初中物理教學(xué)嵌入STEM課程的實施策略

劉喜珊 梁健華

【摘要】 物理學(xué)科的特點和STEM教育理念有很多相似之處，融合STEM理論的科學(xué)學(xué)習(xí)，能有效的使學(xué)生達到新課標(biāo)所制定的目標(biāo)。STEM 教育倡導(dǎo)多學(xué)科融合，基于真實問題情景下的跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)，其理念對于我國初中物理教育創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要啟發(fā)意義。本論文論述三種在初中物理教學(xué)嵌入STEM課程的實施策略，第一，先研發(fā)合適的STEM課程;第二，在物理課堂中，創(chuàng)設(shè)新情境，設(shè)置任務(wù)驅(qū)動的STEM“科學(xué)體驗課”;第三，課外時間，利用物理社團，嵌入STEM項目式學(xué)習(xí);第四，借助學(xué)校科技活動節(jié)或年級比賽，嵌入STEM項目活動比賽。在摸索和實踐中，得到一些效果，同時也有一些不足。

【關(guān)鍵詞】初中物理教學(xué)? ?STEM課程? ?實施策略

【中圖分類號】G633.7

【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】1992-7711（2020）29-157-02

教育部2012年修訂的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，它倡導(dǎo)探究式的學(xué)習(xí)，強調(diào)科學(xué)與實際，科學(xué)與社會的聯(lián)系。課程標(biāo)準(zhǔn)指出，本課程的價值是讓學(xué)生在形成物理學(xué)核心素養(yǎng)的同時，能夠在面對或解決現(xiàn)實生活中的某些問題，能用科學(xué)的知識觀點，思路和方法。

初中物理學(xué)科中，有“實驗”“想想做做”“想想議議”“STS”“動手動腦學(xué)物理”等環(huán)節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，首先，要主動參與學(xué)習(xí)的過程，既要參與動手活動，也積極的融入到動腦的環(huán)節(jié)中;其次，完成工程學(xué)的任務(wù)或探究類學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對物理學(xué)概念的理解和提升應(yīng)用知識的能力;最后在實踐活動中，要適當(dāng)?shù)娜谌肟鐚W(xué)科的知識和技能，特別是在實踐教學(xué)中，對科學(xué)技術(shù)工程和數(shù)進行整合，適應(yīng)在學(xué)習(xí)中的要求。

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的英文縮寫。STEM教育倡導(dǎo)跨學(xué)科教育，依靠多種學(xué)科的思維，去解決和實際相關(guān)的問題，依靠真實問題的解決為任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)生能夠在實踐中運用知識，獲得知識。培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，復(fù)合思維和創(chuàng)新思維。融合STEM理論的科學(xué)學(xué)習(xí)，能有效的使學(xué)生達到新課標(biāo)所制定的目標(biāo)。STEM 教育倡導(dǎo)多學(xué)科融合，基于真實問題情景下的跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)，其理念對于我國初中物理教育創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要啟發(fā)意義。

綜上所述，可見在初中物理學(xué)科中嵌入實施STEM課程具有一定的意義。下面介紹如何在初中物理學(xué)科中嵌入STEM課程。

一、研發(fā)合適可以到嵌入物理學(xué)科的STEM課程

國內(nèi)近幾年才開始逐漸重視STEM教育，很多地區(qū)和學(xué)校都處于摸索和實踐的過程，沒有現(xiàn)有的成熟的通用教材，具體到融入初中物理學(xué)科可以實施的STEM課程就更少。因此需要研發(fā)合適學(xué)校實行的STEM課程。而基于實際物理教學(xué)中，由于課時量的限制，要單獨實施STEM課程的時間也有限，所以我們可以有效地利用我們的教育教學(xué)資源，設(shè)計符合自己學(xué)校特色的和初中物理學(xué)科特點的STEM課程，設(shè)計一些能嵌入在平時物理教學(xué)中的STEM課程。

設(shè)計STEM課程，我們秉承下面的理念：

（1）跨學(xué)科性理念

跨學(xué)科意味著教育工作者在STME教育中，不再將重點放在某個特定學(xué)科，或者過于關(guān)注學(xué)科界限，而中心放在特定的問題上，強調(diào)利用科學(xué)技術(shù)工程或數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識解決問題，實現(xiàn)跨學(xué)科界線從多學(xué)科知識綜合運用的角度，提高學(xué)生解決實際問題的能力。

（2）趣味性理念

STEM教育在實施過程中，要把多學(xué)科知識，融于有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學(xué)生生活相關(guān)的問題中，問題和活動的設(shè)計又能激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機，問題的解決，又讓學(xué)生有成就感，因此STEM項目的設(shè)計需要趣味性。在設(shè)計的過程中，可以把一些游戲或比賽融入到STEM項目，增加趣味性。

（3）體驗性理念

跨學(xué)科意味著教育工作者在STEM教育中，不再將重點放在某個特定的學(xué)科，或者關(guān)注學(xué)科界限。STEM課程可以設(shè)計一些項目學(xué)習(xí)，將重放在特定的問題上，強調(diào)利用科學(xué)、技術(shù)、工程或者數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)，解決問題，從多學(xué)科知識綜合運用的角度，提高學(xué)生解決實際問題能力的教育目標(biāo)。

根據(jù)STEM教育的特點和設(shè)計理念，課可以設(shè)計“嵌入物理課堂中基于真實問題情境下的探索式學(xué)習(xí)和課后項目學(xué)習(xí)”相結(jié)合的課程。結(jié)合物理課程的內(nèi)容，有的章節(jié)可以改編成是基于真實問題情境下的探索式的STEM學(xué)習(xí)課程;有的章可以在整章教學(xué)的結(jié)束后，有一個課后STEM項目學(xué)習(xí)課程。在后面第三、四點將具體講解到“科學(xué)體驗課”和“項目學(xué)習(xí)課”的STEM 課程模式。

STEM課程編寫的模式應(yīng)包括教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)項目，教學(xué)工具與資源，教學(xué)活動，教學(xué)評價等方面。

二、創(chuàng)設(shè)新情境，任務(wù)驅(qū)動的STEM“科學(xué)體驗課”

當(dāng)前物理學(xué)科中的實驗教學(xué)，大體分為兩種，一種是以教師為主體的演示實驗，另一類是以教材為中心，學(xué)生操作，老師指導(dǎo)的驗證性實驗或探究性實驗，這一類實驗在書中寫明有明確的步驟和注意事項，學(xué)生在指定的，器材中進行實驗，這些實驗教學(xué)中，比較強調(diào)怎樣通過實驗得出規(guī)律。這個過程能鍛煉學(xué)生理科邏輯推理思維和動手能力，但和沒有過多強調(diào)物理與生活實際的聯(lián)系。

我們把物理課本里部分章節(jié)的內(nèi)容設(shè)置成一個新的情境，劃分成多個任務(wù)，充分的利用科學(xué)實驗的思維，把習(xí)得的物理知識同科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)與日常生活結(jié)合，這樣既能解決實驗教學(xué)中的問題，又能強調(diào)物理生活實際的聯(lián)系，同時增強了學(xué)生解決實際問題的能力，加深的物理知識與其他化學(xué)科知識的聯(lián)系，體現(xiàn)了杜威的“從做中學(xué)理論”和STEM的教育理念。

在物理課堂中嵌入STEM課程——科學(xué)體驗課，大體的設(shè)計思路如下思維導(dǎo)圖：

以初中物理八年級上冊第一章第一節(jié)為例，本節(jié)內(nèi)容是“長度和時間的測量”，在傳統(tǒng)的物理課中，是在課室里，教師告訴學(xué)生長度和時間是什么的物理量，以及用什么工具，如何測量。比較多的是講授式模式。我們可以把這節(jié)課進行STEM課程改變，首先，給本節(jié)課創(chuàng)設(shè)一個新情境：“我們今天要去操場測量操場的跑到長度，旗桿的高度或旗桿的直徑”，引起同學(xué)們探究的動機。然后，分小組，讓小組自己設(shè)定項目，有的小組想要用卷尺測跑道，有的小組想用腳步測量跑道，有的小組想用手拉手的方式來測量跑道……同學(xué)們都比較有興趣自己猜想問題，提出猜想，并設(shè)計方案，進行實施，實施的過程中采集數(shù)據(jù)，并分析與論證自己的方案是否正確，是否有偏差，是否需要改進方案，在此過程中，同學(xué)們積極交流與合作，最終一起測量出比較理想的跑道長度。

在實施的過程中，老師沒有制定具體的工具和方案，但同學(xué)們在新情境中，比較感興趣，在任務(wù)的驅(qū)使下，會自己思考有什么辦法來測量它們呢？需要用什么工具？并利用數(shù)學(xué)的知識，工程設(shè)計的思路，科學(xué)的探索方法，進行完成跑道長度的測量。在此過程中，自然學(xué)會了長度的測量，刻度尺的使用，并體驗到合作與交流，用知識實際解決問題的樂趣，提高了各種能力。

這種在物理課堂中嵌入STEM科學(xué)體驗課，可以不拘泥于上課的形式，可以是在課室里，也可以在課室外;即能把物理中的知識應(yīng)用會，又可以提高學(xué)生解決實際生活問題的能力。

三、利用物理社團，嵌入STEM項目式學(xué)習(xí)

可以利用學(xué)校社團活動，成立一個初中物理STEM社團，在課后做基于初中物理學(xué)科的STEM項目活動。在學(xué)習(xí)每章或每個模塊知識時，我們設(shè)計相關(guān)的項目學(xué)習(xí)，在設(shè)定項目時給出明確項目的結(jié)果，但模糊實施項目的具體任務(wù)。學(xué)生在指定的要求和課時內(nèi)完成作品。學(xué)生得經(jīng)過工程師般的思維過程來完成整個作品：學(xué)生利用多門學(xué)科知識積極探索，設(shè)計出解決問題的方案，并通過實踐，測試調(diào)查調(diào)整，尋找出最優(yōu)方案，完成任務(wù)或制作出作品。

在基于項目STEM學(xué)習(xí)中，學(xué)生要進行經(jīng)常能夠聚焦于現(xiàn)實世界中的真實問題，跨學(xué)科的探究活動。學(xué)生在實踐中從多方面對項目學(xué)習(xí)的探索與思考，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科、多元化思維，最終培養(yǎng)學(xué)生的解決問題能力、復(fù)合思維和創(chuàng)新能力。

例如：學(xué)習(xí)完《物態(tài)變化》可以設(shè)計貼近生活的項目《自制唇膏》。學(xué)生制作唇膏的過程中，做一個唇膏需要什么材料，涉及工程中的材料學(xué);需要什么配方，量多少，需要數(shù)學(xué)運算;如何熔化和凝固，涉及科學(xué);如何從顏色，氣味，形狀等做的更受歡迎，也需要學(xué)生從藝術(shù)的角度設(shè)計完成。一個簡單作品的完成，涉及學(xué)生從多個角度，跨學(xué)科完成制作唇膏。

在項目學(xué)習(xí)的過程中，我們給學(xué)生的是一個明確定義的結(jié)果——制作唇膏，但模糊定義的任務(wù)，例如需要買什么材料，制作操作過程等，我們都不給出具體的任務(wù)，而待學(xué)生自己建構(gòu)思路，調(diào)查，設(shè)計方案，初步制作，測試第一次作品是否合要求，然后分析問題所在，進行修改，然后用批判性思維討論出最優(yōu)方案，再制作出最優(yōu)作品。這而整個過程學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動下，通過小組合作， 結(jié)合自我確定的挑戰(zhàn)而開展合作性活動。評價是以完成項目過程中的積累性表現(xiàn)和體驗所獲得的知識，而不是傳統(tǒng)意義的考試和測驗所得的成績。

四、借助學(xué)校科技活動節(jié)或年級比賽，嵌入STEM項目活動比賽

以《雞蛋撞地球》STEM項目為例，設(shè)置一些游戲活動進去，在學(xué)校初二年級舉辦這項活動，經(jīng)過初賽和決賽，檢驗“雞蛋撞地球”科學(xué)游戲活動成效。比賽設(shè)置一些獲獎的條件，學(xué)生根據(jù)要求，自己利用課余時間，設(shè)計方案，嘗試實踐，修改完善方案，再實踐直到自己滿意為止，在學(xué)校規(guī)定的比賽時間，再進行實踐。類似這樣的項目可以成為聯(lián)系各個學(xué)科的紐帶，學(xué)生在完成真實項目的過程中進行知識的構(gòu)建和深化，最終解決真實問題。讓同學(xué)們體驗“工程師”解決問題的思維模式。而且，這種活動形式，時間比較靈活，可操作性強。

五、不足與借鑒經(jīng)驗

我們基于初中物理學(xué)科實施STEM課程的研究，以初中物理學(xué)科為研究對象，在初中物理課程中融入STEM教育理念，開展基于真實問題情境下的探索式學(xué)習(xí)教材和課后的項目學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，即科學(xué)素養(yǎng)，技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，以達到提高學(xué)衡解決問題能力和創(chuàng)新能力。

但同時也有不足的地方：

1.對于如何設(shè)計物理學(xué)科實施STEM課程，精準(zhǔn)設(shè)計項目，聯(lián)系實際生活，整合資源，形成STEM學(xué)習(xí)系統(tǒng)等沒有同一的標(biāo)準(zhǔn)，存在評價差異。

2.實施STEM課程，必要有相應(yīng)的硬件，例如實驗工具，場地等支持。

3.教師經(jīng)驗不足，需要更專業(yè)的STEM素養(yǎng)的教師培訓(xùn)指引。

4.沒有現(xiàn)成的通用的教材，需要繼續(xù)模式實踐，并將成功的經(jīng)驗編寫共享。

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