試論物理教學滲透STEM教育模式的途徑

李榮升

摘要：STEM教育模式創(chuàng)造性地將科學、技術(shù)、工程、數(shù)學領(lǐng)域的內(nèi)容與學科教學相結(jié)合，扭轉(zhuǎn)了課堂教學中學生被動學習知識的局面，鼓勵學生在極具綜合性的問題中主動探索未知。教師應在初中物理教學中挖掘教材內(nèi)容、創(chuàng)設問題情境、引入游戲教學、創(chuàng)新實驗教學、推動課后服務、融合多科知識、聯(lián)系實際生活，從而在知識講解、自主探索、寓教于樂、動手操作、專題活動、學科整合、知識應用中合理滲透STEM教育模式，以有效提升學生的學習主動性與實踐操作能力。

關(guān)鍵詞：物理教學；STEM教育模式；教材；問題；游戲；實驗；課外服務

中圖分類號：G633.7文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2024）16-0061-04

STEM代表科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）四門學科，其中科學在于認識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律，技術(shù)和工程是在尊重自然規(guī)律的基礎上改造世界、實現(xiàn)與自然界的和諧共處、解決社會發(fā)展過程中遇到的難題，數(shù)學則是技術(shù)與工程學科的基礎工具[1]。初中物理教學滲透STEM教育模式，能夠有效改善以往課堂氣氛沉悶、學生動手機會匱乏的狀況，為學生提供主動探究的機會。本文立足課堂教學探討STEM教育模式在初中物理課堂上的滲透方法。

一、挖掘教材內(nèi)容，在知識講解中滲透STEM教育模式

物理與科學、技術(shù)、工程、數(shù)學四門學科的聯(lián)系原本就很緊密，許多理論知識都與STEM教育的內(nèi)容有關(guān)聯(lián)，均可作為在課堂教學中滲透STEM教育的契機[2]。教師應提前對比分析教材內(nèi)容，挖掘知識點背后的STEM元素，在教學過程中加入相應的環(huán)節(jié)，幫助學生提升綜合素養(yǎng)。初中物理教材與學生的現(xiàn)實生活關(guān)系密切，因此教師在設計教學方案時，應引導學生通過對物理知識進行應用，構(gòu)建全新的課堂。教師還應以教材內(nèi)容為參考，構(gòu)建互動性強、整合多元資源的課堂，提升學生的各項能力，培養(yǎng)學生的探究意識，讓STEM教育理念在初中物理教學中發(fā)揮更大的作用。

在教學中，教師應圍繞STEM教育所提出的教學要求優(yōu)化教學模式，以教材為參考，以學生為主體，實現(xiàn)物理知識的高效傳輸。例如，在“聲音的產(chǎn)生與傳播”一課的教學中，本課的教學重點是將聲音是什么、如何產(chǎn)生與傳播等基礎內(nèi)容介紹給學生，使學生對“聲”這種生活中隨處可見的事物產(chǎn)生新的理解，教師可深度挖掘教材中知識點在實際生活中的應用意義，引導學生在理解知識的過程中提升相關(guān)素養(yǎng)。教師可以教材為出發(fā)點，引導學生對教材提及的“聲現(xiàn)象”進行深入探究，以此激活學生的思維。在課堂上，教師可借助實物展開知識講解，讓學生觀察聲音是否能夠在固體、液體以及真空中傳播，驗證教材中的知識點。隨后，教師可鼓勵學生模仿教材的生活實驗，設計并制作“土電話”，完成自主探究。在此過程中，學生需要考慮到“土電話”的原理，判斷生活中聲音傳播的條件，并對“土電話”的具體參數(shù)進行設置，按照設計好的圖紙進行制作。這樣，學生在學習物理知識的同時可以體驗工程設計與制作的基本步驟，能夠有效積累相關(guān)經(jīng)驗。

二、創(chuàng)設問題情境，在自主探索中滲透STEM教育模式

物理是一門兼具抽象性與現(xiàn)實性的課程，學生在物理學習的初始階段，往往會被物理學科展現(xiàn)的奇妙生活現(xiàn)象所吸引，表現(xiàn)出較高的學習熱情。但隨著學習的推進，學習難度逐步加大，學生便容易喪失興趣。教師可利用創(chuàng)設問題情境的方式將抽象的物理問題具象化，這也是滲透STEM教育的良好契機。問題是引導學生進行探究的有效資源，學生在問題中將物理現(xiàn)象與物理知識聯(lián)系起來，能更高效地進行物理學習。教師應以問題創(chuàng)設情境，引導學生在探究物理知識的同時進行有效學習，讓STEM教育與物理教學活動深度融合。

例如，在“光的色散”的教學中，教師可結(jié)合學生熟悉的情境提出問題，組織學生進行交流互動，以STEM教育的形式拓寬學生的學習思路，使學生在靈感碰撞中加深對知識的印象，發(fā)展物理思維。為了幫助學生理解，教師可利用生活材料創(chuàng)設情境，要求學生觀察太陽光照射玻璃杯的邊緣時，墻面上的光出現(xiàn)了什么現(xiàn)象，并提出問題：墻上的光有幾種顏色？隨后，教師可展示標準陽光透過一個標準的三棱鏡與兩個標準的三棱鏡的現(xiàn)象，提出問題：陽光透過三棱鏡與透過玻璃杯邊緣后發(fā)生的變化有什么異同點？原因是什么？通過適當?shù)挠^察，學生大概了解了光的色散現(xiàn)象，這時教師可讓學生拿兩個標準的三棱鏡自行調(diào)整角度并測量，找到色散結(jié)果與三棱鏡間角度的聯(lián)系。配合實驗現(xiàn)象，教師再引導學生根據(jù)實驗現(xiàn)象總結(jié)物理規(guī)律，讓學生在學習的過程中進行高效探究。教師以“創(chuàng)造實驗、實驗探究、實驗應用”的多元過程為參考，在實施教學活動的同時，要求學生獨立整合物理知識，能有效提升學生的物理學習能力。在觀察、測量、計算與總結(jié)的過程中，學生不僅對光的色散現(xiàn)象進行了更多觀察，還模擬科學工程的方式進行了有效探究。

三、引入游戲教學，在寓教于樂中滲透STEM教育模式

新課程改革提倡教師引領(lǐng)學生“快樂學習”，盡量做到寓教于樂，這就要求教師不僅要想辦法完成教學目標，還要適當?shù)厝谌胗螒虻热の对兀瑸閷W生創(chuàng)設輕松愉悅的學習環(huán)境。與常規(guī)教學模式相比，STEM教育在教學資源與教學流程上的選擇空間較大，在其中融合趣味元素的難度并不高[3]。教師在滲透STEM教育時引入游戲環(huán)節(jié)，能夠吸引學生在游戲中了解物理知識、發(fā)現(xiàn)物理問題、展開物理探究，完整地體驗STEM學習流程。

例如，在“平面鏡成像”的教學中，教師可設計富有趣味的游戲環(huán)節(jié)，將游戲教學與STEM教育相結(jié)合，引導學生在充滿樂趣的課堂氛圍中自主探索，驗證物理知識，繼而進行相應的思維訓練。在課堂上，教師可向每個小組分發(fā)“玩具”———玻璃鏡，讓學生觀察其中的圖形，并總結(jié)記錄圖形的種類與規(guī)律。在游戲活動中，教師可為學生準備人偶、正多面體、玩具等多元化資源，并對學生提出物理探究問題：平面鏡所呈現(xiàn)出的物象有著怎樣的特點？在進行互動的過程中，教師可要求學生借由觀察、實踐的過程來整合應用物理知識，通過真實的物體與物象之間的比對匯總物理知識。然后，教師可選擇簡單的幾何體作為對象，讓兩名學生組成互動小組，一名學生負責選擇幾何體，利用平面鏡構(gòu)成物象，另一名學生則根據(jù)小組成員所選擇的幾何體展開抽象思考，探索平面鏡成像的特點，分析平面鏡成像的要素、基本特征，以此來推進有效互動。教師還可以“設計平面鏡成像圖案”為項目主題，要求學生結(jié)合“平面鏡成像”的原理，盡可能多地組合基礎圖形，完成圖紙設計。

四、創(chuàng)新實驗教學，在動手操作中滲透STEM教育模式

在“做”中“學”是STEM教育的基礎要求，“做”指的是實際的動手操作，而不是在理論層面學習STEM項目的理論。在初中物理教學中，教師利用實驗教學的契機引出“做”，能夠有效滲透STEM教育。在實現(xiàn)“做”的過程中，學生只有親自進行動手操作，才能將圖紙上的工程設計真正轉(zhuǎn)化成實物，才能真正實現(xiàn)STEM教育[4]。同時，教師也要注意，在引導學生動手操作時，應選取可行性較高的實驗內(nèi)容，確保學生順利完成項目設計與操作，既要合理控制成本，保障實驗安全，也要盡可能多地啟發(fā)學生，使學生在標準的操作與精確的測量中積累STEM學習經(jīng)驗。

例如，在“滑輪”的教學中，教師可利用實驗操作講解“滑輪”這種簡單機械的原理，在STEM教育中鼓勵學生發(fā)揮想象力，引導學生在動手操作的過程中提高綜合能力。學生在學習“滑輪”相關(guān)的知識時，既要掌握力學分析的方法，也要理解滑輪的特殊之處，明白動、定滑輪的異同點，才能靈活地使用滑輪解決實際問題。在實驗教學中，物理教師可將滑輪、繩索、物塊等材料分發(fā)給各組學生，要求學生在草稿紙上繪制出滑輪的布置方案，計算各個部分之間的距離，進行力學分析，模擬生活中“運送重物”的場景，以動手操作的方式驗證方案。教師可以為學生準備測力計、定滑輪、竹竿、重量為2千克的秤砣等實驗資源，引導學生開展物理實驗：將定滑輪安裝在竹竿上，利用細繩分別牽引測力計、秤砣，在拉動測力計的同時，記錄拉動秤砣所需要使用的力，并思考在本實驗裝置中，力的方向、大小發(fā)生了哪些變化，讓學生在觀察實驗過程的同時展開思考，逐步提升學生的物理學習效率。

五、推動課后服務，在專題活動中滲透STEM教育模式

STEM教育理念重視科學化、開放化教學模式的開發(fā)，在教學課堂上，教師不僅要引導學生積極搜集物理知識，而且要培養(yǎng)學生“學以致用”的學習能力，讓學生從現(xiàn)實生活入手對物理知識展開自主探究，構(gòu)建互動交流、自由探索的課堂，提升學生的物理學習效率，使學生主動學習物理知識。建立完善的課后服務體系，引導學生應用、整合物理知識，可以構(gòu)建更為高效的STEM教育課堂。教師可嘗試配合STEM教育理念開發(fā)課后服務活動：將學生在課堂上所掌握的物理知識應用到相應環(huán)境中，要求學生在不同的情境中展開實踐探究，提升學生的物理學習效率[5]。

例如，在“杠桿”的教學中，教師可提出問題：阿基米德曾經(jīng)說“給我一個支點，我能夠撬起整個地球”，這個觀點是否具有科學性？然后引導學生進行課外實踐活動：提供長度為1m的杠桿、支點與重量為500g的鉛塊，在杠桿的20cm、50cm和70cm處分別設計支點，讓學生嘗試抬起鉛塊，并對所使用的力量的變化情況進行記錄。學生發(fā)現(xiàn)：支點距離自己越遠，所需要的力量越小；支點距離自己越近，所需要的力量越大。當學生在實驗現(xiàn)象中吸取了經(jīng)驗之后，教師可開展新一輪的互動活動：對支點的位置進行記錄，測量杠桿之間的距離。在STEM教育理念的帶動下開發(fā)課后服務內(nèi)容，要將學生在課堂上所掌握的物理知識帶入到相應環(huán)境中，幫助學生積極拓寬學習范圍。本實驗中，學生通過自主研究滑輪裝置的方案，以及動手操作驗證方案的效果，完整地參與了一次STEM項目學習，在物理學習中積累了工科素養(yǎng)，對現(xiàn)實生活中工程項目產(chǎn)生更多了解。這樣，初中物理的實驗教學在STEM教育的影響下走向了多元化，不僅充分結(jié)合了生活內(nèi)容，還融合了數(shù)學等學科的教育內(nèi)容[6]。

六、融合多科知識，在學科整合中滲透STEM教育模式

在傳統(tǒng)的初中物理教學中，教師會讓學生按照教材或自己給出的學習步驟進行學習，這不利于活躍學生的學習思維。因此，在STEM教育理念的支持下，教師要積極尋找跨學科整合方法，為學生的思維發(fā)展提供更多可能，助力學生知識遷移與應用能力的發(fā)展[7]。

例如，在進行“滑輪”一課中的“研究定滑輪和動滑輪的特點”實驗時，教師可在實驗開始前鼓勵學生以小組為單位，根據(jù)教材理論知識和自身實驗經(jīng)驗，自主進行實驗步驟的梳理。學生得出如下實驗步驟：確定實驗所需器材，包括鐵架臺、長線、滑輪、鉤碼和測力計；對定滑輪進行研究，根據(jù)左側(cè)鉤碼和右側(cè)鉤碼數(shù)量的不同觀察定滑輪的狀態(tài)；對動滑輪進行研究，記錄“直接提高重物的力”和“用動滑輪提高重物的力”，由此得出動滑輪的作用。在完成實驗步驟的梳理后，教師可以鼓勵學生自主開展實驗操作，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的變化和定滑輪、動滑輪的不同狀態(tài)，得出：定滑輪不可以改變力的大小，但是可以改變力的方向；動滑輪不能改變力的方向，但是能改變力的大小，能省力。在此過程中，學生對實驗數(shù)據(jù)做到準確分析，便實現(xiàn)了數(shù)學與物理知識的融合，實現(xiàn)了學科整合下STEM教育的滲透。在教學結(jié)束后，教師還可以鼓勵學生綜合運用多學科知識進行綜合物理實驗的設計，為學生更好地應用數(shù)學、科學、工程等知識提供有效途徑，實現(xiàn)STEM教育理念下學生的可持續(xù)發(fā)展。

七、聯(lián)系實際生活，在知識應用中滲透STEM教育模式

教育的最終目的是指導學生的生活，這與STEM教育理念中關(guān)注學生的親身體驗存在一定的相同之處，所以在將STEM教育理念應用于初中物理教學時，教師可以將教學與學生的實際生活相連接，從學生熟悉的生活物品、生活現(xiàn)象等出發(fā)，引導學生在具體學習任務的指引下，展開求證活動，做好相關(guān)數(shù)據(jù)的搜集與梳理以及任務成果的展示，由此實現(xiàn)STEM教育理念下學生知識應用能力的發(fā)展[8]。

例如，在“壓強”的教學中，教師可借助生活中常見的木條讓學生制作一個小板凳，用具體的實踐找到物理知識與學生實際生活之間的聯(lián)系，落實STEM教育理念下的技術(shù)要求。考慮到初中階段學生的生活經(jīng)驗和動手能力有限，教師也可以鼓勵學生對生活中常見的板凳進行觀察、對比，與其他學生討論得出小板凳的制作方案。在完成小板凳的制作后，教師可以鼓勵學生進行測試，即測試小板凳能夠承受多大的壓力。具體來說，學生可以先確定參與壓力測試的道具，包括礦泉水、書本等，并借助體重秤等工具測量各自的重量，并做好數(shù)據(jù)記錄。在具體的測試過程中，學生要按照從輕到重的順序進行，測試得出小板凳能夠承受的最大壓力。在完成小板凳壓力的測試后，教師還可以鼓勵學生之間進行討論與評價，思考哪一類型的小板凳能夠承受的壓力更大，實用性更強，得出“有四個角的凳子可以承擔最大的壓力，圓柱形的凳子也可承受更大的壓力”。在討論結(jié)束之后，學生之間還可以展開相互評價，主要評價在小板凳制作和壓力測試過程中對數(shù)學知識、科學知識、工程知識等的應用情況。在所有的制作和測試結(jié)束后，教師還可以鼓勵學生將制作完成的小板凳擺放在教室的展示區(qū)，鼓勵學生進行對整個實踐方案進行梳理，并在班級范圍內(nèi)進行分享，以鞏固學生的課堂所學，提高學生的知識應用與遷移能力，實現(xiàn)STEM教育理念下學生的全面發(fā)展。

八、結(jié)語

綜上所述，STEM教育模式的滲透為初中物理教學的創(chuàng)新發(fā)展注入了活力，教師在滲透STEM教育時應充分尊重學生的主觀意愿，找準物理學科與STEM教育活動的結(jié)合點，鼓勵學生在課堂學習中主動探索，為學生留出足夠的發(fā)展空間。教師還應合理導入生活元素，盡量提供多元的學習素材，為學生綜合能力的提升創(chuàng)造條件。

參考文獻：

[1]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）：5.

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[7]馮書俠.城郊初中STEM課程建設的路徑探微[J].江蘇教育，2021（36）：3.

[8]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.

Discuss on the Ways of Infiltrating STEM Education Model into Physics Teaching

Li Rongsheng

（Nanhu Middle School， Zhuanglang County， Pingliang City， Gansu Province， Pingliang 744600， China）

Abstract： The STEM education model creatively combines content from the fields of science， technology， engineering， and mathematics with subject teaching， reversing the passive learning of knowledge in classroom teaching and encouraging students to actively explore the unknown in highly comprehensive problems. Teachers should explore the content of textbooks， create problem scenarios， introduce game teaching， innovate experimental teaching， and promote after class services， integrate multidisciplinary knowledge， and link it to real-life situations in junior middle school physics teaching， so as to reasonably integrate the STEM education model into knowledge explanation， independent exploration， entertainment， hands-on operation， thematic activities， discipline integration， and knowledge application， in order to effectively enhance students learning initiative and practical operation ability.

Key words： physicsteaching；STEMeducation model； textbooks；problem；games；experiment；extracurricular services