STEM教學(xué)形式下的初中物理教學(xué)方式

■甘肅省天水市秦州區(qū)楊家寺中學(xué) 趙少軍

STEM整合教育指的是學(xué)生積極參與，建立在項(xiàng)目上的跨學(xué)科學(xué)習(xí)模式，應(yīng)用科學(xué)化工程設(shè)計(jì)及科學(xué)探究形式，采用團(tuán)隊(duì)協(xié)作模式解決實(shí)際問(wèn)題，可將學(xué)生生活、抽象知識(shí)點(diǎn)、物理學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)習(xí)過(guò)程整合。STEM模式下整合教學(xué)理念及實(shí)踐措施，可促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性增長(zhǎng)，使其在學(xué)習(xí)中收獲工程和技術(shù)理論，強(qiáng)化學(xué)科整合概念。在初中物理教學(xué)中，以多學(xué)科整合為基礎(chǔ)構(gòu)建的STEM項(xiàng)目的應(yīng)用，根本目的為培養(yǎng)核心素養(yǎng)，教學(xué)途徑為意義建構(gòu)，生活經(jīng)驗(yàn)為教學(xué)形式，以此拓展物理教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展進(jìn)步。

一、STEM教育概念

2017 年，《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》得以修訂，表明STEM 屬于課程組織形式的一種，導(dǎo)向以問(wèn)題解決和項(xiàng)目學(xué)習(xí)為主，整合了數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程和科學(xué)。《中國(guó)STEM 教育白皮書》（中國(guó)教育科學(xué)研究院），其中明確標(biāo)識(shí)，STEM教育具有跨學(xué)段和跨學(xué)科特點(diǎn)，要求社會(huì)全體成員廣泛參與，屬于教育創(chuàng)新實(shí)踐模式的一種。STEM教育融合了多種學(xué)科，涵蓋科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)等，為學(xué)科英文名稱的首字母簡(jiǎn)稱的組合。從科學(xué)層面理解STEM的內(nèi)涵，指的是以自然科學(xué)學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用，正確認(rèn)知世界本質(zhì)；從技術(shù)層面理解STEM的內(nèi)涵，指的是以創(chuàng)新和實(shí)踐為主要形式，輔助學(xué)生懂得技術(shù)，并熟練操作和應(yīng)用，把控技術(shù)本質(zhì)，以批判性的眼光總結(jié)和評(píng)價(jià)技術(shù)本質(zhì)；從工程層面理解STEM 的內(nèi)涵，指的是項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開發(fā)，以學(xué)生跟蹤工程項(xiàng)目進(jìn)度能力培養(yǎng)為根本，鍛煉學(xué)生對(duì)工程學(xué)習(xí)的積極性；從數(shù)學(xué)層面理解STEM 的內(nèi)涵，指的是營(yíng)造生活情境，依靠數(shù)學(xué)思維和運(yùn)算能力，發(fā)現(xiàn)并有效解決問(wèn)題。STEM教學(xué)理念的目的，就是促進(jìn)學(xué)生上述四種素養(yǎng)水平的提升。

學(xué)生在初中學(xué)習(xí)中，最關(guān)鍵的組成學(xué)科就是物理，許多物理教師關(guān)注物理科學(xué)知識(shí)在社會(huì)生活中的應(yīng)用，注意學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，可在物理情境問(wèn)題中鍛煉學(xué)生的推理能力，應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決物理學(xué)習(xí)問(wèn)題，鍛煉學(xué)生合作實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生物理技術(shù)操作能力，部分物理課程中，也包括了工程技術(shù)的開展設(shè)計(jì)和應(yīng)用。所謂STEM教育，并不是特殊性的教學(xué)形式，而是理工科綜合學(xué)習(xí)的方式，在社會(huì)迅猛發(fā)展背景下，STEM 教育所涉及的學(xué)科領(lǐng)域不斷增加，涵蓋醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以科學(xué)知識(shí)理論為基石，以工程和數(shù)學(xué)作為解決問(wèn)題的方式和手段，所以在初中物理教學(xué)中，STEM 教育的應(yīng)用主要具備三種特征：第一，學(xué)習(xí)形式選擇項(xiàng)目學(xué)習(xí)，依靠開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，引起學(xué)生好奇心，多樣化學(xué)習(xí)形式，具有強(qiáng)而有力的學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)向性，時(shí)間管理屬性存在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)選擇權(quán)靈活度較高，這一教學(xué)形式的應(yīng)用，可引導(dǎo)學(xué)生技能和知識(shí)向預(yù)定方向發(fā)展，構(gòu)建跨學(xué)科的綜合性活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生探究熱情，完善物理知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理問(wèn)題，設(shè)計(jì)項(xiàng)目并協(xié)同解決的能力。第二，信息化手段的應(yīng)用，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果，STEM教學(xué)形式的應(yīng)用，可借助信息化措施，將音頻、視頻、圖像、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及各類軟件等資源整合應(yīng)用，信息傳遞速度得以提升，物理知識(shí)建構(gòu)效率及物理問(wèn)題解決速度也不斷提高，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)理解能力和應(yīng)用能力的提升，幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)物理知識(shí)；第三，關(guān)注團(tuán)隊(duì)合作，STEM 教學(xué)形式下，學(xué)生要以合作形式設(shè)計(jì)和開發(fā)項(xiàng)目，在完成過(guò)程中交流彼此經(jīng)驗(yàn)，暢談彼此觀點(diǎn)，把控項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，學(xué)習(xí)手段豐富，學(xué)習(xí)計(jì)劃落實(shí)徹底，彼此相互協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的提升。

二、STEM教學(xué)形式下的初中物理教學(xué)方式

當(dāng)前，中等教育關(guān)注職業(yè)教育和普通教育，二者相互滲透，共同發(fā)展，職業(yè)教育呈現(xiàn)普通化發(fā)展，普通教育彰顯職業(yè)化特色，已經(jīng)成為教育教學(xué)發(fā)展的主要方向，開展STEM 教育工作時(shí)，涵蓋工程與技術(shù)的理念，其與培養(yǎng)學(xué)生教學(xué)目標(biāo)，鍛煉學(xué)生技術(shù)能力等教學(xué)目標(biāo)密切相關(guān)。所以開展初中物理教學(xué)時(shí)，必須整合物理學(xué)科特征，通過(guò)深入物理知識(shí)學(xué)習(xí)，輔助學(xué)生工程技術(shù)理念水平的增長(zhǎng)，以符合STEM教學(xué)形式需求，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展進(jìn)步。

（一）將STEM意識(shí)融入物理知識(shí)教學(xué)

STEM 教學(xué)形式屬于技術(shù)與工程結(jié)合的教育形式，物理學(xué)科是工科與理科的整合，工科教育的首要目的就是培養(yǎng)學(xué)生由工程角度思考問(wèn)題的能力，這一能力就是將自然科學(xué)原理及學(xué)生把控的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，人類應(yīng)用和改造自然過(guò)程中，這一能力不可或缺，以在學(xué)生頭腦構(gòu)建高組織性和高完善度的人腦機(jī)能體制，構(gòu)建高級(jí)大腦活動(dòng)內(nèi)容。STEM 教學(xué)中，以調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)踐能力為主要目的，激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性為開展內(nèi)容，使學(xué)生能將理論和實(shí)踐結(jié)合。STEM教學(xué)引導(dǎo)下，將教育學(xué)生和培養(yǎng)學(xué)生作為教學(xué)關(guān)鍵，注重學(xué)生離校以后工程技術(shù)實(shí)踐及職業(yè)定位選擇的應(yīng)用。初中物理課堂授課時(shí)，不僅需要強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)方法和物理知識(shí)的能力，此外，需要在實(shí)踐中融合知識(shí)點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生社會(huì)參與度的提升，有目的性地組織實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生情感意識(shí)和物理實(shí)踐能力。首先，STEM 教學(xué)形式的應(yīng)用，是工程與技術(shù)的融合，發(fā)揮指導(dǎo)培養(yǎng)工程技術(shù)的效用，教師是物理教學(xué)的組織者，是物理課堂的營(yíng)造者，其通過(guò)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生物理素養(yǎng)和能力的增長(zhǎng)，開展物理教學(xué)時(shí)，應(yīng)用STEM 教學(xué)形式干預(yù)，主要需要采取下列方式進(jìn)行：第一，對(duì)物理教材中的工程技術(shù)素材進(jìn)行挖掘，開展物理教學(xué)活動(dòng)時(shí)，物理教材必須注重拓展與創(chuàng)造的融合，拓展思維，啟發(fā)智慧，合理選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容后，開展加工干預(yù)，以設(shè)計(jì)豐富化和靈動(dòng)化的物理課程。當(dāng)前，物理教材中處處彰顯了工程技術(shù)知識(shí)，不僅包括自然科學(xué)原理，還包括人們的實(shí)踐積累，其均可以作為物理教學(xué)中STEM教學(xué)形式落實(shí)的重要形式，需要了解教材本質(zhì)，深入挖掘教材內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，融合STEM工程技術(shù)理念與教材知識(shí)開展教學(xué)。例如，教師在對(duì)“聲現(xiàn)象”的物理知識(shí)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，其教學(xué)內(nèi)容包括聲音傳播形式、產(chǎn)生形式、特點(diǎn)特征、噪聲危害性及噪聲控制方式等，就可以設(shè)計(jì)讓物體發(fā)聲的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中探究聲音是怎樣產(chǎn)生的，判定聲音是否能在液體、固體及真空環(huán)境下傳播，實(shí)驗(yàn)中，協(xié)助學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并借助生活中的器材，開展科學(xué)的物理探究。為更好地滲透STEM 教學(xué)方式，教師還可以增設(shè)制作類的活動(dòng)，在學(xué)習(xí)完課程內(nèi)容后，讓學(xué)生動(dòng)手制作電話，對(duì)聲音傳播的條件進(jìn)行體悟，在制作中，對(duì)電話的外觀和聲音傳播效果必須格外關(guān)注，以鍛煉學(xué)生的工程意識(shí)。第二，有目的地設(shè)計(jì)工程技術(shù)教學(xué)活動(dòng)，教學(xué)目標(biāo)為教學(xué)活動(dòng)開展的前提，教學(xué)活動(dòng)營(yíng)造必須圍繞教學(xué)目標(biāo)開展，教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，教學(xué)目標(biāo)對(duì)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)發(fā)揮著引導(dǎo)和決定作用，其可調(diào)整教學(xué)活動(dòng)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)發(fā)揮規(guī)范引導(dǎo)作用。所以教師必須有目的地設(shè)計(jì)工程技術(shù)教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生在開展物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，提升自身科學(xué)探究學(xué)習(xí)素養(yǎng)，提升學(xué)生物理學(xué)習(xí)熱情，獲得知識(shí)獲取的成就感，獨(dú)立思考，創(chuàng)新進(jìn)步，關(guān)注科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步，樹立可持續(xù)發(fā)展價(jià)值觀念，所以教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)中，知識(shí)與技能目標(biāo)必須合理利用生活實(shí)例，使學(xué)生了解不同物理裝置工作原理，鍛煉學(xué)生模仿物理機(jī)械的能力，過(guò)程與方法目標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，必須使學(xué)生在把控相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，獨(dú)立性開展實(shí)驗(yàn)操作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置器材，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐操作能力的增長(zhǎng)。在情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)培養(yǎng)中，應(yīng)使學(xué)生意識(shí)到科學(xué)技術(shù)對(duì)人們生活所產(chǎn)生的影響，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐素養(yǎng)及工程思維的增長(zhǎng)，幫助學(xué)生有效應(yīng)用物理知識(shí)對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行解決。比如，開展“電與磁”的物理知識(shí)教學(xué)時(shí)，設(shè)置物理知識(shí)與技能教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生進(jìn)行指南針的設(shè)計(jì)制作，以此幫助學(xué)生從電與磁的現(xiàn)象出發(fā)，體會(huì)到電與磁的物理知識(shí)與生產(chǎn)生活之間的聯(lián)系，應(yīng)用實(shí)際現(xiàn)象及知識(shí)，制作指南針，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)創(chuàng)造意識(shí)。

（二）寓教于樂(lè)，培養(yǎng)學(xué)生的STEM思維

初中學(xué)生年齡普遍處于13～16 歲的階段，他們的思維處于過(guò)渡和發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，雖然抽象思維初步形成，但是認(rèn)知仍然以形象為主。初中生在初中階段首次學(xué)習(xí)物理，開展STEM 教學(xué)時(shí)，更加重視學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的情境感和體驗(yàn)感，所以預(yù)設(shè)STEM 教學(xué)模式時(shí)，可鍛煉學(xué)生思維能力，所以教師必須重視物理教學(xué)趣味化程度，以保障可合理應(yīng)用物理教學(xué)STEM 理念。STEM 教育形式的提出，并不只是單一化地培養(yǎng)學(xué)生的工科思維，不是讓學(xué)生死板地學(xué)習(xí)技術(shù)和掌握物理知識(shí)，而是促進(jìn)學(xué)生思維、素養(yǎng)和技能綜合全面發(fā)展。所以興趣發(fā)揮的作用尤為顯著。STEM教學(xué)活動(dòng)在初中物理教學(xué)中，以激發(fā)學(xué)生物理知識(shí)學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性為主要目的。興趣包括直接和間接兩種，直接來(lái)源于事物本身及現(xiàn)象本身的認(rèn)識(shí)，具有暫時(shí)性特征，間接興趣屬于目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)結(jié)果的期望興趣，具有持久性表現(xiàn)。由于物理現(xiàn)象較為直觀，與學(xué)生生活密切聯(lián)系，所以物理教學(xué)時(shí)，需要以演示實(shí)驗(yàn)和游戲活動(dòng)等方式，保持學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的主動(dòng)性和積極性，但是不能盲目培養(yǎng)，而是要注重游戲及實(shí)驗(yàn)開展的目的，使學(xué)生在游戲和時(shí)間過(guò)程中，可收獲預(yù)期結(jié)果，促進(jìn)其間接興趣的提升。以此，依靠制作創(chuàng)意產(chǎn)品、物理實(shí)際問(wèn)題解決等形式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。STEM教育中，可依靠科學(xué)知識(shí)情境導(dǎo)入，依靠機(jī)器運(yùn)作形式分析，承重項(xiàng)目工程制作等，使學(xué)生在娛樂(lè)過(guò)程中探尋并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，自主探尋問(wèn)題的解決方法。例如，教師在對(duì)“光現(xiàn)象”的物理知識(shí)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，針對(duì)光的色散，可以讓學(xué)生了解到，白光可以被色散為不同顏色的單色光，對(duì)不同顏色的單色光混合，可重新組合，獲得其余顏色的光，以此讓學(xué)生準(zhǔn)備顏色不同的顏料，依據(jù)顏料的不同，合理進(jìn)行配比，進(jìn)行顏色的調(diào)整混合，以獲得新顏色。進(jìn)而引發(fā)學(xué)生思考，單色光的獲取方式是什么呢？怎樣才能組合單色光呢？讓學(xué)生在思考中不斷探尋問(wèn)題的解決方式，培養(yǎng)學(xué)生探究熱情，輔助學(xué)生形成良好的工科思維。

（三）訓(xùn)練鞏固，滲透物理技能訓(xùn)練

做是知識(shí)掌握程度最好的檢驗(yàn)形式，傳統(tǒng)知識(shí)學(xué)習(xí)阻礙學(xué)生智力發(fā)展和能力進(jìn)步，以活動(dòng)性和經(jīng)驗(yàn)性的作業(yè)完成，在實(shí)踐操作中，促進(jìn)學(xué)生物理實(shí)踐能力和操作素養(yǎng)的增長(zhǎng)，鞏固所學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，最終獲取物理產(chǎn)品，制作過(guò)程中，彰顯STEM 教學(xué)形式的技術(shù)理念。STEM 教學(xué)形式要求將理論知識(shí)還原于生活，對(duì)實(shí)際生活中的問(wèn)題進(jìn)行解決。要使物理知識(shí)服務(wù)于工程和技術(shù)教育，就必須保障學(xué)生在真實(shí)環(huán)境下操作。首先，開展模仿制作，便于學(xué)生對(duì)物理裝置應(yīng)用的科學(xué)原理進(jìn)行把控，實(shí)現(xiàn)原基礎(chǔ)上的創(chuàng)新發(fā)展。STEM 教學(xué)的應(yīng)用，可開展攻克基礎(chǔ)性教育，使學(xué)生在制作小裝置時(shí)，感悟到物理知識(shí)應(yīng)用的重要性。例如，在對(duì)“杠桿”的物理知識(shí)教學(xué)時(shí)，可以在杠桿這一生活中常用的工具入手，引導(dǎo)學(xué)生模仿制作杠桿，這不僅需要學(xué)生分析杠桿平衡條件，構(gòu)建模型，還需要應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，確保杠桿稱量的準(zhǔn)確性，以保障學(xué)生制作杠桿時(shí)，可以感悟到STEM 領(lǐng)域制作時(shí)數(shù)理與技術(shù)之間的緊密聯(lián)系。在開展“電流與電路”知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電路連接的方式進(jìn)行觀察，其屬于生活中常見(jiàn)的工具，依據(jù)電路的連接狀況，模擬家庭中電路的設(shè)計(jì)方式，以紙盒作為房間進(jìn)行制作實(shí)驗(yàn)。這一制作活動(dòng)可以課上完成，也可以課下完成，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生電學(xué)應(yīng)用能力，還可以讓學(xué)生感悟到STEM工程技術(shù)理念在生活中應(yīng)用的價(jià)值效益。

（四）物理知識(shí)應(yīng)用，鍛煉學(xué)生實(shí)際問(wèn)題解決能力

STEM 教學(xué)形式應(yīng)用的主要目的還包含將知識(shí)還原于生活，輔助學(xué)生于情境化背景下，不斷提升自身問(wèn)題解決的能力。工科理論注重實(shí)踐操作，與實(shí)際生活密不可分，顯示生活中，物理知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題之間的關(guān)聯(lián)密切，廣義角度不僅涵蓋資源合理利用和環(huán)境保護(hù)，狹義角度也包括便利生活的輔助等。所以，教師必須注重物理知識(shí)的應(yīng)用，STEM 教學(xué)形式下，應(yīng)用物理知識(shí)，進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題解決方案的設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)方案印證，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化制作人才培養(yǎng)的目的。例如，教師在對(duì)“汽化和液化”的物理知識(shí)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，當(dāng)前，環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻，可以引導(dǎo)學(xué)生保護(hù)水資源，課堂中，可以應(yīng)用鹽水進(jìn)行淡化海水實(shí)驗(yàn)的模擬，輔助學(xué)生解決物理現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題。又如，學(xué)習(xí)滑輪知識(shí)后，可以組合動(dòng)滑輪和定滑輪，組成滑輪組，在限定條件下，實(shí)現(xiàn)重物提起目的。可以制作模擬搬運(yùn)重物的機(jī)器，學(xué)生需要綜合考量繞繩數(shù)量和拉力，依靠數(shù)學(xué)思想進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)裝置，實(shí)現(xiàn)重物搬運(yùn)目的。學(xué)生在應(yīng)用物理知識(shí)設(shè)計(jì)時(shí)，工科思維、數(shù)學(xué)思維、技術(shù)應(yīng)用等能力均得以提升，有效解決了實(shí)際問(wèn)題。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，STEM 教學(xué)形式的開展，必須注重跨學(xué)科的知識(shí)學(xué)習(xí)，采取靈活性的實(shí)驗(yàn)形式，必須以培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力，實(shí)踐操作能力和探究學(xué)習(xí)能力為主，強(qiáng)化學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生物理思維水平的提升，促進(jìn)初中學(xué)生全面發(fā)展進(jìn)步，提升物理教學(xué)實(shí)效性。