融合STEM理念的初中物理實(shí)驗教學(xué)實(shí)踐探索

孫志鋒

[摘? ?要]發(fā)揮STEM理念在課堂教學(xué)中的價值的關(guān)鍵是在課堂教學(xué)中對其加以落實(shí)。文章以初中物理實(shí)驗教學(xué)為立足點(diǎn)，首先概括了該理念的含義，然后分析了在實(shí)際教學(xué)過程中面臨的問題，最后以STEM理念與課堂教學(xué)的融合為目標(biāo)，對該理念在初中物理實(shí)驗教學(xué)中的融合實(shí)踐進(jìn)行探索，涉及課前、課中等方面，供物理教師參考。

[關(guān)鍵詞]STEM理念;初中物理;物理實(shí)驗

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）17-0056-02

提出STEM理念的目的是綜合多學(xué)科教育，鍛煉學(xué)生在多個領(lǐng)域的能力，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。將該理念和教學(xué)相聯(lián)系，是教師面臨的巨大挑戰(zhàn)，只有了解該理念的內(nèi)涵，把該理念融合到教學(xué)實(shí)踐中，才能使該理念對學(xué)生成長具有的促進(jìn)作用得到充分發(fā)揮。

一、STEM理念的含義

STEM理念強(qiáng)調(diào)的是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科的融合?？茖W(xué)的作用是認(rèn)識世界，對自然界存在的客觀規(guī)律進(jìn)行解釋;技術(shù)、工程是以尊重自然規(guī)律為基礎(chǔ)，對世界進(jìn)行改造，從而達(dá)到控制、利用自然界，達(dá)到對社會發(fā)展所遇到的問題進(jìn)行有效解決的目的;數(shù)學(xué)是技術(shù)、工程學(xué)科發(fā)揮作用所依托的基礎(chǔ)工具?；谠摾砟钏_展的教學(xué)活動，應(yīng)著重對學(xué)生進(jìn)行以下幾個方面的素養(yǎng)教育：首先是科學(xué)素養(yǎng)，就是利用科學(xué)知識對自然界加以理解并帶來影響的過程;其次是技術(shù)素養(yǎng)，就是對技術(shù)進(jìn)行理解、使用、管理和評價的能力;接下來是工程素養(yǎng)，就是對技術(shù)工程進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)工作加以理解的能力;最后是數(shù)學(xué)素養(yǎng)，就是對數(shù)學(xué)問題進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、分析和解決的能力[1]。

二、初中物理實(shí)驗教學(xué)面臨的問題

雖然教師實(shí)驗意識、實(shí)驗數(shù)量與過去相比均得到了一定的強(qiáng)化提升，但是學(xué)生自主完成實(shí)驗的機(jī)會極少，這是多方面因素共同決定的。例如，設(shè)計實(shí)驗需要耗費(fèi)大量的精力和時間，適合的器材數(shù)量有限等。相對于西方發(fā)達(dá)國家在STEM理念的應(yīng)用方面所具有的優(yōu)勢，我國在該理念與物理實(shí)驗融合方面，仍舊有很長的路要走，由此可見，科學(xué)教育的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是關(guān)注科學(xué)本質(zhì)，在此基礎(chǔ)上，對科學(xué)、工程與技術(shù)進(jìn)行深入探索。

三、初中物理實(shí)驗教學(xué)中融合STEM理念的探索

STEM理念并不是將不同學(xué)科進(jìn)行簡單結(jié)合，而是在不同學(xué)科間建立起緊密的聯(lián)系，無論是對物理課堂還是對學(xué)生而言，STEM理念的提出都具有重要意義。

1.課前準(zhǔn)備

STEM理念重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生自主與綜合教學(xué)，基于該理念所開展的教學(xué)活動，需要教師在課前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)花費(fèi)更多的時間。以“滑動摩擦力”為例，在傳統(tǒng)物理課堂上，只需要準(zhǔn)備長木板、棉布毛巾、滑塊、鉤碼和彈簧測力計，就能夠進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗。在融合了STEM理念的課堂上，可準(zhǔn)備電腦、電動機(jī)、傳感器等器材，保證學(xué)生由實(shí)驗所衍生出的想法，均可以在課堂上利用相關(guān)器材加以驗證。另外，教師應(yīng)注意和學(xué)生溝通，了解學(xué)生的想法，課前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備，避免由于突發(fā)事件導(dǎo)致實(shí)驗教學(xué)無法繼續(xù)的情況發(fā)生。

2.課堂組織

STEM理念的出現(xiàn)，給物理實(shí)驗課堂的組織提出了新的要求，例如，在進(jìn)行“探究電磁波”的相關(guān)實(shí)驗中，教材給出的實(shí)驗器材以導(dǎo)線、電池、收音機(jī)的喇叭為主，學(xué)生通過分析收音機(jī)接收到電磁波后發(fā)出的聲音，對電磁波是否產(chǎn)生進(jìn)行分析判斷。傳統(tǒng)課堂實(shí)驗過程與教材相符，要想將STEM理念融入課堂中，可適當(dāng)調(diào)整課堂組織形式，可先引導(dǎo)學(xué)生回顧并總結(jié)所學(xué)知識點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，通過提出問題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，提出能夠用來判斷電磁波是否存在的方法，包括利用電磁波發(fā)生器、示波器進(jìn)行檢驗。在組織學(xué)生時，應(yīng)預(yù)留足夠的時間，供學(xué)生展示并驗證自己的想法，這樣做對學(xué)生創(chuàng)造思維能力的培養(yǎng)，具有重要作用[2]。

3.教師受到的影響

（1）思想發(fā)生改變

現(xiàn)階段，學(xué)生在課堂上的地位越來越高，自主學(xué)習(xí)成為教學(xué)活動的主要方向，教師應(yīng)對此有正確認(rèn)識。實(shí)際教學(xué)中，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容確定可行范圍，鼓勵學(xué)生在可行范圍內(nèi)展開思考，完成教學(xué)任務(wù)。以“平面鏡成像”為例，本節(jié)課是基于傳統(tǒng)教學(xué)理念設(shè)計的實(shí)驗課，首先由教師提供實(shí)驗器材，再提出具體要求。學(xué)生按照教師提出的要求完成相關(guān)實(shí)驗。雖然這樣做降低了教師掌控課堂的難度，但是，無法達(dá)到激發(fā)學(xué)生興趣、提高教學(xué)效率的目的。針對上述情況，應(yīng)盡可能多地準(zhǔn)備一些自制的和日常生活中的器具，讓學(xué)生根據(jù)自己的理解，結(jié)合日常生活經(jīng)驗，選擇實(shí)驗器材。實(shí)驗后，讓選用不同器材的小組展示、交流，讓其他同學(xué)也能分享到不同小組的做法，使學(xué)生對相關(guān)知識的理解更加全面。實(shí)踐證明，這樣做可以使學(xué)生對物理實(shí)驗的樂趣更加持久，學(xué)習(xí)的熱情更加高漲。物理學(xué)習(xí)和生活結(jié)合得越緊密，教學(xué)效率也會越高。在開展相關(guān)教學(xué)活動時，教師應(yīng)著重考慮以下內(nèi)容：將物理實(shí)驗與STEM理念相結(jié)合，教學(xué)重點(diǎn)仍然集中在物理課程內(nèi)容上，有選擇地加入其他知識，以問題為導(dǎo)向，促使學(xué)生獨(dú)立分析并解決問題。

（2）能力有所提高

學(xué)科綜合已經(jīng)成為教育發(fā)展的主流趨勢，這就要求教師在日常生活中，既要充實(shí)所教科目的知識，也要對其他科目的知識有大致了解，綜合利用教學(xué)方法，提高教學(xué)實(shí)效。傳統(tǒng)物理實(shí)驗課堂存在較多限制，師生互動的形式以單對單為主，即使發(fā)現(xiàn)有問題存在，也難以在短時間內(nèi)將其解決并加以推廣。解決上述問題的關(guān)鍵是恰當(dāng)運(yùn)用多媒體設(shè)備。例如，利用課余時間將實(shí)驗過程中較易出現(xiàn)的問題，制作成微視頻，在課堂上進(jìn)行播放或發(fā)給學(xué)生課后觀看。在綜合實(shí)踐活動中，還可以鼓勵學(xué)生自己分組，嘗試在課后自己動手做實(shí)驗、制作簡易的物理工具等。每兩周讓他們展示自己制作的作品，并交流心得，發(fā)表觀點(diǎn)，讓他們把制作中遇到的問題拿到班級里來討論，請全班學(xué)生幫忙想辦法解決。另外，對于難度較高的物理實(shí)驗，可以利用多媒體設(shè)備，通過慢放、分解實(shí)驗過程的方式，將實(shí)驗現(xiàn)象更清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，降低實(shí)驗難度。一段時間以后，學(xué)生無論是工具操作能力、解決問題能力、資料查閱能力，還是語言表達(dá)能力都有較大的進(jìn)步。

4.學(xué)生受到的影響

（1）思維發(fā)生轉(zhuǎn)變

STEM理念給學(xué)生帶來的影響，主要體現(xiàn)在思維上。雖然學(xué)生學(xué)習(xí)知識的環(huán)節(jié)，仍舊需要在教師的引導(dǎo)下開展，但是，學(xué)生的思維較過去變得更為敏銳。以“透鏡的特點(diǎn)”為例，在傳統(tǒng)實(shí)驗課堂上，引入相關(guān)知識通常是透鏡成像，而判斷透鏡類型的依據(jù)則是形狀、對光的作用。在融入該理念的課堂上，可將透鏡與生活中常見的器材進(jìn)行類比，例如眼鏡、放大鏡等，這與STEM理念所提出的要求十分契合[3]。一個偶然的機(jī)會，知道班級里有一個同學(xué)家里是開眼鏡店的，經(jīng)過努力讓他家眼鏡店成為學(xué)校的教學(xué)基地之一，有一次，把物理課堂開到了眼鏡店里。在店里，讓學(xué)生現(xiàn)場感受并制作鏡片。學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)后，讓有需要配鏡的同學(xué)親自動手為自己制作鏡片。學(xué)生對自己制作的鏡片特別珍惜，學(xué)生也很有成就感。讓學(xué)生從以前單純的學(xué)習(xí)變成動手制作鏡片，思維上發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變。

（2）實(shí)驗發(fā)生轉(zhuǎn)變

驗證性實(shí)驗和研究性實(shí)驗的區(qū)別，主要體現(xiàn)在學(xué)生自主性方面。以“壓強(qiáng)”為例，驗證性實(shí)驗首先將影響壓強(qiáng)的因素提出，再設(shè)計相關(guān)實(shí)驗，最后交由學(xué)生驗證。研究性試驗則由學(xué)生提出相關(guān)問題并設(shè)計實(shí)驗，選擇所需器材完成后續(xù)的探究。由此可見，STEM理念賦予了學(xué)生自主選擇的權(quán)利，這也給學(xué)生提出了更高的要求。在實(shí)驗過程中，學(xué)生所選擇的器材不再局限于海綿、沙子，還包括氣球、鉛筆等，希望可以通過用鉛筆將氣球扎破的方式，證明壓強(qiáng)的存在。雖然學(xué)生自主設(shè)計的物理實(shí)驗，可能有諸多缺陷，但是反復(fù)實(shí)踐和改進(jìn)，能有效提高學(xué)生的綜合能力。

（3）教師受學(xué)生表現(xiàn)的影響

在STEM理念指導(dǎo)下開展的教學(xué)活動，要求教師具備及時解答學(xué)生所提問題的能力。例如，在對簡單機(jī)械模型進(jìn)行設(shè)計和制作的過程中，學(xué)生提出的問題往往涉及諸多領(lǐng)域的知識，該實(shí)驗對學(xué)生能力提出了極高的要求，學(xué)生既需要具備能夠獨(dú)立畫出所設(shè)計模型圖的能力，還需要具備將設(shè)計理念進(jìn)行完整敘述的表達(dá)能力。在此過程中，教師需要充分了解學(xué)生各個方面的水平，積極引導(dǎo)學(xué)生，讓他們充分發(fā)揮自己構(gòu)圖、計算、操作的能力，協(xié)同完成設(shè)計和制作。在設(shè)計和制作的過程中，根據(jù)學(xué)生出現(xiàn)的問題給予相應(yīng)的指導(dǎo)和點(diǎn)撥，讓他們的能力得到充分發(fā)揮。教師的這種安排既能讓設(shè)計和制作順利完成，也能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作能力。

綜上所述，STEM理念鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，運(yùn)用多方面知識解決問題，這樣做的目的主要是培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 王佳琪，陳晨，鐘鳴.物理實(shí)驗探究中的STEM思想：以單透鏡望遠(yuǎn)鏡制作與探究為例[J].湖南中學(xué)物理，2019（1）：81-84.

[2]? 羅倩，張皓晶，張雄.STEM教育理念下初中物理實(shí)驗教學(xué)初探：以自制“簡易密度計”為例[J].教育科學(xué)論壇，2019（22）：48-50.

[3]? 洪錦泉.STEM視閾下基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的《普通物理實(shí)驗》課程教學(xué)探究：以“折射率測量”為例[J].湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報（人文社會科學(xué)版），2019（2）：142-144.

（責(zé)任編輯 易志毅）