STEM教育理念下初中物理實驗教學研究

【摘要】教育事業的發展，教育者不僅關注知識教育，還注重培養學生的學習習慣。初中物理為重要學科，會影響學生的思維能力、探究能力。現代科學發展，社會對新型人才的需求度高，開始引入STEM教育理念，改變了初中物理教學模式與方法。本文研究中，基于STEM教育理念，深入分析初中物理實驗教學問題，僅供參考。

【關鍵詞】STEM教育理念? 初中物理? 實驗教學

【中圖分類號】G633.7 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2023）08-0181-03

隨著教育事業的進步發展，新課標對初中物理學科提出了較多要求。教師對于學生自主探究能力、問題解決能力的培養較為關注，然而卻不注重情景教學模式，很難吸引學生的注意力。為了發揮出學生的自主學習意識，內化物理課程知識，提升學生的學科素養，要求教師深入思考教學問題，加大學習自主性、創新性，從而轉變傳統的教學模式，充分發揮出STEM教學理念的作用。在新教學模式下，合理使用教學理念，確保初中物理教學的效率與效果，實現初中學生的綜合化發展。

一、STEM教育理念

新課程的創新改革背景下，社會對人才培養提出高要求，開展課程教育時，不僅要加強理論知識教學，還要促進綜合能力發展。此種情況下，教師要整合、滲透學科知識。STEM屬于新型教學模式，教會人們以科學眼光看待世界發展。技術工程，是人類保護自然、尊重自然的重要方式，可以實現人與自然和諧相處，處理社會生產與生活難題。在物理教學中，要擁有豐富的數學知識，有效開展技術與工程學習。在此種理念下，教師要深度融合科學、技術、工程、數學等學科知識，以現代科學知識輔助教學活動，引導學生參與到工程實踐中，從而加強問題的探究能力、處理能力，實現學生的全面發展。

二、將STEM理念融入到物理教學中的必要性

（一）落實物理核心素養

為了改革中學物理課程，要不斷提升學生的物理學科素養，基于生活經驗、科學內容出發，將核心素養作為重要指導，并且注重中學物理課程開展的有效性。關注學科知識配合，整合科學探究、技術應用，以提升學生的科學意識、實踐能力。新課程標準下，通過科學知識與技能，使學生形成正確的價值觀、科學觀。

STEM理念，對于物理教學的實踐性比較關注，可以提升處理問題的能力，科學理解文化知識。基于知識維度，STEM理念重視問題處理過程，引導學生聯合多學科知識，優化整合多學科思維。在STEM引導下，學生能夠自主探究問題，找尋問題處理方法，以加強知識應用能力。

（二）發展學生的物理技能

在物理課標中，強調學生的學科技能。基于STEM教育理念，創設豐富的實踐活動，能夠為學生提供操作機會。通過實踐活動，引導學生發現規律，體驗探究樂趣，從而提升操作水平。根據中學生的發展情況，教師在操作實踐、互動活動中，應當為學生做出示范。比如在“杠桿”知識學習中，教師要聯合物理、生活實際，收集關于“杠桿”的知識，并且引導學生自己制作桿秤稱重物體。學生通過一系列模仿活動，可以準確認知“杠桿”知識，提升知識探究能力、操作技能水平。

（三）STS教育是STEM理念的載體

STS教育包括科學、技術、社會，關注知識的社會價值、實用性，結合生活實際、科技前沿，使學生基于情景關注物理知識，展示出物理課程標準的理念與要求。STS教育，確保學生明確事物的關聯性，能夠增加學科之間的關聯度，促進現代科技發展，關注科技發展的影響。在STEM教育中，跨學科特點明顯，但是并非將各學科知識累積在一起，而是關注知識的整合與聯系，并且應用到情景中。物理課程中，STS、STEM教育擁有較高的結合度，前者作為后者的載體。

物理新課程標準，關注社會、技術、物理的關聯性，通過人文科學、社會科學、物理學的融合，展示出物理學的知識體系。在現代科技發展下，生產、科技、生活領域出現新問題，并且成為中考命題方向。STEM教育創設各類情景，采用項目教學方式開展科學探究，以小組合作方式設計方案，及時總結和反思。物理學習活動應用STEM理念時，常常以任務驅動教學為主，收集資料、合作探究，從而領悟物理概念與本質。探究方案的制定，可以加強學生的科學思維能力、模型建構能力。科學的推理過程，可以使學生深入認知物理學的本質，從而強化創新意識。物理學要求學生觀察日常生活，動手操作試驗，從而建立系統性模型，豐富學生的理論體系。

三、STEM理念落實到物理教學中的途徑

（一）模仿制作，培養學生的工科思維

由于初中學生的自主實驗能力不足，教師可以適當降低教學難度，逐步引導學生模仿和制作，從而掌握裝置工作原理。在教師的引導下，學生以項目驅動為載體，采用小組合作方式創作作品。比如開展“杠桿”教學時，教師要為學生布置實踐作業，充分利用杠桿知識、生活經驗制作桿秤，既要使用杠桿平衡知識，還要使用工程、數學理論。明確標注杠桿的單位與刻度，明確數理關系，從而使學生了解工程技術理念。再比如“物體浮沉條件”的教學，學生通過制作潛水艇作品，充分鍛煉工程思維。學生了解潛水艇結構后，教師為其提供制作工具，使學生通過浮沉條件等知識，合作完成潛水艇。由學生自主制作潛水艇，可以提升學生的技術素養、工程素養，加強建構物理模型的能力。在教學活動中，要按照STEM教育理念，潛水艇項目驅動，編制詳細的項目學習案例。

（二）落實小組合作，優化配置學習任務

在設計水位報警器時，學生很難單獨完成任務，教師將學生分為不同的小組，分別安排學習任務，積極鼓勵學生建立合作關系，從而完成任務。比如，部分學生調查資料，檢索工程學科、技術學科知識，掌握報警器制作流程；部分學生設計方案、繪制草圖。當學生的動手能力較強時，則要準備好實驗工具，為后期操作奠定基礎。當學生完成準備工作后，則要討論前期準備結果出現的問題，確定無問題后開展實踐操作。

在操作和制作環節，教師要突出學生的主體地位，發揮出學生的主動性、能動性。比如在制作報警器時，學生在連接電路實物。按照前期設計，學生在量杯內放置導線碳棒，導線另一端連接電磁繼電器、紅燈、電源。學生設置水位報警線刻度，持續添水操作時，密切觀察碳棒連接的紅燈。如果紅燈未亮，教師再指導學生改進實驗，為學生說明實驗設計、工具、操作存在的問題，使學生按照教師教學指導，改正不足與缺陷。通過此種方式，既可以發揮出教師的引導作用，還能夠給予學生鍛煉機會，發揮出STEM教育理念的優勢。

（三）注重課后評價，交流學習收獲

學習任務完成之后，教師要關注課后評價工作，全面梳理STEM教學過程。教師要及時發現教學問題，分享學習收獲，從而擴大教學成果。按照此種目的，當學生動手操作時，由教師拍攝整個實驗過程，復盤總結階段。當多數學生出現相同的問題時，可以通過視頻展示出來。比如制作水位報警器時，學生沒有選擇適宜的導體、絕緣體，影響導線接觸效果。問題歸納完成后，教師要管理學生發表意見，陳述解決方案，同時讓其他小組相互評價，提出合理建議，從而找尋后續改進方向，使學生深入理解和掌握實驗方法，逐漸可以獨立完成實驗操作。

（四）注重師資建設，加強教師職業能力

筆者通過相關調查可知，國外對于STEM教育理念的普及率高，擁有完善的理論體系。我國對于STEM教育理念的研究比較晚，發展不太成熟。對于物理教師而言，基于STEM教育理念開展物理教學，所面對的挑戰和難題非常多，要求教師了解STEM教育理念，掌握教學全過程。

第一，學校開設STEM教育理念，將其納入到教師考評工作中，做好實踐操作訓練，有效結合理論與實踐。

第二，教師要收集STEM教學案例，正確認知STEM教育理念。學校定期舉辦STEM教育理念講座、教研會、論壇等，確保教師深入理解STEM教育理念，提升教學成效。

四、STEM理念下的物理教學設計實例

在物理核心素養中，科學思維屬于關鍵要素，STEM理念可以作為教學載體。在教學實踐中，教師對于學生思維發展的關注度高。比如在變阻器教學設計中，要將滑動變阻器模型作為基本思路，凸顯出學生實驗的重點，將任務驅動作為載體，促進學生思維的發展。

（一）變阻器的教學設計

基于STEM理念，注重變阻器的教學設計的優化，與科學探究融合在一起。定位教學目標，要以基本原理為主，上述內容和變阻器結構的關聯大。

第一，教學目標：學生自述滑動變阻器的構造，標注電路符號，掌握變阻器的工作原理。學生可以正確接入電路，從而改變電路電流、用電器的電壓。

第二，素養目標：練習使用滑動變阻器，確保學生聯系實際，處理好問題中的深化、活化知識，獲取學習收獲。科學探究新課標，凸顯出問題導向，建立問題情景，使學生能夠正確處理物理問題，提升物理學科素養。

第三，教學重難點：在初中物理實驗器材中，變阻器為重要工具，會影響對伏安法測電阻知識的掌握。因此在教學中，應當以明確變阻器原理為重點，而教學難點在于連接變阻器。為了凸顯出教學重點，教師引導學生通過自主操作，改變電路小燈泡的亮度，從而改變電阻、電流。同時，學生自主操作變阻器接入電路的實驗，可以發現變阻器的連接方式。

STEM教學理念下，凸顯出跨學科性的特點，基于新課標，提出跨學科的實踐板塊。基于問題導向，培養遷移能力，提升聯合問題情景，引導學生發現、解決問題，通過觀察、設計、制作等活動，遷移和整合跨學科知識，強化學生的技術意識、動手操作能力、工程思維等，所以在物理教學中，要全面落實STEM教育理念。

（二）變阻器教學流程圖

第一，關注思維連續性，確保引課的合理性：開展變阻器教學時，引課環節要考慮學生思維的連續性，減少思維障礙。利用移動方式，改變燈泡的亮度，由此引入新課程。將開關電路連接在電路板上，控制燈泡發光。連接電阻絲、電路板之后，導線與磁體相連接，開關閉合后，燈泡亮起。電路板前方，使用磁介質移動，利用磁介質、磁體的吸引力，可以改變燈泡亮度，激發學生的探索積極性，教師提問電路中的哪個物理量變化，學生回答是電流。之后復習、提問改變電流的方法，即改變電阻、電壓。實驗操作中，提問哪種方式可以改變電流，學生回答電阻。完成上述提問互動后，教師可以導入新課。

第二，基于探究核心，任務驅動載體，內化科學思維：在物理課程標準中，科學探究成為學習目標、教學方式。筆者認為科學探究，必須歷經完整的實驗過程。物理學中的規律、實驗器材，都可以體現出探究思維。在變阻器知識教學中，不管是采用滑片判斷，還是改變變阻器的連接方法，要求學生理解滑動變阻器的結構。在教學中，筆者將變阻器的結構設為重難點。在教學活動中，加強實驗器材的原理教學。教師可以指導學生將鉛筆芯作為滑動變阻器模型，直觀感受變阻器的制作過程，掌握科學的探究、實驗操作方法。

五、結束語

綜上所述，物理實驗教學要展示出現象的物理過程，引導學生深入思考物理問題，體會物理改變的形成、發現、處理等過程。教師基于原始問題，科學引導學生的認知規律，高度重視知識形成過程的體驗感，從而將科學探究法作為加強學生探索意識的保障。

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作者簡介：

謝文強（1977年12月—），男，漢族，河南濮陽人，本科學歷，中小學一級職稱，研究方向為初中物理教學。