STEM視域下初中物理實驗創新實踐研究

方瑞瑞

【摘? 要】? STEM教育作為一種跨學科、融合性思維的教育形式，已越來越受到廣泛關注.本文旨在探究利用STEM視域下的實驗創新方法，提高初中物理課程教學效果.首先，通過對STEM教育的理論闡述，重點介紹STEM教育在初中物理教學中的應用；其次，通過對SWOT分析，分析STEM視域下初中物理實驗創新的現狀，為創新方法的設計提供依據；接著，設計STEM視域下初中物理實驗創新實踐方案，并將其實施于初中物理實驗教學中；最后，對實驗結果進行分析、總結對實驗教育的影響，為進一步完善STEM教育和初中物理實驗課程提供建議和探討.

【關鍵詞】? STEM視域；初中物理；實驗教學

STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics）教育是目前全球教育領域關注的焦點之一，它推崇跨學科、融合性思維及實踐能力的教育方式，旨在為青少年學生提供戰略性、深思熟慮和終身發展的技能[1].在STEM領域，物理學優先被推廣和應用于教育體系中.

初中物理實驗是體現STEM教育理念、提高學生綜合素養和實踐能力的重要環節，它是學生認識自然、探究科學的有效途徑之一.然而，傳統的初中物理實驗，存在實驗性強、靈活性差、難度大、過程單一等問題，很難滿足STEM教育的核心理念.因此，如何通過STEM視域下的實驗創新方法實現初中物理實驗的轉型與升級，提高初中物理實驗教學質量和效果，成了一個備受關注和亟待解決的問題.

在上述背景下，本文旨在探究STEM視域下初中物理實驗創新實踐，提高初中物理教育質量和實效.對于推動STEM視域下初中物理實驗創新實踐的深入研究，提升學生STEM素養、推進科技創新與人才培養以及促進STEM教育的發展，都具有十分重要的意義和價值.

1? STEM視域下實驗教育的理論分析

STEM教育著重培養學生的科學素養、技術應用能力、工程思維和數學能力.STEM教育的實踐方法不僅是知識的傳授，更是通過讓學生主動探究、思考和創新的方式，幫助他們掌握解決問題的方法和技能[2].STEM教育的目標是培養一代具備綜合實踐能力、探究精神和拓展思維的年輕人.

物理學科屬于STEM教育的重要組成部分，其在理論體系和實驗操作上具有完整性和規范性，并且與技術、工程和數學等學科有著緊密聯系.引入STEM教育的理念和方法，可以幫助學生更好地理解物理規律和實驗原理，提高科學素養和技術應用能力.

1.1? STEM教育在初中物理教育中的應用意義

1.1.1? 增強學生解決問題和創新的能力

STEM教育理念強調實踐和解決問題的方法，培養學生的探究和創新精神.初中物理實驗教學是實踐和解決問題的一個重要環節，引入STEM教育理念可以更好地指導和幫助學生進行實驗操作和數據分析，提高學生的實踐能力和實驗設計能力.

1.1.2? 拓展學生的科學素養

STEM教育的核心目標是培養學生的科學素養，使其掌握科學思維、科學方法和科學文化.在初中物理教育中，STEM教育可以通過實踐和實驗操作，幫助學生理解物理規律，掌握物理概念和基本知識，從而拓展學生的科學素養.

1.1.3? 培養學生的綜合能力

STEM教育注重綜合實踐能力和探究精神，要求學生加強各學科的聯系和整合.在初中物理教育中，STEM教育可以通過跨學科的教學方式，培養學生的綜合能力和應對實際問題的能力，提高學生的綜合素質.

1.1.4? 提高學生的職業競爭力

STEM教育注重培養學生的技術應用能力和創新能力，在現代社會中具有非常重要的意義.物理學科作為STEM教育的重要組成部分，其所涉及的科技產業和技術應用非常廣泛，因此引入STEM教育理念和方法可以幫助學生更好地掌握技術和知識，并提高其在職場上的競爭力和發展空間.

1.2? STEM視域下實驗教育的挑戰和問題

1.2.1? 教育資源和師資力量不足

STEM視域下初中物理實驗教育需要較多的教育資源和實驗設備，而目前我國很多初中物理教室設備和資源缺乏.同時，STEM教育的實踐方法也需要更加系統、全面的師資力量支持，教師需要不斷提高自身能力和水平，來適應STEM視域下初中物理實驗教育的發展需求[3].

1.2.2? 學生興趣程度與實驗難度不匹配

實驗難度是初中物理教育中的一個重要因素，在實施STEM視域下初中物理實驗教育時，需要考慮到學生的興趣和實驗難度的匹配度，避免學生因實驗難度過高而失去興趣，導致學生的效果和質量降低.

2? STEM視域下實驗創新實踐的設計與實施

2.1? 實施方案

2.1.1? 實驗課程設置

本文設計了一套盡可能貼近現實、有趣且有挑戰性的實驗課程，以滿足不同學生的需求和興趣愛好[4].這套實驗課程不僅涵蓋了物理學科的基本概念和知識，還包括了物理實驗操作和數據分析的基本技能，設計了一些能夠激發學生興趣、探究能力和創新能力的實驗.

2.1.2? 實驗設計

通過設計一系列的實驗培養學生的實踐能力和創新能力.在實驗設計上注重探究、創新，通過模擬真實情境，讓學生從實際問題出發去解決問題.例如，筆者設計了一個以競速車比賽為背景，驗證質量對加速度的影響的實驗，同時，筆者也設計了一個在有風條件下如何穩定火箭發射的實驗.通過設計多個不同難度的實驗，鼓勵學生發揮自己的探究精神和創新能力，提高學生的實踐操作水平和創新意識.

2.1.3? 實施流程

筆者采取線上和線下相結合的方式，更好地完成實驗流程.首先，在線上為學生提供詳細的實驗操作視頻，讓學生能夠更好地理解實驗操作步驟，掌握實驗技能.在線下實時指導保障到位，學生操作時可快速解決問題；其次，采取了分組與輪流實驗的方式，互相交流彼此的思路的同時，掌握實驗的基本操作步驟，促進學生間的互動和合作.

2.2? 教學內容

2.2.1? STEM教育理念與實踐方法的介紹

STEM教育是本次物理實驗創新實踐的核心理念和方向，因此我們將在首堂課對STEM教育的理念和實踐方法進行介紹.同時，還將通過案例分析和小組討論，展示STEM教育在實際情境中的應用和實踐.

2.2.2? 物理實驗基本技能培養

物理實驗基本技能是進行實驗研究的基礎，也是初中物理實驗創新實踐的關鍵.筆者通過教授學生實驗基本技能、數據處理方法和數據可視化技巧，鼓勵學生在實驗中運用科學方法進行數據量化分析，從而發現問題、解決問題.

2.2.3? 實驗設計與探究

STEM視域下，筆者注重實踐，鼓勵學生進行實驗設計和探究.引導學生從實際問題出發，選擇問題、設計問題、解決問題，體會探究和解決問題的過程和方法，從而增強學生培養實踐經驗的能力.

2.2.4? 實驗結果的評價和科學通報

評價是初中物理實驗創新實踐教學過程中的重要環節之一，筆者設計了合適的評價體系來評價學生的實驗結果和表現.同時，鼓勵學生將實驗結果寫成科學通報，讓更多的人了解到實驗過程和結果，提高學生的科學文化素養.

2.3? 評價體系

2.3.1? 實驗成果評價

筆者將對學生的實驗作品進行評價，從思考深度、實驗完成度、實驗精確度等多個方面進行評價，在評價過程中提供具體意見和建議，以幫助學生不斷提高實驗設計和實驗水平.

2.3.2? 實驗報告評價

通過對學生的實驗報告進行評價，重點考察實驗思路、實驗過程、實驗數據和分析、結論和反思等方面，旨在幫助學生掌握科學寫作的基本技能，綜合運用科學方法和科學語言的能力.

2.3.3? 綜合評價

通過綜合考查學生在實驗創新實踐中的表現，包括實驗設計、實驗操作、實驗報告等方面，對學生進行全方位、多角度的評價，以期幫助學生更好地掌握物理實驗技能和提高實踐能力.

2.4? 實施效果

通過富有挑戰和趣味性的實驗設計和流程，激發了學生的興趣和熱情，注重學生的實際表現和創新思維，讓學生在實踐中更好地學習和探究.

通過本次實踐，不僅豐富了物理實驗教學的方法和內容，提高了教師的教學水平和師資力量，這對于學校教學水平的提高也具有重要意義.

實踐中，學生針對課程設計成果所開展的實驗和探究過程，可以極大增強學生的實踐能力和創新意識，為學生今后的發展奠定堅實的基礎.

3? STEM視域下實驗創新實踐的發展方向

在當前STEM教育大背景下，物理教育逐漸變得趨向人性化和個性化.為培養具備解決實際問題和擁有實踐能力的高素質人才，STEM視域下初中物理實驗創新實踐顯得更為重要[5].

3.1? 數字化教育

數字化教育是當前STEM教育的一個新興熱點.數字化教育是指基于現代信息技術構建的全新教育方式，包括在線學習、遠程教育、虛擬實驗等.在數字化教育方面，STEM視域下初中物理實驗應該注重發掘手機應用程序、電子圖書和電子版教材等資源開發和教學應用，利用計算機和互聯網教育資源，實現數字化教學模式.

例如? 在“電路教學中”，學生可以通過電路模擬軟件構建不同的電路模型，并觀察電流、電壓等物理量的變化情況.而數字化教學的優點是可以提供提高物理教學效率，學習方式靈活，拓展思考的空間，呈現信息豐富，與現實世界相關性強等優點.

3.2? 課程設計

課程設計是STEM教育的一個熱點.當前STEM視域下初中物理實驗應該從課程設計的角度考慮如何更好地將STEM建構成為科學課程.STEM視域下初中物理應該充分發揮自身的特色，培養學生的科學素養和對物理科學的興趣.

例如? 在“電路教學”中，STEM視域下初中物理實驗可以引導學生進行電路設計實踐，比如設計各種不同功率的燈泡、不同種類的開關等等，從而使學生了解電力的基本原理和應用技能等.

3.3? 實驗創新

STEM教育的一個重點是實驗創新.如何實現優質實驗課程的設計、實施，提高學生的學習興趣和理解能力，并培養其自主研究和創新思維的意識.

例如? 在“光的陰影實驗”中，STEM視域下初中物理實驗可以將PHET光源與光屏實驗的教學法進行改進，引導學生對其進行研究和探討，并通過實驗的過程幫助學生更好地理解光學相關的物理知識，培養創新思維與科學素養.

為了適應STEM教育的發展趨勢和動態發展，還需要對教學模式進行深入思考和不斷實踐.

4? 結語

STEM教育與初中物理實驗教育存在著緊密的聯系，STEM視域下初中物理實驗創新實踐是推進STEM教育發展和初中物理教育改革的重要方式.未來，應著力于數字化教育、課程設計和實驗創新等方面對初中物理實驗教育進行深入探討和實踐，為培養高素質、具有探究精神和實踐能力的未來人才作出應有貢獻.

參考文獻：

[1]程霞.淺談STEM在高中物理實驗教學活動中的應用策略[J].學周刊，2022（27）：97-99.

[2]崔穎.STEM教育理念在高中物理實驗教學中的應用研究[D].延邊：延邊大學，2022.

[3]管錳.STEM教育理念下初中物理實驗教學的思考[J].名師在線，2021（18）：40-41.

[4]孫志鋒.融合STEM理念的初中物理實驗教學實踐探索[J].中學教學參考，2021（17）：56-57.

[5]黃海兵.基于STEAM理念的初中物理課程設計探究[J].教師博覽，2023（09）：71-72.