基于STEM教育的初中物理概念教學探索

陳云超

【摘 要】 ?STEM教育是一種跨學科的教育模式，將科學、技術、工程和數學融合在一起，培養學生的創新思維和實踐能力.在初中物理教學中，采用STEM教育模式可以幫助學生更好地理解物理概念，提高學生的科學素養和實踐能力.本文以初中物理蘇科版教材為例，探討基于STEM教育的初中物理概念教學的策略和方法.

【關鍵詞】 ?STEM教育；初中物理；概念教學

STEM教育是一種新興的教育模式，它將科學、技術、工程和數學融合在一起，培養學生的創新思維和實踐能力.在現代社會，STEM領域的發展已經成為推動社會進步的重要力量，因此，STEM教育也成為教育改革的重要方向.在初中物理教學中，采用STEM教育模式可以幫助學生更好地理解物理概念，提高學生的科學素養和實踐能力.本文以初中物理蘇科版教材為例，探討了基于STEM教育的初中物理概念教學的策略和方法.

1 初中物理STEM教育的意義

1.1?提高學生的學習興趣

初中物理是一門理論性較強的學科，對于許多學生來說可能比較抽象和難以理解.而STEM教育所強調的實踐和探究，可以幫助學生通過具體的實踐活動來理解和掌握物理概念，提高學生的學習興趣和積極性.在STEM教育中，學生可以通過進行實驗、制作模型、參與項目等方式，來探索和理解物理現象.這樣不僅可以幫助學生更好地記憶和理解物理知識，還可以培養學生的動手能力、創新能力和解決問題的能力^[1].此外，STEM教育還強調跨學科的學習，將物理、數學、計算機科學等多個學科的知識融合在一起，幫助學生建立起完整的科學素養和思維方式.這對于學生的全面發展，以及其未來在科技領域的競爭力都有著非常重要的意義.

1.2 培養學生的綜合素養

STEM教育是一種綜合性教育模式，能夠將不學生科的知識融合在一起，培養學生的綜合素養，在初中物理教學中，采用STEM教育模式可以讓學生了解物理知識的實際應用，提高學生的實踐能力和創新能力.通過STEM教育，學生可以在實踐中學習物理知識，例如通過設計實驗、進行數據分析等方式來探索物理現象.這樣不僅可以讓學生更好地理解物理知識，還可以培養其動手能力和解決問題能力.同時，STEM教育還強調跨學科的學習，將物理、數學、計算機科學等多個學科的知識融合在一起，幫助學生建立起完整的科學素養和思維方式，對于學生的全面發展，以及未來在科技領域的競爭力都有著重要意義.

2?STEM教育的概念和特點

2.1?跨學科性

STEM教育將科學、技術、工程和數學融合在一起，打破了傳統學科之間的界限，讓學生能夠從多個角度思考問題，這種教育模式強調實踐和綜合應用，有助于培養學生的創新能力、動手能力和解決問題的能力.在STEM教育中，學生不僅可以學習到各個學科的知識，還可以將這些知識應用到實際問題中.

例如在物理課堂上，學生可以運用數學和工程知識來設計一個簡單的機器人，在化學課堂上，學生可以結合技術和工程知識來解決環境污染問題.此外，STEM教育還鼓勵學生進行團隊合作，培養其的溝通能力和協作精神.在解決實際問題的過程中，學生需要與團隊成員密切配合，共同分析問題、制定解決方案，并實施和評估.

2.2 實踐性

STEM教育強調學生的實踐能力和創新能力，通過實踐活動和項目式學習，讓學生在動手操作和實驗中學習，從而培養學生的動手能力和實驗能力^[2].在STEM教育中，學生可以參與到各種實踐性的任務中，如設計實驗、收集數據、分析結果等.這樣的學習方式不僅可以讓學生更加深入地理解理論知識，還可以提高學生實踐技能和創新思維.

3 基于STEM教育的初中物理概念教學分析

3.1?貼近生活

例如 以“力的概念”一課為例，在物理教學中，力的概念是一個基本的概念，但是由于其抽象性，學生往往難以理解.通過提出具體的生活實例，教師可以幫助學生直觀地感受到力的存在和作用.例如，在汽車運動中，學生可以感受到摩擦力的作用；在電梯運動中，學生可以感受到重力的作用.隨后，通過實驗環節，學生可以進一步探究力的作用效果.例如，用彈簧測力計測量物體的重力，可以讓學生直觀地看到力的大小；用氣球探究空氣阻力，可以讓學生看到力對物體運動的影響.最后，通過總結和分析，學生可以形成對力的概念的深入理解.這種理解不僅來自理論的學習，更來自實際的操作和觀察，因此更加深入和穩固.

3.2 融合多學科知識

傳統實驗教學往往僅限于讓學生按照步驟進行操作，這種方式限制了學生充分發揮自己的思維.然而，在STEM教學思想的指導下，教師需要將多門學科知識進行靈活的整合，以提高學生的學習效果^[3].

例如 以“探究電流與電壓和電阻的關系”為例，教師首先讓學生觀察兩組實驗現象，在第一組實驗中，重點是增加電池數量以調整燈泡亮度；在第二組實驗中，關注增加電阻器的個數以觀察電燈泡亮度變化.通過這種方法，學生可以從電流出發，理解電壓和電阻對電流的影響規律：電壓增大時，電流也增大；但電阻增大時，電流卻減小.在此基礎上，教師引導學生運用“控制變量”的思路設計實驗方案.當電壓不變時，讓學生測量電流和電阻.然后，根據收集到的數據，學生在坐標軸上用圖像法繪制直線，進一步探討電流、電壓和電阻之間的數量關系.這種探究過程涵蓋了科學、技術、數學等領域的專業知識，盡管學生可能并未意識到自己正在應用這些知識，但其最后獲得的經驗將更加豐富和生動.

3.3?突出設計價值

在中學階段，學生所經歷的實踐活動主要是以勞動和手工制造為主要內容，其很少會將自己的設計思維真正地展開起來，因此，其的創造性和想象力并沒有得到充分的發揮.在這樣的環境中，教師要突出自己的設計，要激發學生的奇思妙想，要激發其的思考，要激發其的思考.

例如以“船舶的沉浮狀態及其運用”為例，教師可以讓學生扮演一個充滿朝氣的造船工人，給學生看一些有關鄭和航海或者泰坦尼克號的錄像，再問學生：船舶能夠在水上行駛的原因是什么？假如你是一位精力充沛的工程師，你將如何建造一條整條的船只呢？在這個問題被提出以后，其會自己去尋找制造船只的材料，同時也會去研究船只在水面上的最基礎的運動，那就是漂浮和沉沒.在此基礎上，對船舶自身的應力進行了研究，并對船舶的起落進行了初步的分析.在學生有了一定的思維后，教師就要為其提供足夠的生活物資，這些物質可以是飲料瓶或易拉罐，也可以是橡皮泥或白紙.教師可以指導學生在紙面上畫出船身各個部分的基礎模型，之后將這些模子拼湊在一起，形成最后的構架，并進行一系列的水中實驗.經過設計、操作等環節，學生的實際體驗會更豐富，對自己的思路也會更有信心.

3.4?做好材料創新與升級

在教學中，教師不能簡單地用課本內容“應付”對學習有興趣的學生，要向學生們展現各種不同的實驗素材，從而激發學生們的學習興趣，培養其學習興趣；他們將更加牢固地將理論與實際相聯系，并從自己的創造中吸取經驗與教訓.

例如在教學“探索物理中的電路實驗”一課時，教師可以給學生提供一些發光二極管、導電膠帶或紐扣電池，上面的這些新的物質都是用來代替舊的物質（比如干電池、導線和單刀開關等等）的^[4].

又如，在進行電磁感應的試驗時，要確定感應電流的方向有沒有發生變化，此時就可以使用LED來代替常規的敏感電流表；根據它的單向傳導特性，可以判斷出電流的流向.又比如，在探索車輛的指示裝置的工作過程中，教師可以通過觀察指示裝置在車輛移動過程中的閃光，從而畫出遙控車輛指示裝置的線路圖，然后教師就可以讓他們用LED和導電膠帶來制作一個指示器的電路.用新材質構筑構架，其簡潔性比較顯著，能更直觀地表現出物理法則.也能獲得更多的藝術滿足.

3.5?通過情境導入問題

物理無處不在，大多數情況下不是因為學生們對它一無所知，只是因為他們從來沒有沉下心神，認真地研究.這個時候，教師就需要從科學化的情境中抽取出具體的問題或任務，讓學生形成足夠新穎的認知碰撞，之后才能指導他們進行大膽的實踐，勇敢地釋放思想和雙手.

例如 以“流體壓強與流速的關系”一課為例，教師就可以讓學生對列車平時運行的狀況進行聯想，之后給學生呈現出高速運行的列車碰撞站在安全線之內的行人的真實情況，以此來引起學生的注意.然后，引導學生思考這一部分所包含的物理問題，比如：列車車廂為何會吸引在安全線之內的行人？然后，讓學生進行一個簡單的“吹紙法”，將學生分為多個協作組，每個組都要探索氣流速度與壓力的關系.

在學生完成了自己的思索后，教師再引導他們運用實際生活中的素材來進行真空袋的設計.例如，教師可以引導學生思考如何利用真空袋來保鮮食物，從而引出真空袋的設計問題.教師可以先讓學生思考一下，為什么真空包裝可以延長食物的保質期？然后，教師再引導學生運用物理學中的氣體物理學知識，解釋真空包裝的原理.在這個過程中，學生可以了解到，真空包裝的原理是利用真空泵將包裝袋內的空氣抽出，使包裝袋內處于真空狀態^[5].由于食物在真空中無法與氧氣接觸，因此可以減緩食物的氧化過程，從而延長食物的保質期.在理解了真空包裝的原理后，教師可以引導學生運用實際生活中的素材，如塑料袋、真空泵等，設計一個簡單的真空袋.在設計過程中，學生需要考慮如何選取合適的材料，如何設計合適的結構，以保證真空袋能夠有效地抽出包裝袋內的空氣.

4 結語

本文以初中物理蘇科版教材為例，探討了基于STEM教育的初中物理概念教學的策略和方法.結果表明，在基于STEM教育的初中物理概念教學過程中，教師應該運用案例教學法、問題驅動教學法和實驗教學法，注重培養學生的動手能力和團隊合作能力，以幫助學生更好地理解物理概念，提高學生的科學素養和實踐能力.

參考文獻：

[1]顧健，李剛.基于工程的跨學科實踐——來自STEM的啟示[J].物理教師，2022，43（10）：46-48+53.

[2]陳剛.基于項目學習的初中物理綜合實踐活動的案例分析——以“自制簡易望遠鏡”為例[J].物理教師，2022，43（05）：43-47.

[3]季然，楊曉輝，李燊等.STEM教育理念的初中物理單元教學設計——以“浮力”為例[J].赤峰學院學報（自然科學版），2022，38（03）：98-102.

[4]徐婷，徐萌.STEM教育理念下的初中物理實驗教學研究[J].吉林省教育學院學報，2022，38（02）：117-121.

[5]肖晨.探究、整合、實踐：基于STEM教育的初中物理概念教學探索[J].物理教師，2021，42（12）：44-45+49.