基于STEM教育的初中物理概念教學(xué)探索

陳云超

【摘 要】 ?STEM教育是一種跨學(xué)科的教育模式，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)融合在一起，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力.在初中物理教學(xué)中，采用STEM教育模式可以幫助學(xué)生更好地理解物理概念，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實踐能力.本文以初中物理蘇科版教材為例，探討基于STEM教育的初中物理概念教學(xué)的策略和方法.

【關(guān)鍵詞】 ?STEM教育；初中物理；概念教學(xué)

STEM教育是一種新興的教育模式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)融合在一起，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力.在現(xiàn)代社會，STEM領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)成為推動社會進步的重要力量，因此，STEM教育也成為教育改革的重要方向.在初中物理教學(xué)中，采用STEM教育模式可以幫助學(xué)生更好地理解物理概念，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實踐能力.本文以初中物理蘇科版教材為例，探討了基于STEM教育的初中物理概念教學(xué)的策略和方法.

1 初中物理STEM教育的意義

1.1?提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

初中物理是一門理論性較強的學(xué)科，對于許多學(xué)生來說可能比較抽象和難以理解.而STEM教育所強調(diào)的實踐和探究，可以幫助學(xué)生通過具體的實踐活動來理解和掌握物理概念，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性.在STEM教育中，學(xué)生可以通過進行實驗、制作模型、參與項目等方式，來探索和理解物理現(xiàn)象.這樣不僅可以幫助學(xué)生更好地記憶和理解物理知識，還可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力^[1].此外，STEM教育還強調(diào)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)，將物理、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)等多個學(xué)科的知識融合在一起，幫助學(xué)生建立起完整的科學(xué)素養(yǎng)和思維方式.這對于學(xué)生的全面發(fā)展，以及其未來在科技領(lǐng)域的競爭力都有著非常重要的意義.

1.2 培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)

STEM教育是一種綜合性教育模式，能夠?qū)⒉粚W(xué)生科的知識融合在一起，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，在初中物理教學(xué)中，采用STEM教育模式可以讓學(xué)生了解物理知識的實際應(yīng)用，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力.通過STEM教育，學(xué)生可以在實踐中學(xué)習(xí)物理知識，例如通過設(shè)計實驗、進行數(shù)據(jù)分析等方式來探索物理現(xiàn)象.這樣不僅可以讓學(xué)生更好地理解物理知識，還可以培養(yǎng)其動手能力和解決問題能力.同時，STEM教育還強調(diào)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)，將物理、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)等多個學(xué)科的知識融合在一起，幫助學(xué)生建立起完整的科學(xué)素養(yǎng)和思維方式，對于學(xué)生的全面發(fā)展，以及未來在科技領(lǐng)域的競爭力都有著重要意義.

2?STEM教育的概念和特點

2.1?跨學(xué)科性

STEM教育將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)融合在一起，打破了傳統(tǒng)學(xué)科之間的界限，讓學(xué)生能夠從多個角度思考問題，這種教育模式強調(diào)實踐和綜合應(yīng)用，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力和解決問題的能力.在STEM教育中，學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)到各個學(xué)科的知識，還可以將這些知識應(yīng)用到實際問題中.

例如在物理課堂上，學(xué)生可以運用數(shù)學(xué)和工程知識來設(shè)計一個簡單的機器人，在化學(xué)課堂上，學(xué)生可以結(jié)合技術(shù)和工程知識來解決環(huán)境污染問題.此外，STEM教育還鼓勵學(xué)生進行團隊合作，培養(yǎng)其的溝通能力和協(xié)作精神.在解決實際問題的過程中，學(xué)生需要與團隊成員密切配合，共同分析問題、制定解決方案，并實施和評估.

2.2 實踐性

STEM教育強調(diào)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，通過實踐活動和項目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在動手操作和實驗中學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實驗?zāi)芰?sup>[2].在STEM教育中，學(xué)生可以參與到各種實踐性的任務(wù)中，如設(shè)計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果等.這樣的學(xué)習(xí)方式不僅可以讓學(xué)生更加深入地理解理論知識，還可以提高學(xué)生實踐技能和創(chuàng)新思維.

3 基于STEM教育的初中物理概念教學(xué)分析

3.1?貼近生活

例如 以“力的概念”一課為例，在物理教學(xué)中，力的概念是一個基本的概念，但是由于其抽象性，學(xué)生往往難以理解.通過提出具體的生活實例，教師可以幫助學(xué)生直觀地感受到力的存在和作用.例如，在汽車運動中，學(xué)生可以感受到摩擦力的作用；在電梯運動中，學(xué)生可以感受到重力的作用.隨后，通過實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生可以進一步探究力的作用效果.例如，用彈簧測力計測量物體的重力，可以讓學(xué)生直觀地看到力的大?。挥脷馇蛱骄靠諝庾枇?，可以讓學(xué)生看到力對物體運動的影響.最后，通過總結(jié)和分析，學(xué)生可以形成對力的概念的深入理解.這種理解不僅來自理論的學(xué)習(xí)，更來自實際的操作和觀察，因此更加深入和穩(wěn)固.

3.2 融合多學(xué)科知識

傳統(tǒng)實驗教學(xué)往往僅限于讓學(xué)生按照步驟進行操作，這種方式限制了學(xué)生充分發(fā)揮自己的思維.然而，在STEM教學(xué)思想的指導(dǎo)下，教師需要將多門學(xué)科知識進行靈活的整合，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果^[3].

例如 以“探究電流與電壓和電阻的關(guān)系”為例，教師首先讓學(xué)生觀察兩組實驗現(xiàn)象，在第一組實驗中，重點是增加電池數(shù)量以調(diào)整燈泡亮度；在第二組實驗中，關(guān)注增加電阻器的個數(shù)以觀察電燈泡亮度變化.通過這種方法，學(xué)生可以從電流出發(fā)，理解電壓和電阻對電流的影響規(guī)律：電壓增大時，電流也增大；但電阻增大時，電流卻減小.在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生運用“控制變量”的思路設(shè)計實驗方案.當(dāng)電壓不變時，讓學(xué)生測量電流和電阻.然后，根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，學(xué)生在坐標(biāo)軸上用圖像法繪制直線，進一步探討電流、電壓和電阻之間的數(shù)量關(guān)系.這種探究過程涵蓋了科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的專業(yè)知識，盡管學(xué)生可能并未意識到自己正在應(yīng)用這些知識，但其最后獲得的經(jīng)驗將更加豐富和生動.

3.3?突出設(shè)計價值

在中學(xué)階段，學(xué)生所經(jīng)歷的實踐活動主要是以勞動和手工制造為主要內(nèi)容，其很少會將自己的設(shè)計思維真正地展開起來，因此，其的創(chuàng)造性和想象力并沒有得到充分的發(fā)揮.在這樣的環(huán)境中，教師要突出自己的設(shè)計，要激發(fā)學(xué)生的奇思妙想，要激發(fā)其的思考，要激發(fā)其的思考.

例如以“船舶的沉浮狀態(tài)及其運用”為例，教師可以讓學(xué)生扮演一個充滿朝氣的造船工人，給學(xué)生看一些有關(guān)鄭和航?；蛘咛┨鼓峥颂柕匿浵?，再問學(xué)生：船舶能夠在水上行駛的原因是什么？假如你是一位精力充沛的工程師，你將如何建造一條整條的船只呢？在這個問題被提出以后，其會自己去尋找制造船只的材料，同時也會去研究船只在水面上的最基礎(chǔ)的運動，那就是漂浮和沉沒.在此基礎(chǔ)上，對船舶自身的應(yīng)力進行了研究，并對船舶的起落進行了初步的分析.在學(xué)生有了一定的思維后，教師就要為其提供足夠的生活物資，這些物質(zhì)可以是飲料瓶或易拉罐，也可以是橡皮泥或白紙.教師可以指導(dǎo)學(xué)生在紙面上畫出船身各個部分的基礎(chǔ)模型，之后將這些模子拼湊在一起，形成最后的構(gòu)架，并進行一系列的水中實驗.經(jīng)過設(shè)計、操作等環(huán)節(jié)，學(xué)生的實際體驗會更豐富，對自己的思路也會更有信心.

3.4?做好材料創(chuàng)新與升級

在教學(xué)中，教師不能簡單地用課本內(nèi)容“應(yīng)付”對學(xué)習(xí)有興趣的學(xué)生，要向?qū)W生們展現(xiàn)各種不同的實驗素材，從而激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)興趣；他們將更加牢固地將理論與實際相聯(lián)系，并從自己的創(chuàng)造中吸取經(jīng)驗與教訓(xùn).

例如在教學(xué)“探索物理中的電路實驗”一課時，教師可以給學(xué)生提供一些發(fā)光二極管、導(dǎo)電膠帶或紐扣電池，上面的這些新的物質(zhì)都是用來代替舊的物質(zhì)（比如干電池、導(dǎo)線和單刀開關(guān)等等）的^[4].

又如，在進行電磁感應(yīng)的試驗時，要確定感應(yīng)電流的方向有沒有發(fā)生變化，此時就可以使用LED來代替常規(guī)的敏感電流表；根據(jù)它的單向傳導(dǎo)特性，可以判斷出電流的流向.又比如，在探索車輛的指示裝置的工作過程中，教師可以通過觀察指示裝置在車輛移動過程中的閃光，從而畫出遙控車輛指示裝置的線路圖，然后教師就可以讓他們用LED和導(dǎo)電膠帶來制作一個指示器的電路.用新材質(zhì)構(gòu)筑構(gòu)架，其簡潔性比較顯著，能更直觀地表現(xiàn)出物理法則.也能獲得更多的藝術(shù)滿足.

3.5?通過情境導(dǎo)入問題

物理無處不在，大多數(shù)情況下不是因為學(xué)生們對它一無所知，只是因為他們從來沒有沉下心神，認真地研究.這個時候，教師就需要從科學(xué)化的情境中抽取出具體的問題或任務(wù)，讓學(xué)生形成足夠新穎的認知碰撞，之后才能指導(dǎo)他們進行大膽的實踐，勇敢地釋放思想和雙手.

例如 以“流體壓強與流速的關(guān)系”一課為例，教師就可以讓學(xué)生對列車平時運行的狀況進行聯(lián)想，之后給學(xué)生呈現(xiàn)出高速運行的列車碰撞站在安全線之內(nèi)的行人的真實情況，以此來引起學(xué)生的注意.然后，引導(dǎo)學(xué)生思考這一部分所包含的物理問題，比如：列車車廂為何會吸引在安全線之內(nèi)的行人？然后，讓學(xué)生進行一個簡單的“吹紙法”，將學(xué)生分為多個協(xié)作組，每個組都要探索氣流速度與壓力的關(guān)系.

在學(xué)生完成了自己的思索后，教師再引導(dǎo)他們運用實際生活中的素材來進行真空袋的設(shè)計.例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用真空袋來保鮮食物，從而引出真空袋的設(shè)計問題.教師可以先讓學(xué)生思考一下，為什么真空包裝可以延長食物的保質(zhì)期？然后，教師再引導(dǎo)學(xué)生運用物理學(xué)中的氣體物理學(xué)知識，解釋真空包裝的原理.在這個過程中，學(xué)生可以了解到，真空包裝的原理是利用真空泵將包裝袋內(nèi)的空氣抽出，使包裝袋內(nèi)處于真空狀態(tài)^[5].由于食物在真空中無法與氧氣接觸，因此可以減緩食物的氧化過程，從而延長食物的保質(zhì)期.在理解了真空包裝的原理后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運用實際生活中的素材，如塑料袋、真空泵等，設(shè)計一個簡單的真空袋.在設(shè)計過程中，學(xué)生需要考慮如何選取合適的材料，如何設(shè)計合適的結(jié)構(gòu)，以保證真空袋能夠有效地抽出包裝袋內(nèi)的空氣.

4 結(jié)語

本文以初中物理蘇科版教材為例，探討了基于STEM教育的初中物理概念教學(xué)的策略和方法.結(jié)果表明，在基于STEM教育的初中物理概念教學(xué)過程中，教師應(yīng)該運用案例教學(xué)法、問題驅(qū)動教學(xué)法和實驗教學(xué)法，注重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和團隊合作能力，以幫助學(xué)生更好地理解物理概念，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實踐能力.

參考文獻：

[1]顧健，李剛.基于工程的跨學(xué)科實踐——來自STEM的啟示[J].物理教師，2022，43（10）：46-48+53.

[2]陳剛.基于項目學(xué)習(xí)的初中物理綜合實踐活動的案例分析——以“自制簡易望遠鏡”為例[J].物理教師，2022，43（05）：43-47.

[3]季然，楊曉輝，李燊等.STEM教育理念的初中物理單元教學(xué)設(shè)計——以“浮力”為例[J].赤峰學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，38（03）：98-102.

[4]徐婷，徐萌.STEM教育理念下的初中物理實驗教學(xué)研究[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報，2022，38（02）：117-121.

[5]肖晨.探究、整合、實踐：基于STEM教育的初中物理概念教學(xué)探索[J].物理教師，2021，42（12）：44-45+49.