STEM 融入初中物理教學的實踐與思考

王永輝 （江蘇啟東市南陽中學）

STEM 教育能夠融入科學、技術、工程和數學等方面的理念，對于培養學生的邏輯思維能力和想象力、創新力有著積極的意義。初中物理教學特別注重學生基礎知識的學習與實踐技能的養成，將STEM 融入初中物理教學，能夠極大地優化物理教學環境，讓學生在持續的體驗中感受物理的魅力，培養學生的工程思維和較強的解決問題的能力，促進學生的全面發展。

一、游戲引領，培養學生工科思維

初中生正處于青春期，思維還不夠成熟，抽象思維能力還不夠強，初中生接觸物理學科的時間較短，但卻具備較強的形象思維能力，往往喜歡玩游戲，物理教師要深入把握初中生的這個特點，了解學生的游戲愛好和特點，借助多樣化的游戲活動滲透進STEM 理念，激發學生學習物理的積極性，著力培養學生的工程思維。

如在教學“光的色彩”一課的過程中，學生通過學習知識點了解了白光與單色光的關系，可以設計一個名為“調調色”的活動，讓學生在了解光學原理的前提下，利用電腦繪畫軟件，試著對用紅光、綠光、藍光的三原色按照一定的比例進行混合，調出各種顏色的色光，領悟電視中彩色畫面的形成，然后讓學生再開動腦筋，利用三棱鏡對白光進行分解，最終調出紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等可見單色光，并拓展思考看到物體為何呈現各種不同的顏色，同時利用電腦模擬驗證猜想，教師給予適當提示，鼓勵和肯定。在物理實踐過程中，設置游戲競賽環節，播放輕柔的音樂，在人性化的氛圍中，學生踴躍參加，積極探討。針對一些難點，教師給予及時點撥，運用形象化和充滿幽默的語言揭示色光混合的道理。課堂教學過程中，穿插有趣的互動游戲，在充滿動感的游戲過程中，讓學生在愉悅的場景中感受單色光的組合原理和方法。在這個過程中，通過光學、色彩學和工程學等不同學科的融合，激發了學生的探究意識，積極主動地去查找問題、解決問題，在潛移默化間培養了學生的工程思維。在游戲中，對于優勝者，教師會根據競賽規則給予“STEM 明星”獎勵，使學生的參與欲望更強烈。

二、模仿制作，獲得物理真諦

在持續的探索和練習中，學生積累了實際的物理經驗，在反思與改進中感受到物理探究的樂趣，這一點正是STEM 極力倡導的教育理念，在這個過程中也會融入科學發現的過程。初中生由于缺乏豐富的制作經驗，可以借鑒模仿制作，真正吃透裝置和實驗的科學原理，然后通過反思，對實驗裝置進行改進翻新，或是利用生活中的一些常見器材設計制作，也算一種真正意義上的創新。在物理教學和實驗過程中全面融入STEM，不但要注重理論知識的灌輸，更要放手讓學生大膽地去做、去練習、去探究，在持續的“做”和練中將一些抽象的理論與現實生活緊密結合起來，感受科學的真諦。杠桿的學習就是一個典型的例子，利用桿秤這一生活中的應用工具，讓學生在課余時間，利用已有的生活經驗，并結合課堂上學到的杠桿知識，試著做一桿秤。這個過程相對復雜，學生不但要用到平衡方面的理論，還要學會建模，并運用數學和工程方面的理論，確保制作過程的規范性和方向性此外對桿秤的刻度和單位要進行準確界定，學生借此認真琢磨數理之間的關系，讓學生深刻體會生活中不法商販換秤砣的不合理性，也讓工程技術理念植根于心中。

如在“電路連接”一課中，為了讓學生動起來，教師可引導學生認真觀察電路的連接方式，也可引導學生根據觀察到的電器工作情況，思考其連接方式。如在樓梯燈的設計中，引入單刀雙擲開關實現樓上樓下雙控，引入光控開關或是聲控開關，或是兩者并用，實現生活自動化，有利于節能，也便利了生活。在“做”中學習，在調查和實做中獲取和積累知識，參與操作與實踐過程中獲得經驗，實現感性到理性的飛躍，通過積極思考生活中的現象和實驗過程，并通過認真實踐，學生從更高意義上體會STEM 理念，并通過反復思考和琢磨，養成較強的工程思維。

另外，工科技能是STEM 所倡導的技能之一，而要擁有這種技能，必須引導學生去制作一些裝置和工具，現行的初中物理教材中，有著較多的裝置和工具，且制作過程并不復雜，只要教師加以引導，學生經過實踐和思考，能夠輕松完成制作過程。但學生在這個過程中要統籌考慮裝置的結構、造型和用料、技術原理等，如在學習“物體的浮沉條件”時，要引導學生從生活中尋找一些材料，營造人性化的課堂氛圍，讓學生通過多媒體方式觀察木頭、船、潛水艇等在水面上的沉浮過程，體會浮沉的原理，這樣學生參與制作的興趣更濃，會帶著熱情投入制作過程中。教師可適時給予指導，對于學生制作過程中出現的問題，及時發現并提出可行性建議，通過掃除學生的制作障礙，最終讓學生真正學有所獲，學有所樂。在學習“聲音是什么”這節內容時，也可讓學生仿制一個聽診器，在這個過程中，師生深入互動，共同探討制作技巧，學生運用自己所學聲音知識，將生活中對聲音的了解和經驗遷移到制作過程中，真正理解聲音的產生與傳播。

三、敢于質疑，培養工程設計能力

STEM 指出，知識的積累離不開生活的真實，工科將實踐操作和解決實際問題作為學習的重要途徑，物理知識并不是高高在上和脫離實際的，恰恰相反，物理知識蘊含于豐富多彩的生活當中，不管是生活應用、交通出行、生態環境，還是資源利用都牽涉到物理知識。因此，教師要充分關注生活，將生活中的知識還原到物理教學的每一個環節，設置情境化課堂，以此調動學生學習的積極性，融入課堂氛圍中，敢于大膽質疑，并能夠運用學到的物理知識，設計出解決方案和落實辦法框架，并積極主動地參與到實踐過程中解決遇到的物理問題。

STEM 特別強調“在實踐中學習”，與實踐割裂的教育顯然不符合STEM 教育理念。而將設計過程與實踐融合，則是STEM 追求的教育目標。從根本上講，設計是工程教育的靈魂和核心，借助讓學生設計出具備針對性的物理學習方案和圖紙結構設計，學生在借鑒前人成果基礎上，通過反思總結制作出裝置和產品，從中學到更多的物理知識和原理。為此，在課堂上，要潛移默化地滲透STEM 理念，引導學生多關注生活中的物理現象，用STEM 思維去探索、去質疑，分析物理現象的本質。學生提出質疑，教師要給予鼓勵，在此基礎上引導學生運用STEM 思維去看待這些現象，讓學生真正思考這些現象，并帶著疑問去探索，最大化地去解決問題，從而更好地服務于生活。

如在“滑輪”一課的學習中，對動、定兩種滑輪進行合理排列和科學組合，最終形成一個滑輪組，有學生提出如何利用滑輪搬運重物，教師則適時給予啟發，讓學生試著利用杠桿與滑輪組結合使用，最終制作出一個動力裝置，并順利實現搬運重物的目標。在這個過程中，要事先考慮好滑輪的個數、質量，繞繩的種類、圈數，拉力的方向，更要事先計算好拉力的大小，需要縝密的設計、分析、運算、推理，這往往需要學生聯合起來才能解決，在不斷地質疑、分析、推理、運算過程中，學生真正理解了杠桿和滑輪的內涵和原理，對工程思維的理解又上了一個層次，工程設計能力也得到穩步提升。

STEM 教育運用于物理教學，旨在將科學、技術、工程和數學等學科知識進行融合，構建更具前瞻性和可行性的教育方法，引導學生積極探究，全力激發學生的想象力和創造力，借此培養學生的工科思維和工程設計能力。作為教師要洞察STEM 教育理念的精髓，努力營造有效課堂和人性化教學氛圍，引導學生利用STEM 思維解決各種物理現象和問題，以此對學生進行STEM 教育的滲透，引領學生在物理世界中任意遨游，實現其全面發展。