STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐研究

方瑞瑞

【摘? 要】? STEM教育作為一種跨學(xué)科、融合性思維的教育形式，已越來越受到廣泛關(guān)注.本文旨在探究利用STEM視域下的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方法，提高初中物理課程教學(xué)效果.首先，通過對STEM教育的理論闡述，重點(diǎn)介紹STEM教育在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用；其次，通過對SWOT分析，分析STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的現(xiàn)狀，為創(chuàng)新方法的設(shè)計(jì)提供依據(jù)；接著，設(shè)計(jì)STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐方案，并將其實(shí)施于初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中；最后，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、總結(jié)對實(shí)驗(yàn)教育的影響，為進(jìn)一步完善STEM教育和初中物理實(shí)驗(yàn)課程提供建議和探討.

【關(guān)鍵詞】? STEM視域；初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics）教育是目前全球教育領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)之一，它推崇跨學(xué)科、融合性思維及實(shí)踐能力的教育方式，旨在為青少年學(xué)生提供戰(zhàn)略性、深思熟慮和終身發(fā)展的技能[1].在STEM領(lǐng)域，物理學(xué)優(yōu)先被推廣和應(yīng)用于教育體系中.

初中物理實(shí)驗(yàn)是體現(xiàn)STEM教育理念、提高學(xué)生綜合素養(yǎng)和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，它是學(xué)生認(rèn)識自然、探究科學(xué)的有效途徑之一.然而，傳統(tǒng)的初中物理實(shí)驗(yàn)，存在實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)、靈活性差、難度大、過程單一等問題，很難滿足STEM教育的核心理念.因此，如何通過STEM視域下的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方法實(shí)現(xiàn)初中物理實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)型與升級，提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效果，成了一個(gè)備受關(guān)注和亟待解決的問題.

在上述背景下，本文旨在探究STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐，提高初中物理教育質(zhì)量和實(shí)效.對于推動(dòng)STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐的深入研究，提升學(xué)生STEM素養(yǎng)、推進(jìn)科技創(chuàng)新與人才培養(yǎng)以及促進(jìn)STEM教育的發(fā)展，都具有十分重要的意義和價(jià)值.

1? STEM視域下實(shí)驗(yàn)教育的理論分析

STEM教育著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)應(yīng)用能力、工程思維和數(shù)學(xué)能力.STEM教育的實(shí)踐方法不僅是知識的傳授，更是通過讓學(xué)生主動(dòng)探究、思考和創(chuàng)新的方式，幫助他們掌握解決問題的方法和技能[2].STEM教育的目標(biāo)是培養(yǎng)一代具備綜合實(shí)踐能力、探究精神和拓展思維的年輕人.

物理學(xué)科屬于STEM教育的重要組成部分，其在理論體系和實(shí)驗(yàn)操作上具有完整性和規(guī)范性，并且與技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科有著緊密聯(lián)系.引入STEM教育的理念和方法，可以幫助學(xué)生更好地理解物理規(guī)律和實(shí)驗(yàn)原理，提高科學(xué)素養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用能力.

1.1? STEM教育在初中物理教育中的應(yīng)用意義

1.1.1? 增強(qiáng)學(xué)生解決問題和創(chuàng)新的能力

STEM教育理念強(qiáng)調(diào)實(shí)踐和解決問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生的探究和創(chuàng)新精神.初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐和解決問題的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，引入STEM教育理念可以更好地指導(dǎo)和幫助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力.

1.1.2? 拓展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

STEM教育的核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使其掌握科學(xué)思維、科學(xué)方法和科學(xué)文化.在初中物理教育中，STEM教育可以通過實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)操作，幫助學(xué)生理解物理規(guī)律，掌握物理概念和基本知識，從而拓展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

1.1.3? 培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

STEM教育注重綜合實(shí)踐能力和探究精神，要求學(xué)生加強(qiáng)各學(xué)科的聯(lián)系和整合.在初中物理教育中，STEM教育可以通過跨學(xué)科的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和應(yīng)對實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì).

1.1.4? 提高學(xué)生的職業(yè)競爭力

STEM教育注重培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，在現(xiàn)代社會中具有非常重要的意義.物理學(xué)科作為STEM教育的重要組成部分，其所涉及的科技產(chǎn)業(yè)和技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，因此引入STEM教育理念和方法可以幫助學(xué)生更好地掌握技術(shù)和知識，并提高其在職場上的競爭力和發(fā)展空間.

1.2? STEM視域下實(shí)驗(yàn)教育的挑戰(zhàn)和問題

1.2.1? 教育資源和師資力量不足

STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)教育需要較多的教育資源和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而目前我國很多初中物理教室設(shè)備和資源缺乏.同時(shí)，STEM教育的實(shí)踐方法也需要更加系統(tǒng)、全面的師資力量支持，教師需要不斷提高自身能力和水平，來適應(yīng)STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)教育的發(fā)展需求[3].

1.2.2? 學(xué)生興趣程度與實(shí)驗(yàn)難度不匹配

實(shí)驗(yàn)難度是初中物理教育中的一個(gè)重要因素，在實(shí)施STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)教育時(shí)，需要考慮到學(xué)生的興趣和實(shí)驗(yàn)難度的匹配度，避免學(xué)生因?qū)嶒?yàn)難度過高而失去興趣，導(dǎo)致學(xué)生的效果和質(zhì)量降低.

2? STEM視域下實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐的設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1? 實(shí)施方案

2.1.1? 實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置

本文設(shè)計(jì)了一套盡可能貼近現(xiàn)實(shí)、有趣且有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)課程，以滿足不同學(xué)生的需求和興趣愛好[4].這套實(shí)驗(yàn)課程不僅涵蓋了物理學(xué)科的基本概念和知識，還包括了物理實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析的基本技能，設(shè)計(jì)了一些能夠激發(fā)學(xué)生興趣、探究能力和創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn).

2.1.2? 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過設(shè)計(jì)一系列的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力.在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上注重探究、創(chuàng)新，通過模擬真實(shí)情境，讓學(xué)生從實(shí)際問題出發(fā)去解決問題.例如，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)以競速車比賽為背景，驗(yàn)證質(zhì)量對加速度的影響的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，筆者也設(shè)計(jì)了一個(gè)在有風(fēng)條件下如何穩(wěn)定火箭發(fā)射的實(shí)驗(yàn).通過設(shè)計(jì)多個(gè)不同難度的實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮自己的探究精神和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的實(shí)踐操作水平和創(chuàng)新意識.

2.1.3? 實(shí)施流程

筆者采取線上和線下相結(jié)合的方式，更好地完成實(shí)驗(yàn)流程.首先，在線上為學(xué)生提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作視頻，讓學(xué)生能夠更好地理解實(shí)驗(yàn)操作步驟，掌握實(shí)驗(yàn)技能.在線下實(shí)時(shí)指導(dǎo)保障到位，學(xué)生操作時(shí)可快速解決問題；其次，采取了分組與輪流實(shí)驗(yàn)的方式，互相交流彼此的思路的同時(shí)，掌握實(shí)驗(yàn)的基本操作步驟，促進(jìn)學(xué)生間的互動(dòng)和合作.

2.2? 教學(xué)內(nèi)容

2.2.1? STEM教育理念與實(shí)踐方法的介紹

STEM教育是本次物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐的核心理念和方向，因此我們將在首堂課對STEM教育的理念和實(shí)踐方法進(jìn)行介紹.同時(shí)，還將通過案例分析和小組討論，展示STEM教育在實(shí)際情境中的應(yīng)用和實(shí)踐.

2.2.2? 物理實(shí)驗(yàn)基本技能培養(yǎng)

物理實(shí)驗(yàn)基本技能是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)，也是初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐的關(guān)鍵.筆者通過教授學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本技能、數(shù)據(jù)處理方法和數(shù)據(jù)可視化技巧，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)量化分析，從而發(fā)現(xiàn)問題、解決問題.

2.2.3? 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究

STEM視域下，筆者注重實(shí)踐，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究.引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際問題出發(fā)，選擇問題、設(shè)計(jì)問題、解決問題，體會探究和解決問題的過程和方法，從而增強(qiáng)學(xué)生培養(yǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的能力.

2.2.4? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)和科學(xué)通報(bào)

評價(jià)是初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，筆者設(shè)計(jì)了合適的評價(jià)體系來評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和表現(xiàn).同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫成科學(xué)通報(bào)，讓更多的人了解到實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果，提高學(xué)生的科學(xué)文化素養(yǎng).

2.3? 評價(jià)體系

2.3.1? 實(shí)驗(yàn)成果評價(jià)

筆者將對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)作品進(jìn)行評價(jià)，從思考深度、實(shí)驗(yàn)完成度、實(shí)驗(yàn)精確度等多個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)，在評價(jià)過程中提供具體意見和建議，以幫助學(xué)生不斷提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)水平.

2.3.2? 實(shí)驗(yàn)報(bào)告評價(jià)

通過對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評價(jià)，重點(diǎn)考察實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析、結(jié)論和反思等方面，旨在幫助學(xué)生掌握科學(xué)寫作的基本技能，綜合運(yùn)用科學(xué)方法和科學(xué)語言的能力.

2.3.3? 綜合評價(jià)

通過綜合考查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐中的表現(xiàn)，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面，對學(xué)生進(jìn)行全方位、多角度的評價(jià)，以期幫助學(xué)生更好地掌握物理實(shí)驗(yàn)技能和提高實(shí)踐能力.

2.4? 實(shí)施效果

通過富有挑戰(zhàn)和趣味性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和流程，激發(fā)了學(xué)生的興趣和熱情，注重學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)和創(chuàng)新思維，讓學(xué)生在實(shí)踐中更好地學(xué)習(xí)和探究.

通過本次實(shí)踐，不僅豐富了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法和內(nèi)容，提高了教師的教學(xué)水平和師資力量，這對于學(xué)校教學(xué)水平的提高也具有重要意義.

實(shí)踐中，學(xué)生針對課程設(shè)計(jì)成果所開展的實(shí)驗(yàn)和探究過程，可以極大增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，為學(xué)生今后的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

3? STEM視域下實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐的發(fā)展方向

在當(dāng)前STEM教育大背景下，物理教育逐漸變得趨向人性化和個(gè)性化.為培養(yǎng)具備解決實(shí)際問題和擁有實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才，STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐顯得更為重要[5].

3.1? 數(shù)字化教育

數(shù)字化教育是當(dāng)前STEM教育的一個(gè)新興熱點(diǎn).數(shù)字化教育是指基于現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建的全新教育方式，包括在線學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程教育、虛擬實(shí)驗(yàn)等.在數(shù)字化教育方面，STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該注重發(fā)掘手機(jī)應(yīng)用程序、電子圖書和電子版教材等資源開發(fā)和教學(xué)應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)教育資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化教學(xué)模式.

例如? 在“電路教學(xué)中”，學(xué)生可以通過電路模擬軟件構(gòu)建不同的電路模型，并觀察電流、電壓等物理量的變化情況.而數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是可以提供提高物理教學(xué)效率，學(xué)習(xí)方式靈活，拓展思考的空間，呈現(xiàn)信息豐富，與現(xiàn)實(shí)世界相關(guān)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn).

3.2? 課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)是STEM教育的一個(gè)熱點(diǎn).當(dāng)前STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該從課程設(shè)計(jì)的角度考慮如何更好地將STEM建構(gòu)成為科學(xué)課程.STEM視域下初中物理應(yīng)該充分發(fā)揮自身的特色，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和對物理科學(xué)的興趣.

例如? 在“電路教學(xué)”中，STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計(jì)實(shí)踐，比如設(shè)計(jì)各種不同功率的燈泡、不同種類的開關(guān)等等，從而使學(xué)生了解電力的基本原理和應(yīng)用技能等.

3.3? 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

STEM教育的一個(gè)重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新.如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)、實(shí)施，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和理解能力，并培養(yǎng)其自主研究和創(chuàng)新思維的意識.

例如? 在“光的陰影實(shí)驗(yàn)”中，STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)可以將PHET光源與光屏實(shí)驗(yàn)的教學(xué)法進(jìn)行改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生對其進(jìn)行研究和探討，并通過實(shí)驗(yàn)的過程幫助學(xué)生更好地理解光學(xué)相關(guān)的物理知識，培養(yǎng)創(chuàng)新思維與科學(xué)素養(yǎng).

為了適應(yīng)STEM教育的發(fā)展趨勢和動(dòng)態(tài)發(fā)展，還需要對教學(xué)模式進(jìn)行深入思考和不斷實(shí)踐.

4? 結(jié)語

STEM教育與初中物理實(shí)驗(yàn)教育存在著緊密的聯(lián)系，STEM視域下初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐是推進(jìn)STEM教育發(fā)展和初中物理教育改革的重要方式.未來，應(yīng)著力于數(shù)字化教育、課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等方面對初中物理實(shí)驗(yàn)教育進(jìn)行深入探討和實(shí)踐，為培養(yǎng)高素質(zhì)、具有探究精神和實(shí)踐能力的未來人才作出應(yīng)有貢獻(xiàn).

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