指向STEM教育理念的物理教學(xué)設(shè)計

宋定飛

[摘? 要：STEM教育是基于科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的綜合課程，物理教學(xué)中融合STEM教育理念，可以較好地實現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)，增強學(xué)生物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和實踐操作能力，進一步提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：STEM;物理;教學(xué)設(shè)計]

創(chuàng)新驅(qū)動未來，時代的發(fā)展越來越需要創(chuàng)新人才，特別是跨學(xué)科人才。在物理教學(xué)設(shè)計中滲透STEM教育理念，將有利于加強物理觀念教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)方法，進一步提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。下面以“遠視眼的矯正”為例，談?wù)剆tem教育理念在物理教學(xué)設(shè)計中的實踐。

1基于STEM教育理念的目標(biāo)設(shè)計

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》提出物理課程基本理念：要面向全體學(xué)生，提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng);要貼近學(xué)生生活，體現(xiàn)從生活走向物理，從物理走向社會;要進行科學(xué)探究，體現(xiàn)學(xué)科滲透，重視科學(xué)方法和科學(xué)思維的培養(yǎng)，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(shè)計了如下目標(biāo)。

S（科學(xué)）：認識凸透鏡的結(jié)構(gòu)和對光線的作用，運用觀察法探究凸透鏡成像情況，學(xué)會記錄物距和像距，理解凸透鏡像規(guī)律。

T（技術(shù)）：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(jù)任務(wù)清單，利用透鏡等器材會組裝凸透鏡成像裝置，學(xué)會組裝遠視眼矯正模型。

M（數(shù)學(xué)）：推導(dǎo)出物距和像距的關(guān)系，推導(dǎo)出遠視眼鏡和凸透鏡焦距的關(guān)系。

2任務(wù)式驅(qū)動，親身實踐和體驗

2.1科學(xué)觀察，認識物理本質(zhì)。

組織學(xué)生進行水杯觀字，每兩位學(xué)生分發(fā)一個玻璃水杯，用玻璃水杯裝滿水，一側(cè)用紙張寫上一個“水”字，透過水杯觀字，觀察“水”字的大小;調(diào)節(jié)字與杯之間的距離，當(dāng)“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(xué)生看到像的變化。

點評：提供時間和空間，讓學(xué)生進行交流和討論，學(xué)會將觀察現(xiàn)象及時記錄和分析，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實踐能力。通過觀察和接觸，學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)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(dāng)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(xué)生通過實驗親身實踐，引領(lǐng)學(xué)生認真觀察，學(xué)會用轉(zhuǎn)換的思維進行科學(xué)分析，增強學(xué)生認識，形成正確的物理概念。

2.2科學(xué)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(guī)律嗎？要獲得凸透鏡的成像規(guī)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(jù)班級學(xué)生情況，結(jié)合學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)態(tài)度分好小組，以小組為單位進行科學(xué)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(yīng)表格里。

點評：通過實踐操作，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，在工程實踐中形成好的探究習(xí)慣，使發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力提到提升。

2.3數(shù)學(xué)分析，獲得成像規(guī)律。

利用數(shù)學(xué)知識，對探究過程中得到的數(shù)據(jù)描繪在坐標(biāo)軸上，分小組進行討論。推導(dǎo)得到相關(guān)結(jié)論：當(dāng)u>2f時，f2f，成倒立放大的實像;當(dāng)把蠟燭放在焦距以內(nèi)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(biāo)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(shù)學(xué)知識進行分析，提升學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，學(xué)會從數(shù)字中尋找規(guī)律，得到定性的結(jié)論，還能從數(shù)字中發(fā)現(xiàn)實驗過程時存在的不足。

3行動研究，學(xué)會技術(shù)處理

3.1制作項目，探究眼睛的視物原理。

引領(lǐng)學(xué)生觀察眼睛模型掛圖，觀察眼睛的結(jié)構(gòu)。弄懂眼睛是如何看到物體的原理。組織學(xué)生模擬畫制眼睛的結(jié)構(gòu)，并進行分享與交流，

技術(shù)應(yīng)用：晶狀體相當(dāng)于一個凸透鏡，視網(wǎng)膜相當(dāng)于光屏，當(dāng)物體的像成在視網(wǎng)膜上時，我們就看見物體了。來自物體的光線通過瞳孔，經(jīng)過晶狀體成像在視網(wǎng)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(jīng)的自動調(diào)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(yīng)用技術(shù)，探索遠視眼的矯正。

結(jié)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(xué)生分小組進行討論。

技術(shù)解答：遠視眼是由于晶狀體太薄，近處物體的像成在了視網(wǎng)膜后面而看不清。根據(jù)遠視眼的成因組織學(xué)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(wǎng)膜上，從而看清近處的物體。

根據(jù)討論結(jié)果，借助探究凸透鏡成像的工程操作過程，再次進行實踐訓(xùn)練。在原來基礎(chǔ)上，增加一個凸透鏡或凹透鏡，放在原凸透鏡的前面，不斷調(diào)節(jié)它們間的距離，觀察光屏上的成像情況。

4結(jié)束語

STEM教育融合工程與技術(shù)，結(jié)合數(shù)學(xué)分析，重在實踐。物理教學(xué)中融合STEM教育，增強真實性、科學(xué)性、實踐性，幫助學(xué)生在真實情景中獲取物理觀念，增加了學(xué)習(xí)的針對性。

參考文獻

[1]唐建華.物理復(fù)習(xí)課中開展基于項目的STEM教育[J].物理教學(xué)， 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(shè)計[J].物理之友， 2019（9）：47-49.

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

泉州第十一中學(xué)? 福建? 泉州? 362011