STEM 教育理念在物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用探索

楊志萍

（甘肅省武威市天?？h第二中學(xué)，甘肅 天祝 733299）

物理是一門以觀察、實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，具有極強的探索性。而在物理教學(xué)中，探究實驗是其重要的組成部分。教師應(yīng)通過有效的初中物理實驗教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生掌握實驗技巧，促進學(xué)生思維能力和實踐能力的提高。初中物理實驗教學(xué)的目的恰恰與STEM 教育理念不謀而合。因此，教師要認(rèn)識到物理實驗教學(xué)的重要性，還要在此基礎(chǔ)上將STEM 教育理念融入到實驗教學(xué)中，不斷提升實驗教學(xué)的有效性。

一、STEM 教育理念與初中物理實驗教學(xué)

1.STEM 教育理念解析

STEM 教育理念是素質(zhì)教育背景下出現(xiàn)的一種新型教育理念。與傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)理念不同，STEM教育集科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四大學(xué)科于一體。其中，S是指科學(xué)（Science），T 是指技術(shù)（Technology），E是指工程（Engineering），M 則是指數(shù)學(xué)（Mathematics）。在STEM 教育理念下，教師不僅要向?qū)W生傳授相關(guān)的知識，還要幫助學(xué)生形成學(xué)科知識的融合和應(yīng)用能力，發(fā)散學(xué)生思維，逐漸提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和邏輯思維能力。

2.STEM 教學(xué)理念在初中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用價值

物理實驗研究旨在加強知識與能力之間的聯(lián)系，這與STEM 教學(xué)理念不謀而合。因此，教師在初中物理實驗教學(xué)中可充分借助STEM 教學(xué)理念引導(dǎo)學(xué)生將各個學(xué)科的知識融合到物理實驗中，發(fā)揮物理實驗的育人價值。首先，STEM 教學(xué)能夠?qū)⒏鱾€學(xué)科的知識融合到物理實驗中，激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生產(chǎn)生探究物理知識的動機。STEM 教學(xué)理念的應(yīng)用，可將課本上的知識點與物理學(xué)習(xí)進行有效的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中了解課本外的知識，發(fā)現(xiàn)物理學(xué)習(xí)的趣味性，感受知識之間的聯(lián)系，積極參與到物理實驗中。其次，有助于提高學(xué)生的實踐操作能力。初中物理實驗教學(xué)的核心就是提高學(xué)生的動手操作能力，而STEM 教學(xué)理念的應(yīng)用能使學(xué)生積極查找資料，并參與到物理實驗每一個環(huán)節(jié)中，提高學(xué)生的實踐操作能力。再次，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主探究意識。教師在開展物理實驗教學(xué)時，應(yīng)緊緊圍繞“自主、合作、探究”的原則，引導(dǎo)學(xué)生在自主參與的過程中提升物理核心素養(yǎng)。STEM 教學(xué)理念的應(yīng)用，可以將物理實驗與學(xué)生日常生活進行有效的連接，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的思考和動手情境，讓學(xué)生將自己的觀點和思路與大家分享，拓展學(xué)生的視野，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力和邏輯思維能力。

二、STEM 教育理念在初中物理實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用

1.創(chuàng)設(shè)問題情境，導(dǎo)入實驗

在STEM 教育理念下，教師在開展初中物理實驗教學(xué)時，為了激發(fā)學(xué)生自主開展實驗探究的愿望，可結(jié)合實驗的內(nèi)容、特點、學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和實際情況等，利用生活中常見的物品，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)貼近生活的情境，并提出開放性的問題，遷移學(xué)生已有經(jīng)驗和知識，讓學(xué)生產(chǎn)生進一步探究的動力。這樣，學(xué)生才能積極思考，融合各個學(xué)科的知識進行探索，達到理想的學(xué)習(xí)效果。以教學(xué)“壓強”為例，教師在組織學(xué)生開展探究實驗“影響壓力作用效果的因素”時，可借助氣球、釘子、木板等生活中常見的物品，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個對比情境。（篇幅所限，圖略）在相同的力壓下，a 出現(xiàn)了破裂的現(xiàn)象；在不同的壓力下，b、c 出現(xiàn)了不同程度的變形。教師將學(xué)生引領(lǐng)到這一特殊生活情境中，提出問題:“為什么在力的作用下，作用效果會出現(xiàn)如此大的不同？”通過這一對比情境，學(xué)生能夠直觀感受同一壓力在不同物體上的作用效果，進而理解主要是壓強不同造成的。這一對比實驗情境的設(shè)置，能使實驗情境具有極強的可驗證性，促進學(xué)生逆向思維的發(fā)展。

2.聯(lián)系相關(guān)學(xué)科知識，構(gòu)建知識體系

在STEM 教育理念下，教師在開展物理實驗教學(xué)時，可在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境之后，結(jié)合其他學(xué)科知識，給學(xué)生設(shè)置多層次、多維度的練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在物理實驗情境中逐漸進入到對物理實驗的思考中，讓學(xué)生在問題的引導(dǎo)下完成知識的建構(gòu)，使學(xué)生在物理實驗的學(xué)習(xí)中獲得核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。以探究實驗“影響壓力作用效果的因素”的教學(xué)為例，教師在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境之后，為了培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力，就可結(jié)合STEM理念給學(xué)生設(shè)置相關(guān)問題:“重力與壓力之間有什么區(qū)別？釘子的個數(shù)改變了什么？在本次實驗情境中為什么選用氣球？是什么因素導(dǎo)致力的作用效果不同？”之后，教師可引導(dǎo)學(xué)生借助其他學(xué)科知識，對問題進行思考，再引導(dǎo)學(xué)生開展實驗，探究影響壓力作用效果的因素。

3.圍繞STEM，開展合作探究

在STEM 教育理念下，教師在開展物理實驗教學(xué)時必須改變傳統(tǒng)的演示實驗教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與到物理實驗操作中，使學(xué)生在實驗過程中提升動手操作能力和思維能力等。具體來說，在STEM 教育理念下，教師在開展物理實驗教學(xué)時，應(yīng)從以下幾個方面進行。第一，準(zhǔn)備實驗器材。例如，在開展探究“影響壓力作用效果的因素”之前，教師可先引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)備好相關(guān)的實驗器材，包括海綿、不同質(zhì)量的砝碼、相同的長方體、礦泉水瓶、小木桌、彈簧測力計、刻度尺等。第二，設(shè)計實驗方案，明確實驗步驟。在STEM教育理念下，教師可借助小組合作，引導(dǎo)學(xué)生通過合作、討論等形式，共同制定本次實驗的方案，并確定具體的實驗步驟。第三，小組合作開展實驗。教師可借助小組合作的形式，引導(dǎo)學(xué)生通過合作共同完成整個實驗的探究過程。例如，在探究“影響壓力作用效果的因素”時，教師就可借助小組合作的實驗學(xué)習(xí)模式開展教學(xué)。小組中有的學(xué)生負(fù)責(zé)觀察，有的學(xué)生負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù)，有的學(xué)生負(fù)責(zé)操作，通過共同探究，完成本次實驗探究。第四，組間交流，拓展實驗研究內(nèi)容。在小組合作完成本次實驗之后，教師可讓各小組對實驗數(shù)據(jù)進行交流，鼓勵小組成員共同討論和思考，引導(dǎo)學(xué)生積極反思、糾正錯誤，最終形成實驗結(jié)論。在這一過程中，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和物理核心素養(yǎng)都能夠得到培養(yǎng)。

4.立足STEM 教育理念，完善教學(xué)評價

在STEM 教育理念下，教師不僅要認(rèn)識到物理實驗教學(xué)的重要性，還要積極構(gòu)建與其相適應(yīng)的評價體系，借助科學(xué)、全面、有效的教學(xué)評價，使物理實驗教學(xué)評價指標(biāo)更加標(biāo)準(zhǔn)化、具體化，進而提高物理實驗教學(xué)效果。這就要求教師在具體實驗教學(xué)中，結(jié)合學(xué)生的實驗參與程度、實驗過程中的具體表現(xiàn)，對學(xué)生進行全面、客觀的評價，使物理實驗教學(xué)評價更加有效，達到培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的目的。

三、結(jié)束語

綜上所述，實驗是初中物理教學(xué)的重要組成部分之一，借助STEM 教育理念加強物理實驗教學(xué)，是提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。因此，教師在開展初中實驗教學(xué)的時候，應(yīng)立足于STEM 教育理念與物理實驗的內(nèi)在聯(lián)系，并緊緊圍繞STEM 教育理念，更新和優(yōu)化物理實驗教學(xué)手段，不斷提升物理實驗課堂教學(xué)的有效性。