STEM教育方法與高中物理教學的深度融合

陳強

【摘 要】本文論述STEM教育方法與高中物理教學的融合辦法，提出創造滲透機會，構建教學融合基礎;整合教學資源，優化教學融合程序;推出互動活動，促進教學融合;升級評價機制，提升教學融合品質;關注實踐對接，打造教學融合品牌等教學建議，以期讓學生在自覺學科融合性學習中建立核心素養。

【關鍵詞】高中物理 STEM教育 教學融合

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）38-0088-02

STEM教育思想最早由美國政府提出，旨在加強科學（science）、技術（technology）、工程（engineering）、數學（mathematics）的交叉融合教育，帶有較強的啟蒙性、融合性、實驗性等特點。在物理教學中滲透STEM教育理念，符合學科教學特點，對全面促進學生綜合能力的成長有重要的意義。教師要展開創意設計，借助更多教輔手段，創設滲透機會、整合教學資源、推出實驗活動、升級評價體系、關注實踐對接，在更多方面進行融合探索，為學生提供更多操作體驗的機會，滿足學生的學習訴求。特別是對高三學生來說，他們已進入備考關鍵環節，如果能夠幫助他們建立起關聯性認知意識，對其學科核心能力的提升有重要意義。

一、創造滲透機會，構建教學融合基礎

在當前的高中物理課堂教學中，教師大多還在強化知識的傳授，教學模式過于單一，教學與學生生活實踐脫節，而STEM教育理念的適時滲透，能夠促進課堂教學與實踐對接，實現跨學科學習，全面提升學生學科綜合能力。科學、技術、工程、數學與物理學科有較多融合點，教師要從教學實際出發，創設更多STEM教育滲透機會，構建教學融合基礎，為學生學科能力培養提供更多幫助。

如教師在設計魯科版高中物理《光的折射定律》這部分內容的教學目標時，要參照科學、技術、工程、數學等學科內容進行設計。如關于光的折射定律，目標是能解釋和計算相關數據，這里涉及科學和數學等學科內容;關于折射率和光速的關系以及根據光的折射定律畫出光路圖的問題，涉及技術和工程等學科內容;利用插針法測定玻璃的折射率，涉及工程和數學等學科內容。在解讀折射率的意義時，教師對介質折射率原理進行分析解讀，利用水中物體展開觀察活動，利用圖示法進行引導，先介紹操作步驟——這與工程設計操作很相似，測試實驗過程雖然簡單，但跨學科特點比較鮮明——讓學生厘清折射率和光速的關系。教師與學生一起研究實驗步驟，并指導學生展開實驗推演，給學生提供實踐操作的機會，讓學科學習帶有實踐意味。

在這個教學案例中，教師從教學目標設計到教學過程，處處都滲透了STEM教育理念，為學生提供了更多實踐操作的機會，開闊了學生的視野，并為學科認知構建創造了良好的環境。想要創設滲透機會，教師要做好機會選擇，讓學生自然接受，在實踐操作中形成跨學科融合意識。STEM教育理念與物理學科有較多對接點，教師要做好教學調研，從不同角度展開滲透。

二、整合教學資源，優化教學融合程序

高中物理教學中要想全面滲透STEM教育理念，教師要做好對接處理，圍繞具體的學習內容，研究設計教學目標，推出教學活動，突出學生的主體地位，引導學生借助數學、工程、技術等學科內容，對物理學習內容進行深入研究，自然形成教學對接點，提升學生知識應用能力。信息技術的廣泛應用，為學科融合提供了更多幫助，教師借助多種信息渠道展開信息搜集，為學科資源整合創造了良好的條件。

教師在設計教學方案時，要做好教學資源的整合工作，讓學生在學科學習過程中自然接受STEM教育理念。如教學《光的偏振》時，教師推出“偏振光和立體電影”材料，讓學生先開展梳理閱讀，與教學內容進行對接。在問題探索環節，教師設計一些專業問題：如橫波和縱波有什么區別？什么是光的偏振現象？什么是自然光？光的偏振現象有哪些應用？學生閱讀相關材料后，對光的偏振應用有了一定認知，對教師提出的問題也有了自己的答案。為了讓學生對橫波的偏振現象有深刻理解，教師推出實驗方案：將一根軟繩的一端固定在墻壁上，用手拿住另一端抖動繩子，可以看到橫波現象。學生開始進行現場操作，很快就對橫波現象有了直觀認知。教師繼續推出實驗任務：讓光源的光通過一片偏振片。學生先進行猜想，如認為光線會隨著偏振片的轉動而改變，隨后教師組織學生現場進行實驗驗證。結果與學生的猜想有較大差距：不管偏振片如何轉動，光線都不會發生改變。

在這個教學案例中，教師推出一些實驗內容，給學生提供直接觀察和操作的機會。立體電影的介入，使跨學科學習成為現實。電影制作播放原理涉及藝術、技術等方面的內容，在實驗操作過程中也涉及技術和工程內容，這些都帶有STEM教育理念滲透的意味。學生對跨學科學習有濃厚的興趣，教師對此需要有理性認知。

三、組織互動活動，促進教學融合

在物理學科教學中，教師推出一些實驗、互動性學習活動，能夠給學生帶來不一樣的學習體驗。在組織教學活動時，教師要有對接融合意識，對學習活動進行延伸設計，借助科學、技術、工程、數學等學科知識進行組織，給學生帶來更多歷練機會，讓學生在自主、合作、探究的學習過程中成長綜合能力。學習活動沒有需要遵守的固定格式，教師針對高三學生學習要求進行具體設計，能夠提高教學的適配性，為高考做好必要的準備。

物理概念和定義大多帶有生活實踐意味，教師在教學執行環節，有意識地進行對接處理，體現了跨學科特點。如教學《動量定理》時，由于這部分內容涉及動量、沖量、矢量等概念，還有計算問題，這些與數學、技術、工程等學科有密切關聯，還涉及碰撞、緩沖等生活現象，凸顯出學科的綜合性特點。為了激發學生的探索熱情，教師在教學環節設定了探索學習任務：以學習小組為單位展開分析，運用動量定理定性分析有關現象，歸結出動量定理計算的一般步驟。學生進入互動學習環節，教師深入學生群體之中，與學生一起展開研究。經過討論和梳理，各個小組都能夠對相關內容進行梳理和展示，合作學習獲得較好成效。

在這個教學案例中，教師組織學生展開互動學習，涉及數學、工程等學科內容，使跨學科學習順利推進。STEM教育理念滲透有不同取點，教師在教學過程中進行自然融合處理，能夠收獲意想不到的效果。高中物理學科教學需要對接高考，對學生解決問題的能力進行對應考查，開展多種學科融合性學習，給學生帶來更多學習啟示，全面提升其綜合能力。

四、升級評價機制，提升教學融合品質

物理學科教學評價機制亟待升級。教師從教學評價的角度展開融合設計，目的是要給學生帶來全面的、科學的、客觀的評價，讓學生樹立學習信心，為學生實踐能力形塑創造良好條件。STEM教育理念追求學科實踐，教師圍繞學生實踐能力成長情況進行科學評估，考查學生解決問題、分析問題的能力，能夠促使學生形成科學務實的學習觀念，在理論聯系實踐的過程中提升學科素養。

教師在執行教學評價方案時，要關注學生的學習現實。高中學生對教師簡單的鼓勵性評價沒有太大感覺，教師需要從更專業的角度展開設計，讓評價成為激發學生深入探索的動力，使其在跨學科學習中提升綜合素質。如《核力與核能》這部分內容屬于選學內容，教師先組織學生進行閱讀學習，并投放一些思考問題讓學生展開深度思考，并開展互動交流，交換討論意見。如學習“原子核中質子與中子的比例問題”“結合能”“質量虧損”等專業內容時，學生在閱讀的基礎上展開深思，課堂交互活動順利展開。教師對學生的學習表現進行評價，同時要求學生結合生活學習認知展開拓寬思考，為學生提供學習啟示。由于教師的評價比較到位，很多學生給出了具有創意的思考歸結：“物質的質量包括靜止質量和運動質量，物體在靜止狀態下會發生質量虧損，這些虧損的質量轉化為輻射能量，這個減少是物理性減少，不是化學反應。”

教師引導學生展開深入思考，利用多種評價手段激發學生深度研究的熱情。從學生解讀的情況可以看出，教師評價帶來了更多內驅動力。學生對物理現象進行歸結，結合其他學科內容展開對接思考，形成系統性學習認知，這說明教師的設計和組織是比較有成效的。學生對跨學科學習有較強的參與興趣，因此教師進行對應設計非常有必要。

五、關注實踐對接，打造教學融合品牌

STEM教育理念不僅追求跨學科教學，還強調實踐方案的落實。教師在設計執行教案時，要關注學生的實踐性學習。物理實驗、生活物理、生活觀察、手工制作、社會調查、信息搜集、案例分析等，都屬于物理學科實踐范疇，教師要做好對接處理，為學生提供更多實踐體驗的機會，在跨學科實踐中培養學生的物理學科核心素養。受時空條件的限制，學生實踐機會較少，教師有意識地融入STEM教育理念，科學應用信息技術，能夠有效降低實踐不足的影響。

物理學科與學生生活連接緊密，教師在進行教學實踐任務安排時，要讓學生應用生活認知展開學科學習。如教學《光電效應》時，教師在課堂導學環節先進行演示實驗，用弧光燈照射鋅板，使驗電器張角增加到30°，再用絲綢摩擦過的玻璃杯靠近鋅板，這時驗電器的張角會增大。教師在展示過程中投放問題：“這個實驗說明什么問題？”學生經過思考和討論給出解答：“在光照下，鋅板失去了電子而帶正電荷。”教師順勢推出新概念——光電效應。為了激發學生參與實驗操作的積極性，教師布置了探索性實驗任務：“進入學習小組，展開光電效應實驗操作。先進行集體討論，設計實驗方案;然后進行實驗分工，厘清實驗步驟;最后是實驗操作，進行實驗結論分析。”學生接受任務后，積極行動起來，課堂研究氣氛逐漸濃厚。

教師利用演示實驗進行引導，給學生提供學習思考的機會。這個實驗與學生生活形成對接，與技術、工程相融合，帶有STEM教育理念屬性。在設計探索性實驗時，教師讓學生自行設計、自行操作、自行歸結，給學生提供深度探索的機會，最后由教師進行教學驗收，使學生在探索中形成豐富的學科認知。

物理學科教學啟動后，教師適時滲透STEM教育理念，能夠創造更多學習動機，開闊學生的學習視野，有效培養學生良好的學習習慣。STEM教育與物理學科教學有較多融合點，知識有銜接、實驗有對接、實踐有融合，教師要進行教學探索，為學生順利進入跨學科學習創造良好條件。STEM教育與物理學科的多點對接和融合，讓學科教學呈現出嶄新局面，使學生在學科學習中有更多選擇。

【參考文獻】

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【作者簡介】陳 強（1987— ），男，福建寧德人，大學本科學歷，一級教師，現就職于福建省莆田市莆田礪青中學，主要研究方向為高中物理教學與研究。

（責編 唐玉萍）