基于STEM理念的高中物理實驗校本化探索與實踐

王國宏

（甘肅省武威市民勤縣職業中等專業學校，甘肅民勤 733399）

引 言

STEM 包括科學、技術、工程和數學，這幾個學科有著非常緊密的聯系，可將一些離散的知識點融合在一起。高中物理教材實驗中大多是求證類實驗，這就要求教師能將STEM 理念融入其中，結合自身教育經驗和高中生的個人特點，秉承因材施教的原則，讓學生積極投入其中，從而促進物理教學工作的順利實施。

一、STEM理念下高中物理實驗校本化研究的目標和內容

（一）研究目標

探索STEM ＋物理實驗校本化實施的過程中，盡量用合適的方法，讓物理課程更符合這個階段學生的認知規律，確保各層次的學生都能有所收獲。教師在教學過程中，應該積極創新課程教學的內容、形式，培養高中生的物理素養，為學生日后的探究性學習奠定堅實的基礎[1]。經研究發現，在STEM ＋課程環境下，找準關鍵點，轉變教師理念，優化教學方法，將物理實驗作為提高學生實踐能力的手段，可推動素質教育工作的順利實施。

（二）研究內容

首先，課程實施。教師要構建完善的校本實施體系，創建縱橫交錯的發展模式，讓各類創新型小組都能進行有效且深入的探討，根據STEM ＋實現物理實驗數字化管理，健全各項保障機制，這樣才能符合高中生的學習特性。其次，課堂教學。STEM ＋實驗校本課程具備跨學科的特點。傳統課堂教學只能給學生傳輸單一的知識點，將STEM 理念融入物理實驗，能夠將多個知識點巧妙地融合在一起，當學生動手實踐的時候，還能發現課本中沒有提及的理論結果，從而設計多種實驗方案。最后，學科研究。這就要求物理教師能深入探討，在物理小組交流的時候，逐漸打破傳統的思維模式，讓教師的教學更加符合新時代高中生的基本需求。

二、STEM理念下高中物理實驗校本化的實踐策略

（一）結合教材，實行探究式學習

STEM 是一種能培養學生主動參與習慣的教學理念，為了讓它真正深入課程，教師要秉承因材施教的原則，向學生提供一些實驗設備、資料等，然后將知識有效地組織在一起。例如，教學“平拋運動”的實驗時，它作為物理中比較難的知識點，學生在分解和處理的時候，往往會遇到一些思維障礙，而且教材上的實驗步驟比較復雜，在無法實際檢驗的情況下，實驗會存在一些誤差。為了讓學生能更直接地理解這些知識，教師可以結合STEM 理念，組織實驗活動，讓學生自主設計平拋運動演示儀。

在具體的實施過程中，應該將其分為多個環節。第一，教師展示設計原型，在水平位置放一根水管，距離地面1.8m，橫截面積為2cm2，水流速度為2m/s，如果出口橫截面上水的速度相同，不計空氣阻力，試求出水流穩定后，其中會堆積多少水？然后讓學生進行初步設計和制作，用橡皮管連接水源，噴出的水做平拋運動，水流的發散現象則非常明顯。第二，針對水流現象明顯的問題，需要進行一些改進，讓學生解決發散問題。這時候，部分學生可能會猜想：是否橡皮管太軟？于是就會借用粗細不同的塑料管，最終決定用筆管，出水效果較好，不會出現發散問題。第三，要求學生繪制草圖，演示整個過程，然后進行定量分析。為了強化整體演示效果，可以適當地加入一些紅墨水。第四，利用這種方法探究平拋運動是否為勻速，并計算出它的最大射程。這時候學生會利用一個量杯、秒表計，發現在相等時間內流出水的體積是相等的，水管是做勻速運動。

（二）聯系生活，開發STEM 第二課堂

物理實驗教學中，教師要借助知識解決學生現實生活中的一些問題[2]，然后在實踐過程中達到教學的目的，培養出一群具有創造性的高中生。例如，在“齒輪轉動”的教學中，教師結合現實生活，首先可引入具體情境：乘坐出租車的時候，會按照行駛路程收費，利用里程表計算，這里面涵蓋的原理是什么？接著，按照教學目標對學生進行指導，讓學生制作有齒輪和無齒輪的音樂盒，對比兩者的運行效果，思考齒輪如何傳遞動力？然后，借助三維設計軟件將整個動態演示過程展現出來，仔細觀察轉速同大小的關系，結合圓周運動推導出公式。最后，解決齒輪傳動比的問題，引導學生將物理和數學知識聯系在一起，讓部分學生按照乘除法的思維進行推導，以小組為單位驗證。

此外，做好制作改進工作實際上也是培養學生實踐能力和創新意識的手段，最好以小組為單位，借助網絡資源了解傳感器的作用，在設計中將馬達和傳感器加入其中，轉動馬達的時候，就會產生一些動力，然后將這種動力傳遞給車輪。當學生設計了完善的方案以后，開始制作作品。由于設計和實踐中難免存在一些問題，這就要求師生協調配合進行修改，對作品在現實中的有效應用進行驗證，若發現結構不穩定就要及時改進，這樣才能呈現出一個完整的作品。

（三）構建STEM 教育理念下的多元評價體系

基于STEM 理念的實驗評價體系，對高中物理教學有積極的作用。從當下我國高中物理教學的情況來看，教師最好結合多個參考量，對學生進行綜合性考查，如考試成績、成果展示、日常觀察、提問情況等。這些都是評判學生實踐與合作能力的依據。在評價體系中，也應對教學內容進行考查，盡量構建多元且系統的評價標準，主動吸收國內外優秀的評價體系，然后結合自身教學特點進行完善。

開展物理實驗需要大量的時間，如若只是依賴課堂上短短的45 分鐘，這是不現實的，所以還需要進行一些課外活動，兼顧活動的有效性，對學生進行動態監督，完成一些有意義的交流和總結。此外，當學生完成作品以后，教師要給予他們相應的鼓勵，并將作品進行展示和分享，使學生的綜合水平得到一定的提高。

結 語

在高中物理實驗教學中，教師首先要將STEM 理念融入其中，始終將學生放在非常重要的位置上，向他們提供必要的實驗器材，然后采用小組合作、查閱資料和分析討論等方法完善實驗步驟，最后對學生的整個實驗過程進行綜合評價，這對高中生的成長具有積極的作用。此外，教師要借助一些輔助性教學設備，為學生構建良好的學習氛圍，推動教學工作的順利實施。