STEM 教育探析及其對我國中學(xué)物理教學(xué)的啟示

欒 雪

（沈陽市外國語學(xué)校，沈陽 110000）

在國際競爭日益嚴(yán)峻的當(dāng)今，科技創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)對我國科技水平乃至經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平起著至關(guān)重要的作用。教育，作為培養(yǎng)各類人才的搖籃，承載著國家的未來和希望。實踐證明，美國的STEM 教育在激發(fā)中學(xué)生創(chuàng)新、科技等各方面能力有良好的效果。實施至今，一直受到教育界許多學(xué)者的廣泛好評。而STEM 教育與我國教學(xué)改革目標(biāo)有許多相似之處。因此，借鑒STEM 教育的經(jīng)驗，將其應(yīng)用到高中物理教學(xué)中，能很好地提高學(xué)生的創(chuàng)新水平。作為一名物理教師，需要不斷汲取新理論，不斷嘗試新方法，為培養(yǎng)科技人才而努力進(jìn)取。

一、STEM 教育簡介

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)（Science）即認(rèn)識和解釋自然界存在和發(fā)展的客觀規(guī)律；技術(shù)（Technology）和工程（Engineering）即在認(rèn)識自然規(guī)律的存在和發(fā)展的基礎(chǔ)上對自然界進(jìn)行改造、利用，并能夠解決自然界發(fā)展過程中遇到的各類問題；數(shù)學(xué)（Mathematics）是作為基礎(chǔ)工具存在的[1]。STEM 理念是建構(gòu)主義理論與美國當(dāng)今教學(xué)實踐相結(jié)合的產(chǎn)物。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生在教師給予的問題或生活實際情境中，借助必要的學(xué)習(xí)資料，自助構(gòu)建新的知識和能力。

二、基于STEM 的高中物理教學(xué)

基于STEM 教育理念，高中物理教學(xué)應(yīng)打破傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)壁壘，將物理學(xué)融入生活中的實際問題中，借助數(shù)學(xué)、工程、生物等多學(xué)科知識，構(gòu)建新的知識[2]。培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。基于STEM 理念的高中物理教學(xué)有以下特征。

（一）問題情境性

根據(jù)杜威的“做中學(xué)”“教學(xué)應(yīng)該喚起學(xué)生的思維”的教育思想，高中學(xué)生更加感興趣的是神奇的有趣的現(xiàn)象、具體實在的器具，以及制作、設(shè)計、探究的過程。好玩有趣的事情才能引發(fā)他們的注意力。而物理教學(xué)中融合生活現(xiàn)象也具有明顯優(yōu)勢。例如，在勻變速運動和摩擦力的教學(xué)中引入汽車超速實例，可以利用剎車痕跡探討汽車是否在超速行駛；在交流電的教學(xué)過程中，介紹無線充電技術(shù)，讓學(xué)生通過之前學(xué)習(xí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，自主探究和解決，激發(fā)學(xué)生對知識的渴求欲[3]。

（二）多學(xué)科融合性

新課改前，傳統(tǒng)物理教學(xué)也不是只學(xué)習(xí)單一的物理學(xué)，物理的學(xué)習(xí)離不開數(shù)學(xué)知識[4]。只是由于傳統(tǒng)觀念和考試內(nèi)容的限制，教師往往避開不必要的內(nèi)容，只抓物理學(xué)本身。這樣做的結(jié)果不可避免會導(dǎo)致物理教學(xué)和其他學(xué)科產(chǎn)生割裂，學(xué)生綜合應(yīng)用能力往往無法滿足終身學(xué)習(xí)和解決實際問題的需要。STEM 理念是一種多學(xué)科融合的理念，將高中物理教學(xué)與其他學(xué)科聯(lián)系起來，能夠不斷提高學(xué)生對綜合問題的解決能力，從而為今后解決更復(fù)雜的問題奠定一定的基礎(chǔ)。例如，研究“單擺運動”，教師可以設(shè)計一節(jié)將科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)及工程學(xué)融合到一起的課程。在設(shè)計和安裝實驗器材的過程中學(xué)生需要解決以下幾個問題：擺球的材質(zhì)？擺線如何固定及擺線的長度？安裝過程需要注意什么？試驗時擺動的幅度多少適？等實際問題。解決這些問題，不僅需要物理學(xué)相關(guān)知識，還需要其他知識輔助才能完成。最后，還需要學(xué)生運用數(shù)學(xué)方法，利用蛋白周期公式計算理論值，利用實驗算出測量值。再改變量的數(shù)值反復(fù)實驗，繪制圖像。整堂課涉及多個學(xué)科，充分給予學(xué)生自我創(chuàng)造和發(fā)揮的空間。在此過程中，能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力，創(chuàng)新能力及實踐能力。

（三）協(xié)作性

人具有社會屬性，人的生活離不開群體，STEM 教育恰恰滿足了這個需求[5]。學(xué)生從被動的接收變?yōu)橹鲃犹骄浚軌蛎黠@提高學(xué)生的參與度和積極性。這種基于項目合作開展的教學(xué)活動，還能增進(jìn)學(xué)生和教師間的交流，還有學(xué)生和學(xué)生之間的交流活動。例如，《功率》這節(jié)課的教學(xué)中，因為學(xué)生已經(jīng)有如“速度”“加速度”這類物理量的定義方法，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用類比的方法，利用比值定義法定義“功率”這個物理量。進(jìn)而聯(lián)系之前學(xué)習(xí)的“功”的相關(guān)知識和數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)功率的另一種表述方式。這樣，學(xué)生對公式的理解和掌握會更加清晰。

三、基于STEM 高中物理教學(xué)的優(yōu)勢

第一，物理學(xué)發(fā)展過程蘊含著豐富的科學(xué)方法，基于STEM 理念的高中物理教學(xué)有利于學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程。從而使學(xué)生對獲得的新知識的印象更加深刻。同時，也有利于學(xué)生養(yǎng)成在今后的生活中自主解決問題的能力。第二，物理學(xué)的進(jìn)步直接影響著工程技術(shù)的革命，緊密聯(lián)系生活，這種能夠與生活實際相結(jié)合的知識可以給學(xué)生親切感，學(xué)生親身實踐，會使學(xué)生有獲得新知識的成就感。第三，從知識到創(chuàng)新的多變性，給學(xué)生提供了無盡的想象空間和機(jī)會。學(xué)生在多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)，無形中擴(kuò)大了學(xué)生和教師的發(fā)揮空間，能夠培養(yǎng)學(xué)生思維的多樣性，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。第四，基于STEM 理念的高中物理教學(xué)有利于提升學(xué)生的合作性。STEM 教育理念在強(qiáng)調(diào)多學(xué)科之間的協(xié)作學(xué)習(xí)，同時也強(qiáng)調(diào)了學(xué)生和學(xué)生之間，教師和學(xué)生之間的協(xié)同合作?；赟TEM 理念的高中物理教學(xué)要求學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中分工合作，教師輔助，這樣的學(xué)習(xí)方式能夠激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，同時有利于學(xué)生進(jìn)入社會后更好地融入社會。

四、開展STEM 教育存在的問題

第一，目前高中物理教學(xué)的指揮棒仍然是高考[6]，STEM 教育缺少教育主管部門的規(guī)范管理，教育評價機(jī)制有待完善。同時，教師對于學(xué)生學(xué)習(xí)的評價準(zhǔn)確性也存在不足[7]，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的隱形行為和收獲未得到重視甚至被忽視，很難做到對學(xué)生的評價足夠全面。第二，現(xiàn)在只是有教育情懷的教師在夾縫中摸索，課程也只是根據(jù)個人或少數(shù)人對STEM 教育理念的理解來開展和實施，有時因教師對理論的理解不足，或教師本身知識結(jié)構(gòu)的局限性，出現(xiàn)課程整合流于形式，不能從課程整體效果出發(fā)，設(shè)計和實施教學(xué)。因此，課程的開發(fā)和實施還有很大的完善空間。第三，課時設(shè)置較少，很多學(xué)校僅僅將其作為校本課程實施，學(xué)生實踐、體驗、創(chuàng)新時間太少，活動不夠充分。第四，目前STEM 教育還只是錦上添花，STEM 教育理念應(yīng)融入教師的日常教學(xué)中。

縱觀 STEM 教育理念在中國的發(fā)展現(xiàn)狀，雖然還存在諸多問題，但其是順應(yīng)歷史潮流發(fā)展的產(chǎn)物，且與我國新課標(biāo)的許多理念有相同或相似之處。因此，研究合適我國教育的STEM 課程設(shè)置和教學(xué)方式十分必要，并且具有很好的發(fā)展空間。