體現(xiàn)STEM理念的高中物理教學(xué)研究

摘 要：在傳統(tǒng)的高中物理課堂上，教師的教學(xué)理念和教學(xué)方法比較保守，只是圍繞教材的內(nèi)容開展授課，忽略了培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，使得學(xué)生不能運(yùn)用所學(xué)到的知識(shí)處理遇到的問題，學(xué)生雖然擁有不錯(cuò)的物理考試成績(jī)，但卻無法學(xué)以致用。STEM教育是一種全新的教學(xué)方式，這種教學(xué)方式是把物理知識(shí)與真實(shí)情境相互融合，加強(qiáng)了學(xué)生的探究過程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)起到積極作用，學(xué)生還能獲得不錯(cuò)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：STEM理念;高中物理;教學(xué)策略

STEM是科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，其中科學(xué)在于認(rèn)識(shí)世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術(shù)和工程則是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界、實(shí)現(xiàn)與自然界的和諧共處、解決社會(huì)發(fā)展過程中遇到的難題;數(shù)學(xué)則作為技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。STEM教育對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式產(chǎn)生了極大的沖擊，它的教育理念是重視學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，使學(xué)生能夠把掌握的知識(shí)在實(shí)際中運(yùn)用。這種教育模式能夠有效地把物理理論與實(shí)踐活動(dòng)融合在一起，可以為社會(huì)培養(yǎng)更多復(fù)合型的高素質(zhì)人才。

一、高中物理課堂教學(xué)實(shí)施STEM理念的困境

（一）教師忽視學(xué)生的主體地位

傳統(tǒng)的授課觀念仍然被高中物理教師所沿用，對(duì)學(xué)生的物理成績(jī)過于重視，把授課的重點(diǎn)放在傳授學(xué)生更多的理論知識(shí)上面，期望學(xué)生具備高水平的解題能力，對(duì)學(xué)生學(xué)以致用的能力沒有進(jìn)行重視。教師過多地占用學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，學(xué)生學(xué)習(xí)比較被動(dòng)。很多物理知識(shí)都是被動(dòng)地接受，獨(dú)立思考空間不足，無法完整地構(gòu)建物理知識(shí)體系。學(xué)生在物理課堂上的主體地位沒有受到教師重視，這不利于開展STEM理念教育[1]。

（二）教師的專業(yè)發(fā)展存在空白

當(dāng)前時(shí)期，有一些師范院校所開設(shè)的課程涉及STEM的內(nèi)容比較少，甚至還有一些院校沒有接觸STEM教育。在STEM教育中重視的是跨學(xué)科的融合，但有大部分的師范生所學(xué)習(xí)到的教學(xué)模式是分開的方式，這就導(dǎo)致了他們STEM的教學(xué)水平不高。他們進(jìn)入工作崗位之后，開展教學(xué)時(shí)的專業(yè)性就會(huì)不強(qiáng)，學(xué)生自然接受不到優(yōu)質(zhì)的教學(xué)服務(wù)。

（三）學(xué)校落實(shí)STEM的熱情度有待提高

大部分學(xué)校在對(duì)學(xué)生教學(xué)管理時(shí)，仍舊是受應(yīng)試教育的影響，關(guān)注的重點(diǎn)還是在學(xué)生的升學(xué)率方面，沒有重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育，對(duì)STEM教育的投入力度有限。除此之外，有一部分學(xué)校教學(xué)設(shè)備以及資源處于匱乏的狀態(tài)，對(duì)開展STEM的相關(guān)課程有心無力，使STEM教育落實(shí)不到實(shí)處。

二、STEM教育理念下高中物理教學(xué)特點(diǎn)

要想在高中物理的教學(xué)過程中滲透STEM教育理念，就需要教師在物理課堂上既傳授給學(xué)生物理知識(shí)，又要突破傳統(tǒng)教育理念，把物理學(xué)科與其他學(xué)科融合在一起，使學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)更加豐富。因此，滲透STEM教育理念的高中物理教學(xué)有如下的特點(diǎn)：

（一）綜合性

在傳統(tǒng)的物理課堂上，教師在授課時(shí)只是單純地講述物理學(xué)科的知識(shí)，忽略了跨學(xué)科融合的教學(xué)，使得物理教學(xué)受到限制，無法突破。學(xué)生雖然掌握足夠多的知識(shí)，但是并不能綜合地運(yùn)用，這不利于學(xué)生學(xué)習(xí)物理這門課程。把高中物理教學(xué)與STEM教育融合在一起，體現(xiàn)了高中物理教學(xué)的綜合性。教師在教學(xué)過程中能夠有效地改善物理學(xué)科的狀態(tài)，打破各學(xué)科之間的屏障，以物理教學(xué)為基礎(chǔ)向其他學(xué)科進(jìn)行延伸。加深物理教學(xué)與其他學(xué)科的聯(lián)系，使學(xué)生能夠綜合性地了解和掌握知識(shí)[2]。

（二）情境性

在STEM教育中包含了許多方面的內(nèi)容，比如工程、科學(xué)、技術(shù)等方面，這些都體現(xiàn)了物理知識(shí)在其他領(lǐng)域的實(shí)際運(yùn)用。這些具體的情境可以使得學(xué)生更加深入地認(rèn)識(shí)和接觸現(xiàn)實(shí)的教育場(chǎng)景。STEM教育理念要求高中物理教學(xué)要以真實(shí)的面貌呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，引導(dǎo)學(xué)生在物理情境中分析和學(xué)習(xí)知識(shí)。在物理教學(xué)中滲透STEM理念可以將教學(xué)情境體現(xiàn)得更加準(zhǔn)確，學(xué)生在真實(shí)的情境中分析和解決問題，能夠有效地提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力。

比如，在講解魯教版高中物理選修三中“傳感器及其應(yīng)用”這一單元的內(nèi)容時(shí)，教師在授課過程中可以結(jié)合現(xiàn)實(shí)情景，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題獨(dú)立思考、獨(dú)立分析，使學(xué)生可以積極熱情地學(xué)習(xí)這一章節(jié)的內(nèi)容。教師通過將現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)工程問題作為案例向?qū)W生開展授課，結(jié)合教材中的物理知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生在具體的情境中自主思考。舉個(gè)例子，某座城市中的某條街道在不久前發(fā)生了交通事故，有一輛運(yùn)輸沃柑的貨車在行駛途中發(fā)生了側(cè)翻。根據(jù)交警的判斷結(jié)果可以知道，車輛發(fā)生側(cè)翻的原因是這輛貨車輪胎的溫度太高。從真實(shí)的案例著手，學(xué)生通過具體的情境思考預(yù)防輪胎溫度過高的相關(guān)問題，順利引出“傳導(dǎo)器”的有關(guān)知識(shí)[3]。

（三）合作性

把STEM教育理念與高中物理教學(xué)相融合，是對(duì)傳統(tǒng)物理教學(xué)的沖擊，有利于教師快速轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，有效地推動(dòng)了教師創(chuàng)新教學(xué)方法。在開展STEM教育時(shí)，教師要教學(xué)生學(xué)會(huì)合作學(xué)習(xí)，以及師生互動(dòng)共同學(xué)習(xí)。學(xué)生可以通過合作認(rèn)清自身角色，承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，共同努力，合作完成教師安排的學(xué)習(xí)任務(wù)。通過這樣的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生會(huì)慢慢形成合作意識(shí)，還能有效地鍛煉自己的合作水平。這對(duì)學(xué)生今后的工作與學(xué)習(xí)有著積極的作用，也符合培養(yǎng)高素質(zhì)人才的要求。

比如，通過組內(nèi)合作，教師安排學(xué)生對(duì)上述“交通事故案例”輪胎溫度的預(yù)防進(jìn)行探討。組內(nèi)成員可以借助網(wǎng)絡(luò)、輔導(dǎo)書、教材等輔助工具，要注意的一點(diǎn)是，組內(nèi)成員在合作學(xué)習(xí)中需要分工明確、協(xié)同合作，一起收集相關(guān)資料，共同思考問題。小組成員各抒己見，促發(fā)“頭腦風(fēng)暴”，能夠有效地提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。在各小組成員回答教師提出的問題時(shí)，教師要認(rèn)真地傾聽學(xué)生的答案，對(duì)學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)，對(duì)學(xué)生的思考要及時(shí)地肯定和贊揚(yáng)。在學(xué)生出現(xiàn)疑惑時(shí)要幫助學(xué)生打開思路，尋找解決問題的途徑[4]。

三、STEM教育理念的內(nèi)涵及價(jià)值

STEM教育理念是把技術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)，以及工程等多方面的知識(shí)融合在一起進(jìn)行授課，跨學(xué)科整合教學(xué)內(nèi)容是STEM教育所關(guān)注的重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生通過所學(xué)物理知識(shí)處理具體問題。有著一定的抽象性存在于高中物理知識(shí)中，學(xué)習(xí)中學(xué)生遇到的困難較多，為了提高學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解以及認(rèn)知能力，教師需要進(jìn)行理論與實(shí)踐的融合，提升學(xué)生的理論運(yùn)用意識(shí)，可以把數(shù)學(xué)與物理教學(xué)相互融合，使學(xué)生做到學(xué)以致用，通過所學(xué)內(nèi)容處理具體的工程問題。

（一）有助于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

在高中物理的授課過程中教師把STEM教育理念融入其中，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)有著重要的作用。物理學(xué)科素養(yǎng)是學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所具備的綜合能力，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)成長(zhǎng)中必須具備的品格。這就需要教師在授課過程中不單單向?qū)W生傳授知識(shí)，還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用。學(xué)生把所掌握的知識(shí)作為解決問題的工具，處理真實(shí)的問題。在STEM教育理念強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中通過多門學(xué)科的相互融合，學(xué)習(xí)知識(shí)并且運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決問題的理念，這是符合物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的。

（二）高考中體現(xiàn)STEM教育理念

在物理這門課程的教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，涉及了許多其他學(xué)科的知識(shí)，比如數(shù)學(xué)。對(duì)歷年的物理高考試卷進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)跨學(xué)科融合的物理題目越來越多，這就需要教師在日常授課中要注重對(duì)學(xué)生的STEM教育[5]。

（三）有利于學(xué)生的生涯規(guī)劃教育

雖然在高中時(shí)期學(xué)生學(xué)到了許多物理方面的知識(shí)，卻很少能體現(xiàn)物理行業(yè)人員的實(shí)際工作。如果學(xué)生對(duì)高中物理的學(xué)習(xí)可以像研究人員一樣對(duì)問題進(jìn)行探究，用工程師那樣的思路解決問題，清楚地認(rèn)識(shí)到行業(yè)的相關(guān)背景以及這個(gè)行業(yè)未來的發(fā)展方向，學(xué)生就會(huì)明確自己今后的職業(yè)規(guī)劃。教師在物理課堂上滲透STEM教育理念，需要?jiǎng)?chuàng)造條件鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究水平，使學(xué)生具備探究精神。學(xué)生通過不斷創(chuàng)新，具備處理問題的能力，成為符合社會(huì)需求的創(chuàng)新型、復(fù)合型人才

（四）有利于強(qiáng)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力

STEM教育理念是由西方提出的，是因?yàn)槊绹?guó)所具有的科技人才資源的比例逐漸降低，并且亞洲國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度越來越快。美國(guó)為了提高自身的科學(xué)技術(shù)才提出STEM教育理念。在美國(guó)有一項(xiàng)專業(yè)的研究表明，中小學(xué)測(cè)試的結(jié)果比較不錯(cuò)，在市場(chǎng)的大環(huán)境壓力下，STEM教育理念的橫空出世能夠提高國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力，由此可以看出學(xué)校進(jìn)行STEM教育的重要性，并且能夠有效地增加國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力。目前，我國(guó)的科技水平還不是很先進(jìn)，相比其他國(guó)家顯得比較落后，還未完善健全科學(xué)及工程教育體系。從高中教學(xué)的角度看，我國(guó)只有數(shù)學(xué)及科學(xué)教育發(fā)展得還不錯(cuò)，在技術(shù)、工程教育上并沒有明顯的教育效果，社會(huì)及教育領(lǐng)域?qū)@一現(xiàn)狀非常重視。在高中物理的教學(xué)中滲透STEM教育理念，不但可以使學(xué)生獲得優(yōu)異的成績(jī)，還有利于培養(yǎng)科技人才。從發(fā)展的角度看，STEM教育理念能夠?qū)χ袊?guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力起到強(qiáng)化作用，學(xué)生通過STEM教育能夠更深入地認(rèn)識(shí)有關(guān)職業(yè)，對(duì)有關(guān)職業(yè)感興趣，對(duì)培養(yǎng)更多的科技型人才起到促進(jìn)作用。

四、體現(xiàn)STEM教育理念的高中物理教學(xué)策略

（一）積極推進(jìn)STEM第二課堂建立

當(dāng)前，高中物理的教學(xué)模式基本上都是采取分學(xué)科的方式開展授課，這樣的教學(xué)方式無法滿足學(xué)生全面地掌握物理知識(shí)的要求。因此，物理教師需要積極地改變自身，成為STEM教師。深入認(rèn)識(shí)STEM教學(xué)的特征，明白STEM教學(xué)與物理教學(xué)的相互關(guān)系，在高中物理授課之外創(chuàng)建STEM第二課堂。領(lǐng)導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)更多的STEM知識(shí)，使學(xué)生對(duì)STEM學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，物理應(yīng)用能力得到提升，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)目標(biāo)。

（二）開發(fā)全新的課程資源

教師在教學(xué)中依托具體的工程項(xiàng)目開展授課，引導(dǎo)學(xué)生正確地認(rèn)識(shí)自己的角色，改變學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的地位，成為運(yùn)用知識(shí)的人。教師需要積極地開發(fā)全新的課程資源，把課程資源與物理教學(xué)有效地融合，以此提高STEM教育的有效性。

比如，教師在講解“萬有引力定律”的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，可以把STEM教育理念融入其中，開展教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)“萬有引力定律的應(yīng)用”的有關(guān)知識(shí)時(shí)，會(huì)對(duì)航空航天的相關(guān)行業(yè)產(chǎn)生興趣。教師在授課過程中需要積極引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行探究，對(duì)天體運(yùn)行的規(guī)律以及數(shù)學(xué)運(yùn)算的規(guī)律進(jìn)行探討，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以提高綜合素養(yǎng)，并且具備STEM能力。首先，在融合STEM教育理念的物理課堂上，教師要?dú)w還給學(xué)生話語權(quán)，使學(xué)生的主體地位發(fā)揮作用。學(xué)生能夠在物理課堂上放飛思想，思考和分析問題。教師可以通過設(shè)疑的方式帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)萬有引力的課堂。提出哈雷彗星下一次出現(xiàn)的時(shí)間，讓學(xué)生思考，再提出在太陽系中是否真的存在第九大行星。之后教師展示太陽系中的天體模型，學(xué)生進(jìn)行觀察，再為學(xué)生布置任務(wù)：如何計(jì)算中心天體的質(zhì)量。學(xué)生為了完成學(xué)習(xí)任務(wù)就會(huì)自行查找資料，總結(jié)信息，通過縝密的計(jì)算，學(xué)生尋找問題的答案。把STEM教育理念融入物理課堂上，使學(xué)生通過搜集資料、借助網(wǎng)絡(luò)、合作學(xué)習(xí)等方式完成了對(duì)萬有引力定律的學(xué)習(xí)。對(duì)同一顆彗星的多次回歸時(shí)間利用萬有引力定律進(jìn)行了解釋。同時(shí)，學(xué)生通過此種方式學(xué)習(xí)物理知識(shí)，能夠有效地提高自己的思維能力。并且還會(huì)認(rèn)為物理這門學(xué)科很神秘，產(chǎn)生想要探究的欲望，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)很有幫助。

（三）從“單一評(píng)價(jià)”向“多元評(píng)價(jià)”轉(zhuǎn)變，構(gòu)建多元化評(píng)價(jià)體系

在多元化教學(xué)評(píng)價(jià)里，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果同等重視，而不是僅從學(xué)生的期末成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中，如果僅靠單一的評(píng)價(jià)考核學(xué)生是很不科學(xué)的，評(píng)價(jià)結(jié)果比較片面。所以需要對(duì)學(xué)生從“單一評(píng)價(jià)”向“多元評(píng)價(jià)”進(jìn)行轉(zhuǎn)變，建立多元化評(píng)價(jià)體系。多元化評(píng)價(jià)體系注重的是動(dòng)態(tài)的過程，不再只是注重結(jié)果，這種評(píng)價(jià)觀念符合STEM教育理念。在多元化評(píng)價(jià)體系中對(duì)學(xué)生綜合能力的測(cè)試進(jìn)行了關(guān)注，考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、處理問題的水平。我國(guó)應(yīng)該積極地借鑒國(guó)內(nèi)外高校的教學(xué)模式，在重視考試評(píng)價(jià)的前提條件下，關(guān)注對(duì)學(xué)生交流、提問、組織項(xiàng)目等評(píng)價(jià)方式，建立更加完善的評(píng)價(jià)體系。

結(jié)束語

當(dāng)前，高中物理教學(xué)仍舊存在不足之處，有部分學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時(shí)還是比較吃力的。教師需要改變教育理念，創(chuàng)新教學(xué)方式，以STEM教育理念為基礎(chǔ)開展教學(xué)，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的知識(shí)融合。使學(xué)生在物理的學(xué)習(xí)過程中提高思維能力，獲得豐富的教學(xué)體驗(yàn)。教師應(yīng)用STEM教育理念必將可以把物理課堂打造得更加科學(xué)、高效。

參考文獻(xiàn)

[1]董莉，蔣德瓊.有關(guān)高中物理教學(xué)中滲透STEM教育的思考[J].物理通報(bào)，2017（S1）：7-9.

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[3]董莉.有關(guān)高中物理教學(xué)中滲透STEM教育的思考[J].中學(xué)物理，2016（3）：23，4-5.

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[5] 羅伯特·M.卡普拉羅，瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅，詹姆斯·R.摩根.基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)：一種整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)方式[M].王雪華，屈梅，譯.上海：上?？萍冀逃霭嫔?，2016.

作者簡(jiǎn)介：陳圣軍（1977— ），男，江西九江人，福建省三明市將樂縣水南中學(xué)，中學(xué)一級(jí)，本科。研究方向：高中物理教學(xué)。