STEM教育理念下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

【摘要】教育事業(yè)的發(fā)展，教育者不僅關(guān)注知識(shí)教育，還注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣。初中物理為重要學(xué)科，會(huì)影響學(xué)生的思維能力、探究能力?，F(xiàn)代科學(xué)發(fā)展，社會(huì)對(duì)新型人才的需求度高，開(kāi)始引入STEM教育理念，改變了初中物理教學(xué)模式與方法。本文研究中，基于STEM教育理念，深入分析初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】STEM教育理念? 初中物理? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2023）08-0181-03

隨著教育事業(yè)的進(jìn)步發(fā)展，新課標(biāo)對(duì)初中物理學(xué)科提出了較多要求。教師對(duì)于學(xué)生自主探究能力、問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)較為關(guān)注，然而卻不注重情景教學(xué)模式，很難吸引學(xué)生的注意力。為了發(fā)揮出學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，內(nèi)化物理課程知識(shí)，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，要求教師深入思考教學(xué)問(wèn)題，加大學(xué)習(xí)自主性、創(chuàng)新性，從而轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，充分發(fā)揮出STEM教學(xué)理念的作用。在新教學(xué)模式下，合理使用教學(xué)理念，確保初中物理教學(xué)的效率與效果，實(shí)現(xiàn)初中學(xué)生的綜合化發(fā)展。

一、STEM教育理念

新課程的創(chuàng)新改革背景下，社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)提出高要求，開(kāi)展課程教育時(shí)，不僅要加強(qiáng)理論知識(shí)教學(xué)，還要促進(jìn)綜合能力發(fā)展。此種情況下，教師要整合、滲透學(xué)科知識(shí)。STEM屬于新型教學(xué)模式，教會(huì)人們以科學(xué)眼光看待世界發(fā)展。技術(shù)工程，是人類(lèi)保護(hù)自然、尊重自然的重要方式，可以實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處，處理社會(huì)生產(chǎn)與生活難題。在物理教學(xué)中，要擁有豐富的數(shù)學(xué)知識(shí)，有效開(kāi)展技術(shù)與工程學(xué)習(xí)。在此種理念下，教師要深度融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，以現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)輔助教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生參與到工程實(shí)踐中，從而加強(qiáng)問(wèn)題的探究能力、處理能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。

二、將STEM理念融入到物理教學(xué)中的必要性

（一）落實(shí)物理核心素養(yǎng)

為了改革中學(xué)物理課程，要不斷提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，基于生活經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)內(nèi)容出發(fā)，將核心素養(yǎng)作為重要指導(dǎo)，并且注重中學(xué)物理課程開(kāi)展的有效性。關(guān)注學(xué)科知識(shí)配合，整合科學(xué)探究、技術(shù)應(yīng)用，以提升學(xué)生的科學(xué)意識(shí)、實(shí)踐能力。新課程標(biāo)準(zhǔn)下，通過(guò)科學(xué)知識(shí)與技能，使學(xué)生形成正確的價(jià)值觀、科學(xué)觀。

STEM理念，對(duì)于物理教學(xué)的實(shí)踐性比較關(guān)注，可以提升處理問(wèn)題的能力，科學(xué)理解文化知識(shí)?；谥R(shí)維度，STEM理念重視問(wèn)題處理過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)合多學(xué)科知識(shí)，優(yōu)化整合多學(xué)科思維。在STEM引導(dǎo)下，學(xué)生能夠自主探究問(wèn)題，找尋問(wèn)題處理方法，以加強(qiáng)知識(shí)應(yīng)用能力。

（二）發(fā)展學(xué)生的物理技能

在物理課標(biāo)中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)科技能?；赟TEM教育理念，創(chuàng)設(shè)豐富的實(shí)踐活動(dòng)，能夠?yàn)閷W(xué)生提供操作機(jī)會(huì)。通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，體驗(yàn)探究樂(lè)趣，從而提升操作水平。根據(jù)中學(xué)生的發(fā)展情況，教師在操作實(shí)踐、互動(dòng)活動(dòng)中，應(yīng)當(dāng)為學(xué)生做出示范。比如在“杠桿”知識(shí)學(xué)習(xí)中，教師要聯(lián)合物理、生活實(shí)際，收集關(guān)于“杠桿”的知識(shí)，并且引導(dǎo)學(xué)生自己制作桿秤稱(chēng)重物體。學(xué)生通過(guò)一系列模仿活動(dòng)，可以準(zhǔn)確認(rèn)知“杠桿”知識(shí)，提升知識(shí)探究能力、操作技能水平。

（三）STS教育是STEM理念的載體

STS教育包括科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)，關(guān)注知識(shí)的社會(huì)價(jià)值、實(shí)用性，結(jié)合生活實(shí)際、科技前沿，使學(xué)生基于情景關(guān)注物理知識(shí)，展示出物理課程標(biāo)準(zhǔn)的理念與要求。STS教育，確保學(xué)生明確事物的關(guān)聯(lián)性，能夠增加學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)度，促進(jìn)現(xiàn)代科技發(fā)展，關(guān)注科技發(fā)展的影響。在STEM教育中，跨學(xué)科特點(diǎn)明顯，但是并非將各學(xué)科知識(shí)累積在一起，而是關(guān)注知識(shí)的整合與聯(lián)系，并且應(yīng)用到情景中。物理課程中，STS、STEM教育擁有較高的結(jié)合度，前者作為后者的載體。

物理新課程標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)注社會(huì)、技術(shù)、物理的關(guān)聯(lián)性，通過(guò)人文科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、物理學(xué)的融合，展示出物理學(xué)的知識(shí)體系。在現(xiàn)代科技發(fā)展下，生產(chǎn)、科技、生活領(lǐng)域出現(xiàn)新問(wèn)題，并且成為中考命題方向。STEM教育創(chuàng)設(shè)各類(lèi)情景，采用項(xiàng)目教學(xué)方式開(kāi)展科學(xué)探究，以小組合作方式設(shè)計(jì)方案，及時(shí)總結(jié)和反思。物理學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)用STEM理念時(shí)，常常以任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)為主，收集資料、合作探究，從而領(lǐng)悟物理概念與本質(zhì)。探究方案的制定，可以加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、模型建構(gòu)能力?？茖W(xué)的推理過(guò)程，可以使學(xué)生深入認(rèn)知物理學(xué)的本質(zhì)，從而強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)。物理學(xué)要求學(xué)生觀察日常生活，動(dòng)手操作試驗(yàn)，從而建立系統(tǒng)性模型，豐富學(xué)生的理論體系。

三、STEM理念落實(shí)到物理教學(xué)中的途徑

（一）模仿制作，培養(yǎng)學(xué)生的工科思維

由于初中學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔悖處熆梢赃m當(dāng)降低教學(xué)難度，逐步引導(dǎo)學(xué)生模仿和制作，從而掌握裝置工作原理。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為載體，采用小組合作方式創(chuàng)作作品。比如開(kāi)展“杠桿”教學(xué)時(shí)，教師要為學(xué)生布置實(shí)踐作業(yè)，充分利用杠桿知識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)制作桿秤，既要使用杠桿平衡知識(shí)，還要使用工程、數(shù)學(xué)理論。明確標(biāo)注杠桿的單位與刻度，明確數(shù)理關(guān)系，從而使學(xué)生了解工程技術(shù)理念。再比如“物體浮沉條件”的教學(xué)，學(xué)生通過(guò)制作潛水艇作品，充分鍛煉工程思維。學(xué)生了解潛水艇結(jié)構(gòu)后，教師為其提供制作工具，使學(xué)生通過(guò)浮沉條件等知識(shí)，合作完成潛水艇。由學(xué)生自主制作潛水艇，可以提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)，加強(qiáng)建構(gòu)物理模型的能力。在教學(xué)活動(dòng)中，要按照STEM教育理念，潛水艇項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，編制詳細(xì)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)案例。

（二）落實(shí)小組合作，優(yōu)化配置學(xué)習(xí)任務(wù)

在設(shè)計(jì)水位報(bào)警器時(shí)，學(xué)生很難單獨(dú)完成任務(wù)，教師將學(xué)生分為不同的小組，分別安排學(xué)習(xí)任務(wù)，積極鼓勵(lì)學(xué)生建立合作關(guān)系，從而完成任務(wù)。比如，部分學(xué)生調(diào)查資料，檢索工程學(xué)科、技術(shù)學(xué)科知識(shí)，掌握?qǐng)?bào)警器制作流程；部分學(xué)生設(shè)計(jì)方案、繪制草圖。當(dāng)學(xué)生的動(dòng)手能力較強(qiáng)時(shí)，則要準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)工具，為后期操作奠定基礎(chǔ)。當(dāng)學(xué)生完成準(zhǔn)備工作后，則要討論前期準(zhǔn)備結(jié)果出現(xiàn)的問(wèn)題，確定無(wú)問(wèn)題后開(kāi)展實(shí)踐操作。

在操作和制作環(huán)節(jié)，教師要突出學(xué)生的主體地位，發(fā)揮出學(xué)生的主動(dòng)性、能動(dòng)性。比如在制作報(bào)警器時(shí)，學(xué)生在連接電路實(shí)物。按照前期設(shè)計(jì)，學(xué)生在量杯內(nèi)放置導(dǎo)線碳棒，導(dǎo)線另一端連接電磁繼電器、紅燈、電源。學(xué)生設(shè)置水位報(bào)警線刻度，持續(xù)添水操作時(shí)，密切觀察碳棒連接的紅燈。如果紅燈未亮，教師再指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生說(shuō)明實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、工具、操作存在的問(wèn)題，使學(xué)生按照教師教學(xué)指導(dǎo)，改正不足與缺陷。通過(guò)此種方式，既可以發(fā)揮出教師的引導(dǎo)作用，還能夠給予學(xué)生鍛煉機(jī)會(huì)，發(fā)揮出STEM教育理念的優(yōu)勢(shì)。

（三）注重課后評(píng)價(jià)，交流學(xué)習(xí)收獲

學(xué)習(xí)任務(wù)完成之后，教師要關(guān)注課后評(píng)價(jià)工作，全面梳理STEM教學(xué)過(guò)程。教師要及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)問(wèn)題，分享學(xué)習(xí)收獲，從而擴(kuò)大教學(xué)成果。按照此種目的，當(dāng)學(xué)生動(dòng)手操作時(shí)，由教師拍攝整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，復(fù)盤(pán)總結(jié)階段。當(dāng)多數(shù)學(xué)生出現(xiàn)相同的問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)視頻展示出來(lái)。比如制作水位報(bào)警器時(shí)，學(xué)生沒(méi)有選擇適宜的導(dǎo)體、絕緣體，影響導(dǎo)線接觸效果。問(wèn)題歸納完成后，教師要管理學(xué)生發(fā)表意見(jiàn)，陳述解決方案，同時(shí)讓其他小組相互評(píng)價(jià)，提出合理建議，從而找尋后續(xù)改進(jìn)方向，使學(xué)生深入理解和掌握實(shí)驗(yàn)方法，逐漸可以獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作。

（四）注重師資建設(shè)，加強(qiáng)教師職業(yè)能力

筆者通過(guò)相關(guān)調(diào)查可知，國(guó)外對(duì)于STEM教育理念的普及率高，擁有完善的理論體系。我國(guó)對(duì)于STEM教育理念的研究比較晚，發(fā)展不太成熟。對(duì)于物理教師而言，基于STEM教育理念開(kāi)展物理教學(xué)，所面對(duì)的挑戰(zhàn)和難題非常多，要求教師了解STEM教育理念，掌握教學(xué)全過(guò)程。

第一，學(xué)校開(kāi)設(shè)STEM教育理念，將其納入到教師考評(píng)工作中，做好實(shí)踐操作訓(xùn)練，有效結(jié)合理論與實(shí)踐。

第二，教師要收集STEM教學(xué)案例，正確認(rèn)知STEM教育理念。學(xué)校定期舉辦STEM教育理念講座、教研會(huì)、論壇等，確保教師深入理解STEM教育理念，提升教學(xué)成效。

四、STEM理念下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例

在物理核心素養(yǎng)中，科學(xué)思維屬于關(guān)鍵要素，STEM理念可以作為教學(xué)載體。在教學(xué)實(shí)踐中，教師對(duì)于學(xué)生思維發(fā)展的關(guān)注度高。比如在變阻器教學(xué)設(shè)計(jì)中，要將滑動(dòng)變阻器模型作為基本思路，凸顯出學(xué)生實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，將任務(wù)驅(qū)動(dòng)作為載體，促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。

（一）變阻器的教學(xué)設(shè)計(jì)

基于STEM理念，注重變阻器的教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，與科學(xué)探究融合在一起。定位教學(xué)目標(biāo)，要以基本原理為主，上述內(nèi)容和變阻器結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)大。

第一，教學(xué)目標(biāo)：學(xué)生自述滑動(dòng)變阻器的構(gòu)造，標(biāo)注電路符號(hào)，掌握變阻器的工作原理。學(xué)生可以正確接入電路，從而改變電路電流、用電器的電壓。

第二，素養(yǎng)目標(biāo)：練習(xí)使用滑動(dòng)變阻器，確保學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，處理好問(wèn)題中的深化、活化知識(shí)，獲取學(xué)習(xí)收獲?？茖W(xué)探究新課標(biāo)，凸顯出問(wèn)題導(dǎo)向，建立問(wèn)題情景，使學(xué)生能夠正確處理物理問(wèn)題，提升物理學(xué)科素養(yǎng)。

第三，教學(xué)重難點(diǎn)：在初中物理實(shí)驗(yàn)器材中，變阻器為重要工具，會(huì)影響對(duì)伏安法測(cè)電阻知識(shí)的掌握。因此在教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)以明確變阻器原理為重點(diǎn)，而教學(xué)難點(diǎn)在于連接變阻器。為了凸顯出教學(xué)重點(diǎn)，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主操作，改變電路小燈泡的亮度，從而改變電阻、電流。同時(shí)，學(xué)生自主操作變阻器接入電路的實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)變阻器的連接方式。

STEM教學(xué)理念下，凸顯出跨學(xué)科性的特點(diǎn)，基于新課標(biāo)，提出跨學(xué)科的實(shí)踐板塊?；趩?wèn)題導(dǎo)向，培養(yǎng)遷移能力，提升聯(lián)合問(wèn)題情景，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題，通過(guò)觀察、設(shè)計(jì)、制作等活動(dòng)，遷移和整合跨學(xué)科知識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生的技術(shù)意識(shí)、動(dòng)手操作能力、工程思維等，所以在物理教學(xué)中，要全面落實(shí)STEM教育理念。

（二）變阻器教學(xué)流程圖

第一，關(guān)注思維連續(xù)性，確保引課的合理性：開(kāi)展變阻器教學(xué)時(shí)，引課環(huán)節(jié)要考慮學(xué)生思維的連續(xù)性，減少思維障礙。利用移動(dòng)方式，改變燈泡的亮度，由此引入新課程。將開(kāi)關(guān)電路連接在電路板上，控制燈泡發(fā)光。連接電阻絲、電路板之后，導(dǎo)線與磁體相連接，開(kāi)關(guān)閉合后，燈泡亮起。電路板前方，使用磁介質(zhì)移動(dòng)，利用磁介質(zhì)、磁體的吸引力，可以改變燈泡亮度，激發(fā)學(xué)生的探索積極性，教師提問(wèn)電路中的哪個(gè)物理量變化，學(xué)生回答是電流。之后復(fù)習(xí)、提問(wèn)改變電流的方法，即改變電阻、電壓。實(shí)驗(yàn)操作中，提問(wèn)哪種方式可以改變電流，學(xué)生回答電阻。完成上述提問(wèn)互動(dòng)后，教師可以導(dǎo)入新課。

第二，基于探究核心，任務(wù)驅(qū)動(dòng)載體，內(nèi)化科學(xué)思維：在物理課程標(biāo)準(zhǔn)中，科學(xué)探究成為學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)方式。筆者認(rèn)為科學(xué)探究，必須歷經(jīng)完整的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。物理學(xué)中的規(guī)律、實(shí)驗(yàn)器材，都可以體現(xiàn)出探究思維。在變阻器知識(shí)教學(xué)中，不管是采用滑片判斷，還是改變變阻器的連接方法，要求學(xué)生理解滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)。在教學(xué)中，筆者將變阻器的結(jié)構(gòu)設(shè)為重難點(diǎn)。在教學(xué)活動(dòng)中，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)器材的原理教學(xué)。教師可以指導(dǎo)學(xué)生將鉛筆芯作為滑動(dòng)變阻器模型，直觀感受變阻器的制作過(guò)程，掌握科學(xué)的探究、實(shí)驗(yàn)操作方法。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要展示出現(xiàn)象的物理過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生深入思考物理問(wèn)題，體會(huì)物理改變的形成、發(fā)現(xiàn)、處理等過(guò)程。教師基于原始問(wèn)題，科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，高度重視知識(shí)形成過(guò)程的體驗(yàn)感，從而將科學(xué)探究法作為加強(qiáng)學(xué)生探索意識(shí)的保障。

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作者簡(jiǎn)介：

謝文強(qiáng)（1977年12月—），男，漢族，河南濮陽(yáng)人，本科學(xué)歷，中小學(xué)一級(jí)職稱(chēng)，研究方向?yàn)槌踔形锢斫虒W(xué)。