指向STEM教育理念的物理教學設計

宋定飛

[摘? 要：STEM教育是基于科學、技術、工程、數學的綜合課程，物理教學中融合STEM教育理念，可以較好地實現跨學科教學，增強學生物理觀念，培養學生的科學探究能力和實踐操作能力，進一步提升學生的科學素養。

關鍵詞：STEM;物理;教學設計]

創新驅動未來，時代的發展越來越需要創新人才，特別是跨學科人才。在物理教學設計中滲透STEM教育理念，將有利于加強物理觀念教學，有利于培養學生的科學思維和科學方法，進一步提升學生的科學素養。下面以“遠視眼的矯正”為例，談談stem教育理念在物理教學設計中的實踐。

1基于STEM教育理念的目標設計

《義務教育物理課程標準（2011年版）》提出物理課程基本理念：要面向全體學生，提高全體學生的科學素養;要貼近學生生活，體現從生活走向物理，從物理走向社會;要進行科學探究，體現學科滲透，重視科學方法和科學思維的培養，與STEM教育的理念是一致的。基于二者共性，在“遠視眼的矯正”中設計了如下目標。

S（科學）：認識凸透鏡的結構和對光線的作用，運用觀察法探究凸透鏡成像情況，學會記錄物距和像距，理解凸透鏡像規律。

T（技術）：解決凸透鏡在眼睛模型前方不同位置成像分析問題，弄清清晰像的判斷問題。

E（工程）：根據任務清單，利用透鏡等器材會組裝凸透鏡成像裝置，學會組裝遠視眼矯正模型。

M（數學）：推導出物距和像距的關系，推導出遠視眼鏡和凸透鏡焦距的關系。

2任務式驅動，親身實踐和體驗

2.1科學觀察，認識物理本質。

組織學生進行水杯觀字，每兩位學生分發一個玻璃水杯，用玻璃水杯裝滿水，一側用紙張寫上一個“水”字，透過水杯觀字，觀察“水”字的大小;調節字與杯之間的距離，當“水”字距離水杯變遠時，觀察“水”字大小的變化。用放大鏡代替水杯，進行同樣的操作，觀察“水”字大小的變化。在鏡面貼上薄紙進行觸摸，尋找感受程度;利用凸透鏡分別觀察課本上的字和遠處的大樹？提問學生看到像的變化。

點評：提供時間和空間，讓學生進行交流和討論，學會將觀察現象及時記錄和分析，培養學生自主學習和實踐能力。通過觀察和接觸，學生自己發現鏡中間厚兩端薄，系凸透鏡。其實水杯與凸透鏡有相似之處，用水杯觀字就相當于使用放大鏡，觀察到放大的像，但凸透鏡總能成放大的像嗎？組織學生通過實驗親身實踐，引領學生認真觀察，學會用轉換的思維進行科學分析，增強學生認識，形成正確的物理概念。

2.2科學探究，體驗工程過程。

展示問題清單：凸透鏡的焦距如何測量，會成什么像，成像有什么規律嗎？要獲得凸透鏡的成像規律，需要哪些器材？為了使像成在光屏的中心上，蠟燭、透鏡、光屏三者的高度有什么要求？

分組自主探索：根據班級學生情況，結合學習基礎、學習態度分好小組，以小組為單位進行科學探究。先測出凸透鏡的焦距f，安裝器材，在光具座上依次放上蠟燭、凸透鏡和光屏，選確定測量物距和像距的方法，進行實驗，不斷改變蠟燭與透鏡的距離，觀察成像情況并記錄在相應表格里。

點評：通過實踐操作，培養了學生的動手能力，在工程實踐中形成好的探究習慣，使發現問題和解決問題的能力提到提升。

2.3數學分析，獲得成像規律。

利用數學知識，對探究過程中得到的數據描繪在坐標軸上，分小組進行討論。推導得到相關結論：當u>2f時，f2f，成倒立放大的實像;當把蠟燭放在焦距以內時，光屏上沒有像，通過透鏡看蠟燭的像是正立、放大的虛像。從坐標軸分析得到，物距減小，像距增大，像也增大;u=2f是放大與縮小實像的分屆點，u=f是實像與虛像的分屆點。

點評：利用數學知識進行分析，提升學生的數據處理能力，學會從數字中尋找規律，得到定性的結論，還能從數字中發現實驗過程時存在的不足。

3行動研究，學會技術處理

3.1制作項目，探究眼睛的視物原理。

引領學生觀察眼睛模型掛圖，觀察眼睛的結構。弄懂眼睛是如何看到物體的原理。組織學生模擬畫制眼睛的結構，并進行分享與交流，

技術應用：晶狀體相當于一個凸透鏡，視網膜相當于光屏，當物體的像成在視網膜上時，我們就看見物體了。來自物體的光線通過瞳孔，經過晶狀體成像在視網膜上，成倒立、縮小的實像，而人看到的卻是正立的像，這是由于人和人腦中的視覺神經的自動調整作用所致。利用凸透鏡成像模擬眼睛成像，從而來理解眼睛成像及調節特點的方法，在物理上運用得非常廣泛，稱為模型法。在凸透鏡的像距一定時，調節焦距，也可以使不同物距的物體在光屏上成清晰的像。

3.2應用技術，探索遠視眼的矯正。

結合眼睛模型圖，認識遠視眼的成因，思考遠視眼是否有辦法進行矯正，如何矯正？組織學生分小組進行討論。

技術解答：遠視眼是由于晶狀體太薄，近處物體的像成在了視網膜后面而看不清。根據遠視眼的成因組織學生猜想遠視眼的矯正方法，凸透鏡對光線有會聚作用，可用凸透鏡將光線會聚，使近處物體傳來的光線仍能會聚在視網膜上，從而看清近處的物體。

根據討論結果，借助探究凸透鏡成像的工程操作過程，再次進行實踐訓練。在原來基礎上，增加一個凸透鏡或凹透鏡，放在原凸透鏡的前面，不斷調節它們間的距離，觀察光屏上的成像情況。

4結束語

STEM教育融合工程與技術，結合數學分析，重在實踐。物理教學中融合STEM教育，增強真實性、科學性、實踐性，幫助學生在真實情景中獲取物理觀念，增加了學習的針對性。

參考文獻

[1]唐建華.物理復習課中開展基于項目的STEM教育[J].物理教學， 2019（6）：77-79.

[2]虞秋霞，劉源.滲透STEM教育的初中物理探究活動設計[J].物理之友， 2019（9）：47-49.

本文系2019年度泉州市基礎教育課程教學研究立項課題《基于STEM教育理念的物理教學實踐研究》QJYKT2019-110研究成果

泉州第十一中學? 福建? 泉州? 362011