學內(nèi)容包括聲音傳播形式、產(chǎn)生形式、特點特征、噪聲危害性及噪聲控制方式等，就可以設(shè)計讓物體發(fā)聲的實驗，讓學生在實驗中探究聲音是怎樣產(chǎn)生的，判定聲音是否能在液體、固體及真空環(huán)境下傳播，實驗中，協(xié)助學生觀察實驗現(xiàn)象，并借助生活中的器材，開展科學的物理探究。為更好地滲透STEM 教學方式，教師還可以增設(shè)制作類的活動，在學習完課程內(nèi)容后，讓學生動手制作電話，對聲音傳播的條件進行體悟，在制作中，對電話的外觀和聲音傳播效果必須格外關(guān)注，以鍛煉學生的工程意識。第二，有目的地設(shè)計工程技術(shù)教學活動，教學目標為教學活動開展的前提，教學活動營造必須圍繞教學目標開展，教學目標是教學設(shè)計的關(guān)鍵，教學目標對教學活動的設(shè)計發(fā)揮著引導和決定作用，其可調(diào)整教學活動，對學生學習活動發(fā)揮規(guī)范引導作用。所以教師必須有目的地設(shè)計工程技術(shù)教學活動，使學生在開展物理實驗時，提升自身科學探究學習素養(yǎng)，提升學生物理學習熱情，獲得知識獲取的成就感，獨立思考，創(chuàng)新進步，關(guān)注科學技術(shù)發(fā)展進步，樹立可持續(xù)發(fā)展價值觀念，所以教學目標設(shè)計中，知識與技能目標必須合理利用生活實例，使學生了解不同物理裝置工作原理，鍛煉學生模仿物理機械的能力，過程與方法目標設(shè)計時，必須使學生在把控相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，獨立性開展實驗操作，設(shè)計實驗裝置器材，促進學生實踐操作能力的增長。在情感態(tài)度與價值觀目標培養(yǎng)中，應使學生意識到科學技術(shù)對人們生活所產(chǎn)生的影響，促進學生實踐素養(yǎng)及工程思維的增長，幫助學生有效應用物理知識對實際問題進行解決。比如，開展“電與磁”的物理知識教學時，設(shè)置物理知識與技能教學目標，讓學生進行指南針的設(shè)計制作，以此幫助學生從電與磁的現(xiàn)象出發(fā)，體會到電與磁的物理知識與生產(chǎn)生活之間的聯(lián)系，應用實際現(xiàn)象及知識，制作指南針，培養(yǎng)學生的技術(shù)創(chuàng)造意識。

（二）寓教于樂，培養(yǎng)學生的STEM思維

初中學生年齡普遍處于13～16 歲的階段，他們的思維處于過渡和發(fā)展的關(guān)鍵時期，雖然抽象思維初步形成，但是認知仍然以形象為主。初中生在初中階段首次學習物理，開展STEM 教學時，更加重視學生學習物理知識的情境感和體驗感，所以預設(shè)STEM 教學模式時，可鍛煉學生思維能力，所以教師必須重視物理教學趣味化程度，以保障可合理應用物理教學STEM 理念。STEM 教育形式的提出，并不只是單一化地培養(yǎng)學生的工科思維，不是讓學生死板地學習技術(shù)和掌握物理知識，而是促進學生思維、素養(yǎng)和技能綜合全面發(fā)展。所以興趣發(fā)揮的作用尤為顯著。STEM教學活動在初中物理教學中，以激發(fā)學生物理知識學習主觀能動性為主要目的。興趣包括直接和間接兩種，直接來源于事物本身及現(xiàn)象本身的認識，具有暫時性特征，間接興趣屬于目標實現(xiàn)過程及實現(xiàn)結(jié)果的期望興趣，具有持久性表現(xiàn)。由于物理現(xiàn)象較為直觀，與學生生活密切聯(lián)系，所以物理教學時，需要以演示實驗和游戲活動等方式，保持學生學習物理知識的主動性和積極性，但是不能盲目培養(yǎng)，而是要注重游戲及實驗開展的目的，使學生在游戲和時間過程中，可收獲預期結(jié)果，促進其間接興趣的提升。以此，依靠制作創(chuàng)意產(chǎn)品、物理實際問題解決等形式，培養(yǎng)學生的學習積極性。STEM教育中，可依靠科學知識情境導入，依靠機器運作形式分析，承重項目工程制作等，使學生在娛樂過程中探尋并發(fā)現(xiàn)問題，自主探尋問題的解決方法。例如，教師在對“光現(xiàn)象”的物理知識進行教學時，針對光的色散，可以讓學生了解到，白光可以被色散為不同顏色的單色光，對不同顏色的單色光混合，可重新組合，獲得其余顏色的光，以此讓學生準備顏色不同的顏料，依據(jù)顏料的不同，合理進行配比，進行顏色的調(diào)整混合，以獲得新顏色。進而引發(fā)學生思考，單色光的獲取方式是什么呢？怎樣才能組合單色光呢？讓學生在思考中不斷探尋問題的解決方式，培養(yǎng)學生探究熱情，輔助學生形成良好的工科思維。

（三）訓練鞏固，滲透物理技能訓練

做是知識掌握程度最好的檢驗形式，傳統(tǒng)知識學習阻礙學生智力發(fā)展和能力進步，以活動性和經(jīng)驗性的作業(yè)完成，在實踐操作中，促進學生物理實踐能力和操作素養(yǎng)的增長，鞏固所學習的知識點，最終獲取物理產(chǎn)品，制作過程中，彰顯STEM 教學形式的技術(shù)理念。STEM 教學形式要求將理論知識還原于生活，對實際生活中的問題進行解決。要使物理知識服務于工程和技術(shù)教育，就必須保障學生在真實環(huán)境下操作。首先，開展模仿制作，便于學生對物理裝置應用的科學原理進行把控，實現(xiàn)原基礎(chǔ)上的創(chuàng)新發(fā)展。STEM 教學的應用，可開展攻克基礎(chǔ)性教育，使學生在制作小裝置時，感悟到物理知識應用的重要性。例如，在對“杠桿”的物理知識教學時，可以在杠桿這一生活中常用的工具入手，引導學生模仿制作杠桿，這不僅需要學生分析杠桿平衡條件，構(gòu)建模型，還需要應用數(shù)學知識，確保杠桿稱量的準確性，以保障學生制作杠桿時，可以感悟到STEM 領(lǐng)域制作時數(shù)理與技術(shù)之間的緊密聯(lián)系。在開展“電流與電路”知識學習過程中，教師引導學生對電路連接的方式進行觀察，其屬于生活中常見的工具，依據(jù)電路的連接狀況，模擬家庭中電路的設(shè)計方式，以紙盒作為房間進行制作實驗。這一制作活動可以課上完成，也可以課下完成，不僅可以培養(yǎng)學生電學應用能力，還可以讓學生感悟到STEM工程技術(shù)理念在生活中應用的價值效益。

（四）物理知識應用，鍛煉學生實際問題解決能力

STEM 教學形式應用的主要目的還包含將知識還原于生活，輔助學生于情境化背景下，不斷提升自身問題解決的能力。工科理論注重實踐操作，與實際生活密不可分，顯示生活中，物理知識與實際問題之間的關(guān)聯(lián)密切，廣義角度不僅涵蓋資源合理利用和環(huán)境保護，狹義角度也包括便利生活的輔助等。所以，教師必須注重物理知識的應用，STEM 教學形式下，應用物理知識，進行實際問題解決方案的設(shè)計，并對設(shè)計方案印證，實現(xiàn)專業(yè)化制作人才培養(yǎng)的目的。例如，教師在對“汽化和液化”的物理知識進行教學時，當前，環(huán)境形勢嚴峻，可以引導學生保護水資源，課堂中，可以應用鹽水進行淡化海水實驗的模擬，輔助學生解決物理現(xiàn)實中的問題。又如，學習滑輪知識后，可以組合動滑輪和定滑輪，組成滑輪組，在限定條件下，實現(xiàn)重物提起目的?？梢灾谱髂M搬運重物的機器，學生需要綜合考量繞繩數(shù)量和拉力，依靠數(shù)學思想進行計算，設(shè)計裝置，實現(xiàn)重物搬運目的。學生在應用物理知識設(shè)計時，工科思維、數(shù)學思維、技術(shù)應用等能力均得以提升，有效解決了實際問題。

三、結(jié)語

綜上所述，STEM 教學形式的開展，必須注重跨學科的知識學習，采取靈活性的實驗形式，必須以培養(yǎng)學生的問題解決能力，實踐操作能力和探究學習能力為主，強化學生物理學科素養(yǎng)，促進學生物理思維水平的提升，促進初中學生全面發(fā)展進步，提升物理教學實效性。