基于STEM理念的高中物理課程教學改革策略研究

陳富斌

摘 要：STEM理念倡導融合科學、技術、工程、數學等多學科內容，著重培養學生的創新精神與實踐能力，與我國創新型人才培養目標相符合。在高中物理課程教學中融入STEM理念，能夠幫助學生構建整體性的知識結構，有利于培養學生的分析信息、交流協作、實踐創新等能力。因此，作為高中物理教師，我們要準確把握STEM理念的特征內涵，積極地把物理教學與STEM教育融合起來，提高課程育人質量。

關鍵詞：高中物理；STEM理念；教學創新；教學模式

中圖分類號：G63? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-9132（2023）17-00６４-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2023.17.0２1

STEM理念指的是結合現實生活與學習者的認知需求科學設計問題或項目，鼓勵學習者自主思考與協作探究，以便對學習者的創新實踐能力以及解決問題能力進行培養。在高中物理教學中引入STEM理念，能夠充分滿足學生的探索學習需要，幫助學生高效整合跨學科知識，不斷提高學生的創新和實踐能力。因此，高中物理教師要充分認識到STEM理念的應用價值，積極探索與改革課堂教學模式，逐步培養與發展學生的綜合素養。

一、STEM理念融入高中物理教學的可行性分析及原則要求

（一）可行性分析

1.STEM教育理念與物理課程改革要求相契合。物理學屬于自然學科，主要對自然界物質的基本結構、運動規律等進行研究，緊密聯系數學、技術、工程等其他學科，且與現代社會、生產生活、科技創新等有著密切關系。新課程標準明確指出，物理教師要積極應用項目式教學、任務式教學等教學方式，全面培養學生的綜合能力。而STEM教育理念倡導融合科學、技術、工程、數學等多門學科，向學生布置跨學科、探究性的項目任務，讓學生利用跨學科知識和方法解決綜合性問題，以便培養學生的STEM素養。由此可見，STEM教育理念契合物理課程改革要求，具備融合的可行性。

2.STEM教育目標與物理課程育人目標相契合。依據新課程標準的要求，培養學生物理核心素養是物理課程的主要育人目標，涵蓋物理觀念、科學思維、科學探究、社會責任等多個維度。STEM教育將提升學生STEM素養作為教育目標，涵蓋科學素養、技術素養、工程素養、數學素養等內容。其中，物理觀念與科學素養相對應，側重于讓學生理解科學體系知識，形成相應的意識與觀念。技術素養、工程素養與科學探究相對應，強調讓學生整體體驗問題探究及技術運用過程，形成相應的能力和素養。數學素養與新課標倡導的模型建構、科學推理等要求相對應，存在著包含與被包含的關系。

（二）原則要求

1.綜合性。STEM理念要求整合科學、技術、工程、數學等多個學科的知識，因此物理教師要遵循綜合性的原則開展教學活動，靈活融入其他學科的知識，引導學生學習跨學科知識，拓展學生的知識面。在引入其他學科知識時，教師一方面要深入剖析教材內容，保證引入知識與教材內容密切相關，另一方面要全面了解學生的認知水平，保證學生能夠快速理解和消化。

2.情境性。STEM理念要求教師創設真實情境，引導學生在解決問題時學習相關的知識。物理課程與生活聯系較為緊密，但一些教師往往依據教材開展教學活動，沒有引入生活現象與案例，導致學生的探索欲望得不到激發。針對這種情況，教師要聯系生活創設一定的問題情境，引導學生結合已有知識經驗大膽假設與猜想，利用動手探究進行驗證。創設真實的問題情境能夠充分體現新課程標準的教育方針，能夠將抽象復雜的物理概念變得生動形象，進而降低學生的學習難度。

3.發展性。促進科學與技術發展是STEM教育的重要目標，而物理學科也具有明顯的發展性特征。因此，教師要貫徹發展性原則，密切關注物理學科的前沿進展，將一系列新的學習內容加入進來，讓學生對科學進步深入感知，拓寬學生的知識視野。同時，在設計教學方案時，教師要充分考慮班級學生的實際水平，避免因理解難度過大而影響到學生的學習效果，對學生的個體發展造成阻礙。

4.實踐性。STEM理念倡導教師依托問題或任務組織探究實踐活動，教會學生學以致用?；诖?，教師應充分體現學生的主體地位，結合教學內容設計具備操作價值的問題或項目，引導學生利用已學知識進行探究和解決，這樣不但能夠優化學生的物理學習體驗，增強學生的成就感，還可以培養學生的動手能力、探究能力以及創新精神。

二、基于STEM理念的高中物理課程教學改革策略

（一）重構目標，指導教學

教學目標是教師開展所有教學活動的出發點與落腳點，因此在STEM教育理念指導下，教師要重構課堂教學目標。在確立目標時，教師需要整合STEM教育目標與核心素養培養目標，強調培養學生的跨學科知識與技能，引導學生經歷觀察、思考、討論、探究等各個環節，促使學生在豐富感性經驗的基礎上形成學科核心素養與STEM素養。結合物理核心素養與STEM素養之間的對應關系，教師可設計這樣的教學目標：（1）科學層面。深入掌握物理知識，能夠利用物理概念、規律等解釋生活中的物理現象，形成良好的科學態度。（2）技術層面。深入理解物理原理的本質，掌握物理原理、實驗工具的應用方法，形成解決物理問題的能力。（3）工程層面。初步形成工程思維，能夠與其他同學加強協作，共同解決項目任務，經歷方案設計、實踐探索、評價反思等環節。（4）數學層面。掌握數據收集、分析及處理方法，能夠在物理問題解決中應用數學圖表。

（二）創設情境，提出問題

STEM教育理念倡導教師帶領學生在真實生活情境中學習、應用跨學科知識，依托真實情境和典型問題激發學生的探究積極性。因此，在物理課堂教學中，教師需利用真實的生活情境還原孤立、抽象、復雜的物理知識，進而設計出引發學生探究欲望的情境性問題。其中，新知引入在教學過程中發揮著十分重要的作用，如果教師能夠巧妙設計課堂導入環節，將會迅速激發學生的學習積極性，改善課堂教學效果。在具體實踐中，教師要深入了解班級學生的前認知及接受能力，剖析章節重點知識，采用圖片、視頻、教具等表現方式重現真實的問題情境，喚起學生的探索欲望，為后續教學活動的開展打下良好的基礎。例如，在學習“超重與失重”知識時，教師可提前準備體重秤等材料，引導學生測量、記錄自己的體重。在測量的過程中，學生可以做出起立、下蹲等動作，對體重秤的示數變化進行觀察。當學生發現示數發生變化后，他們會產生濃厚的探索興趣，這時教師就可以引導學生思考示數變化的原因，逐漸引出章節新知。總之，問題情境能夠讓學生產生探索的欲望，增強學生的內在學習動機與物理課堂的生命力。

（三）設置疑問，討論交流

STEM理念倡導教師改變自身的角色定位，充分發揮學生的主體性作用。因此，教師要著重發揮自身的引導職能，結合真實問題或任務提出若干個子問題，引導學生在自主思考的基礎上與小組成員交流、討論與分享，逐漸理解新的概念知識，掌握相應的技能方法?，F階段，部分教師沿用傳統教學方式，課堂氣氛較為沉悶，無法調動學生的內部學習動機，嚴重影響學生的學習效率。針對這種情況，教師要積極應用提問策略，優化課堂氛圍，不要只看重問題數目，要著重關注問題質量，判斷設計的問題是否緊密關聯課時重點內容、是否能夠引發學生的思考欲望及互動興趣、是否能夠幫助學生梳理重點知識。根據提出的問題，教師可以組織學生合作討論和研究，鼓勵各個組員踴躍發表意見，逐步達成共識。在這一過程中，學生的參與需求得到滿足，學習成就感得到增強，進而產生強烈的內部學習動機。相較于常規的提問教學方法，小組討論的優勢眾多：一方面小組討論真正體現了學生的主體地位，有助于強化學生的參與感和獲得感；另一方面小組討論能夠同步培養學生的思考意識、協作精神，有助于促進學生物理核心素養的發展。

（四）答疑解惑，引導總結

受認知能力、思維方式等因素的影響，學生往往只能獲取片面的結論，還有諸多問題沒有得到有效解決。因此，教師要及時答疑解惑，帶領學生解決探究交流過程中形成的問題，且對此節課的重點知識進行梳理和總結，幫助學生對相關概念與知識體系進行建構。在答疑解惑過程中，教師要善于應用啟發式策略，引導學生逐漸找到問題解決思路，一步一步地解決問題，這樣學生才能夠牢固建構知識體系，發展思考探究能力。之后，教師要對此節課的重點內容進行總結，幫助學生內化吸收知識，建構完整的知識體系。例如，在教學“電場強度”知識時，教師對電荷之間的相互作用進行了演示，很多學生無法理解“電荷沒有接觸卻產生相互作用力”。結合學生的疑惑，教師可設計啟發性問題，如我們在以往的學習過程中是否遇到過類似的情況？磁體之間的作用力是怎么產生的？在教師的引導下，學生逐漸利用類比思想理解和掌握電場知識。

（五）引入項目，探索實踐

STEM理念倡導項目化教學，依托項目實踐探索活動全面培養學生的知識運用、探究創新等能力。因此，教師在完成基礎知識教學后，需積極引入適宜的遷移拓展項目，為學生提供探索實踐的機會。在選擇項目時，教師需充分考慮班級學生的實際情況，認真貫徹最近發展區原則，科學管控項目的難度，促使學生的學習動機得到有效激發。教師在開展項目實踐活動時，不能向學生直接講解操作步驟，讓學生按照固定的程序進行實踐，這樣只能夠對學生的動手操作能力進行培養，無法促進學生知識整合能力、創新能力的發展。在具體實踐中，教師要向學生提供自由發揮、自主創造的空間，鼓勵學生按照自己的想法設計實驗方案，依據實驗方案開展動手活動，這樣學生的創造力才能夠得到培養。同時，教師要靈活引入小組合作形式，引導學生結合教師布置的問題任務認真搜集相關資料，與小組成員加強交流討論，構思設計方案，之后與小組成員共同進行實踐。在這一過程中，教師要對各組學生的項目進展進行密切關注，從教學資源方面提供支持。如果小組學生遇到了難以解決的問題，教師要及時進行引導，鼓勵學生調整思路和方法，最終完成項目任務。例如，在教學“電磁感應”知識時，教師先帶領學生學習教材中的基礎知識，之后設計與教學內容關聯密切的探索項目，引導學生設計能夠判斷感應電流大小的實驗。學生經過查閱資料、相互交流，設計出相應的實驗方案：先連接自制線圈與小燈泡，再快速插入與拔出磁鐵，通過對小燈泡的亮暗程度進行觀察，即可判斷電路中是否產生感應電流及其大小。學生通過創新設計與動手實驗，既可以深入理解與牢固掌握基礎理論知識，又能夠鍛煉培養創新精神與實踐能力。

（六）多元評價，促進成長

為充分體現STEM理念的應用價值，教師要及時優化教學評價機制，建設多維評價模式，發揮教學評價對教學活動的導向功能。

1.拓展評價主體。依據STEM理念，教師需在課堂教學中組織小組討論、項目探究等諸多類型的活動。在活動實施過程中，教師無法全面了解各個學生的實際學習情況。如果單單由教師進行評價，就難以有效反映學生能力發展以及學習表現情況，所以教師應鼓勵學生積極地參與其中，并結合自我評價、小組評價、生生互評等形式客觀全面地評價學生的實際表現。

2.豐富評價指標。為全面了解學生各項能力的發展情況，教師需設計多個維度的評價指標，如活動參與表現、回答問題積極性、協作意識、創新精神等。通過豐富評價指標，我們能夠保證評價的全面性。

3.具體真誠評價。教師在評價學生時，要采用真實的態度和具體的語言，不能簡單地用“你真棒”等話語進行敷衍。如一些學生能夠從新的角度思考問題，教師可先肯定學生的創新精神，再評價思路是否正確、答案是否準確等。如果學生出現錯誤，教師不能單單進行批評，而是要巧妙融合夸獎與批評，先發現、夸獎學生的長處，再采用適宜的方式指出學生的缺點與不足，這樣學生更容易接受教師的意見。由此可見，采用具體、真誠的評價方式可以充分發揮評價的功能作用。此外，教師要充分考慮學生的性格差異，采用針對性的評價策略。如一些學生性格較為靦腆，教師要多采用鼓勵評價形式，增強學生的自信心。

三、結語

綜上所述，STEM理念與物理課程改革要求相適應，有助于培養學生的知識整合、創新實踐等多方面能力。作為高中物理教師，我們要積極學習STEM教育相關的理論知識與實踐經驗，結合學科特點及學生情況高度融合物理教學與STEM教育，切實提高物理學科授課質量，全面促進學生進步。

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