STEM教育引領(lǐng)下的初中物理教學(xué)策略

王瑞剛

摘? 要：STEM教育包含科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四大教育模塊。在學(xué)科教學(xué)中合理應(yīng)用STEM教育，能夠?qū)W(xué)生的思維、技能進(jìn)行綜合訓(xùn)練，同時(shí)幫助教師重新規(guī)劃教學(xué)流程，有效提高教學(xué)質(zhì)量。文章先分析了STEM教育的育人優(yōu)勢，然后以“浮力”一課的教學(xué)為例，思考如何借助STEM教育開展初中物理教學(xué)。

關(guān)鍵詞：初中物理;STEM教育;浮力

相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，STEM教育表現(xiàn)出了更強(qiáng)的跨學(xué)科、綜合性和互動(dòng)性特點(diǎn)，融合了科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四個(gè)模塊，教師可以靈活選擇教學(xué)切入點(diǎn)，創(chuàng)新物理教學(xué)方法。STEM教育是對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方法的重新調(diào)整，也為學(xué)生提供了更多的選擇機(jī)會(huì)。下面以人教版《義務(wù)教育教科書·物理》八年級(jí)下冊(cè)“浮力”一課為例，探討STEM教育引領(lǐng)下的初中物理教學(xué)策略。

一、STEM教育的育人優(yōu)勢

1. 綜合化教學(xué)，全面育人

在課程改革背景下，教師必須設(shè)計(jì)集能力訓(xùn)練、思維訓(xùn)練于一體的物理教學(xué)新模式，改變學(xué)生的物理學(xué)習(xí)流程。以往的物理教學(xué)過于重視對(duì)于物理知識(shí)的應(yīng)用，而忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)能力和物理核心素養(yǎng)的開發(fā)。STEM教育的應(yīng)用填補(bǔ)了這一空白，借由多板塊的教學(xué)機(jī)制，越來越多的學(xué)科知識(shí)和物理活動(dòng)出現(xiàn)在課堂上，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)、分享的過程中掌握物理學(xué)習(xí)方法。配合STEM教育，理論探究、實(shí)踐互動(dòng)、課外延伸等板塊都能在初中物理課堂中發(fā)揮出價(jià)值，學(xué)生將從新的角度認(rèn)識(shí)、學(xué)習(xí)物理知識(shí)。

2. 開放式授課，自由發(fā)揮

初中物理教學(xué)以幫助學(xué)生掌握物理知識(shí)、鍛煉學(xué)生科學(xué)思維、形成物理基本觀念為教學(xué)目標(biāo)，重視學(xué)生物理技能與學(xué)習(xí)能力的開發(fā)和訓(xùn)練，以物理互動(dòng)、教學(xué)交流為基本出發(fā)點(diǎn)。但是在“灌輸式”教學(xué)的影響下，大部分學(xué)生只能從教師和教材中獲取物理知識(shí)，缺乏自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。一些物理概念、定理和答案甚至完全來自于教師的講解，導(dǎo)致學(xué)生難以利用生活素材和主觀能動(dòng)性去解決相關(guān)問題。STEM教育將教學(xué)活動(dòng)分為多個(gè)板塊，在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中進(jìn)一步保障了教學(xué)工作的開放性和互動(dòng)性特點(diǎn)，為學(xué)生提供了交流和感知的機(jī)會(huì)。

二、STEM教育下的初中物理教學(xué)

1. 借助STEM教育呈現(xiàn)物理現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師。對(duì)于初中生來說，其是否愿意參與教學(xué)活動(dòng)，是否愿意主動(dòng)圍繞教學(xué)知識(shí)點(diǎn)發(fā)起探究，這一系列問題都要依靠學(xué)生的“興趣”來回答。STEM教育將直觀的物理現(xiàn)象以實(shí)驗(yàn)為載體呈現(xiàn)在課堂上，在對(duì)重量、質(zhì)量等關(guān)鍵物理因素進(jìn)行分析的同時(shí)，依靠數(shù)學(xué)元素幫助學(xué)生掌握物理知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。通過STEM教育實(shí)施教學(xué)工作，能夠讓學(xué)生在直觀觀察物理現(xiàn)象的同時(shí)掌握物理知識(shí)，依靠STEM教育解讀物理現(xiàn)象中蘊(yùn)含的物理原理，從而啟發(fā)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

例如，在教學(xué)“浮力”一課時(shí)，教師可以嘗試配合STEM教育創(chuàng)新物理教學(xué)方法，用“科學(xué)”模塊來吸引學(xué)生的注意力。以“浮起來了”為主題在課堂上開展討論活動(dòng)，與學(xué)生探究鐵板、鐵碗、塑料板、木棒等物品，哪些能夠浮在水面上？在設(shè)計(jì)問題之后，教師與學(xué)生進(jìn)行大膽假設(shè)并開展實(shí)驗(yàn)，記錄物體的沉與浮的情況：鐵板、木棒沉入水中;鐵碗、塑料板浮在水面上。隨后設(shè)計(jì)互動(dòng)問題：物體能夠浮在水面上，受到了哪些因素的影響？在交流的過程中，提出浮力的概念。部分學(xué)生則會(huì)結(jié)合生活現(xiàn)象提出新的問題：鐵板與鐵碗都屬于鐵，但在質(zhì)量相同的情況下，鐵碗依舊能夠浮在水面上，這是為什么？科學(xué)意識(shí)逐漸覺醒，使學(xué)生主動(dòng)去猜測影響浮力的因素。部分學(xué)生認(rèn)為，物體的沉浮受到物體質(zhì)量的影響，質(zhì)量大的物體無法浮在水面上;部分學(xué)生則認(rèn)為，物體的沉浮受到物體形狀的影響，能夠排開液體的物體能夠浮在水面上。此時(shí)，物理教學(xué)變成了對(duì)“影響浮力的因素”的探究，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性被充分調(diào)動(dòng)起來。在STEM教育下，物理教學(xué)回歸本質(zhì)，通過物理現(xiàn)象來展示科學(xué)原理，讓學(xué)生感受科學(xué)的獨(dú)特魅力，引發(fā)學(xué)習(xí)欲望。

2. 借助STEM教育開展探究活動(dòng)，掌握物理知識(shí)

STEM教育以開放、綜合、科學(xué)為基本的教學(xué)要求，將不同的教學(xué)模塊整合在學(xué)科教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自由選擇，并逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。針對(duì)STEM教育的定位，教師要嘗試構(gòu)建以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極性。教師可以設(shè)計(jì)探究式教學(xué)活動(dòng)，要求學(xué)生在提出問題的同時(shí)，嘗試探究物理知識(shí)，優(yōu)化物理教學(xué)。

例如，在教學(xué)“浮力”一課時(shí)，教師可以將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等各個(gè)模塊拆分開來，組織教學(xué)活動(dòng)。在探究“影響浮力的因素”時(shí)，教師可以要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，根據(jù)自己已經(jīng)掌握的物理知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生準(zhǔn)備了質(zhì)量相同的鐵板、鐵塊和形狀相同的木塊、鐵塊。將三種實(shí)驗(yàn)材料分別投入到水中，記錄物體的沉浮現(xiàn)象，做出實(shí)驗(yàn)假設(shè)。

現(xiàn)象1木塊浮在水面上，鐵塊沉入水中，物體受到的浮力與物體的質(zhì)量有關(guān);

現(xiàn)象2：鐵板浮在水面上，鐵塊沉入水中，物體受到的浮力與物體與水接觸的面積有關(guān)。

在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的過程中，教師不對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行干預(yù)，而是鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)分析，依靠稱量、實(shí)驗(yàn)的過程記錄不同物體的沉浮。首先，設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，記錄物體的沉浮狀態(tài)。其次，基于科學(xué)視角做出假設(shè)：物體的沉浮與物體本身的質(zhì)量有關(guān)、物體的沉浮與物體與液體接觸的表面積有關(guān)。依靠STEM教育啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維。隨后，通過實(shí)踐活動(dòng)鍛煉學(xué)生的物理實(shí)踐技能：測量鐵板與鐵塊排開水的體積，對(duì)比它們排開水的體積的差異，證明浮力的大小與排開水的體積有關(guān)。在互動(dòng)之后，圍繞著物理知識(shí)展開深度探究，依靠環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)模式推動(dòng)STEM教育的落實(shí)。

3. 借助STEM教育延伸教學(xué)范圍，積極開展互動(dòng)

為了幫助學(xué)生掌握物理知識(shí)，教師需要結(jié)合教學(xué)要求開展物理活動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。但以物理理論為核心的活動(dòng)方案難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，利用STEM教育調(diào)整活動(dòng)計(jì)劃，有助于學(xué)生激發(fā)主動(dòng)探究的學(xué)習(xí)熱情，充分滿足學(xué)生的物理學(xué)習(xí)需求。在STEM教育的引導(dǎo)下延伸教學(xué)范圍，能夠?yàn)閷W(xué)生帶來全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

例如，在教學(xué)“浮力”一課時(shí)，在探究了“被排開液體的體積影響浮力的大小”后，教師可以利用木板與鐵皮繼續(xù)開展物理實(shí)驗(yàn)。要求學(xué)生借助STEM教育獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)，通過調(diào)整變量來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。在證明了浮力與物體與液體之間的接觸面積有關(guān)之后，繼續(xù)引入新的探究問題，延伸教學(xué)范圍：在世界上有一個(gè)內(nèi)陸湖，名為“死海”，其含鹽量極高，密度大，不會(huì)游泳的人也可以浮在水面上;但在普通的湖泊中，人卻會(huì)沉入水中，這是為什么？配合STEM教育，教師開展課外物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：為學(xué)生準(zhǔn)備自來水、鹽水、酒精等材料，在開展實(shí)驗(yàn)之前記錄各種材料的用量，并測量液體的密度。在表格中記錄不同液體的密度，利用質(zhì)量為20 g的微型木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察其沉浮狀態(tài)，從而得出影響浮力大小的關(guān)鍵因素：液體的密度也會(huì)影響物體的沉浮。在初中物理教學(xué)中，教師要利用STEM教育引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)挖掘物理知識(shí)，從科學(xué)現(xiàn)象入手延伸教學(xué)范圍，提升學(xué)生的物理探究技能。

綜合“浮力”一課的教學(xué)活動(dòng)來看，STEM教育能夠在教學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮出一定的育人價(jià)值。根據(jù)教學(xué)要求，教師可以嘗試從不同的角度應(yīng)用STEM教育，或是對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等板塊進(jìn)行拆分應(yīng)用，或是利用STEM教育鍛煉學(xué)生的物理思維。從不同的角度開發(fā)STEM教育的價(jià)值，能夠幫助學(xué)生重新認(rèn)識(shí)物理教學(xué)活動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳飛云. STEM教育理念下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)初探[J]. 科技資訊，2020，18（10）.

[2]葛雪霞. 基于STEM理念下構(gòu)建高效初中物理教學(xué)的研究[J]. 中國校外教育（中旬刊），2020（5）.

[3]張紅寶. 淺談STEM教師如何讓中學(xué)生喜歡物理[J]. 科學(xué)咨詢（教育科研），2020（4）.