基于STEM教育理念的中學(xué)物理課程內(nèi)容整合

摘" "要：STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）是一種綜合性的教育理念，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題能力。物理學(xué)作為STEM教育的重要組成部分，其課程內(nèi)容的整合與設(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力具有重要意義。文章探討基于STEM教育理念的中學(xué)物理課程內(nèi)容的整合，為STEM教育理念的落實(shí)提供有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：STEM；教育理念；中學(xué)物理；課程內(nèi)容整合

STEM教育將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)融合在一起，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問題的能力。STEM教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、合作精神和解決問題的能力，以應(yīng)對(duì)未來社會(huì)的挑戰(zhàn)。

中學(xué)物理課程是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的重要途徑之一。它旨在幫助學(xué)生理解自然界的物理現(xiàn)象和規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)技能。STEM教育的興起和發(fā)展對(duì)中學(xué)物理課程的教學(xué)方式和內(nèi)容提出了新的要求[ 1-4 ]。傳統(tǒng)的物理課程注重知識(shí)的傳授和理論的學(xué)習(xí)，而基于STEM教育理念的物理課程更加注重學(xué)生的實(shí)踐和應(yīng)用能力的培養(yǎng)，有助于落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1" 基于STEM教育理念的中學(xué)物理課程內(nèi)容整合模型建構(gòu)

1.1" 基于STEM教育理念的課程內(nèi)容整合模型

基于STEM理念的教育模型研究有金王東（Wang-dong King）的藝術(shù)與科學(xué)技術(shù)相輔模型[ 5 ]、格雷特·亞克門（G.Yakman）和金真秀（Jinsoo Kim）的教育金字塔模型[ 6 ]、金真秀（Jinsoo Kim）的綜合模型和立方模型[ 7 ]、金成元（Seongwon Kim）等人的Ewha-STEAM模型[ 8 ]等。這些模型都以STEAM教育理念的整體性為基礎(chǔ)而建構(gòu)，以發(fā)展性、擴(kuò)展性、延伸性為建構(gòu)目標(biāo)，主要側(cè)重在STEAM課程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。

申在韓（Jae-Han Shin）基于前人的研究，提出了依據(jù)融合方法、融合要素、融合思路的課程設(shè)計(jì)方法[ 9 ]，依據(jù)融合方法、融合要素和融合思路的課程設(shè)計(jì)類型都適用于不同認(rèn)知發(fā)展階段的學(xué)生，選擇課程設(shè)計(jì)類型時(shí)要考慮學(xué)生的思維發(fā)展階段。本研究以初中物理課程內(nèi)容為研究對(duì)象，考慮到學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平尚處于低發(fā)展階段，選擇依據(jù)融合要素課程設(shè)計(jì)方法（表1）的局部型設(shè)計(jì)方法，將嵌套兩個(gè)局部型設(shè)計(jì)方法，命名為局部嵌套模型（圖1）。局部嵌套模型以科學(xué)（S）要素為中心，融合與科學(xué)相關(guān)的數(shù)學(xué)（M）、技術(shù)（T）、工程（E）要素；在科學(xué)要素內(nèi)以物理課程為中心，基于化學(xué)、生物、地理等三門課程與物理學(xué)的相關(guān)性整合課程內(nèi)容，是嵌套在大的局部模型中的子模型。數(shù)學(xué)要素為義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程內(nèi)容中與物理課程內(nèi)容相關(guān)的內(nèi)容，技術(shù)要素為義務(wù)教育信息技術(shù)課程內(nèi)容中能夠運(yùn)用于物理課程的內(nèi)容，工程要素以初中物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主。局部嵌套模型在STEM 教育理念的體現(xiàn)上根據(jù)不同的側(cè)重點(diǎn)歸納四種類型，分別為：側(cè)重科學(xué)和數(shù)學(xué)，科學(xué)和技術(shù)，科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)。技術(shù)和工程的呈現(xiàn)都以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，為了體現(xiàn)兩者的共性特征用虛線連接。

基于STEM教育理念的中學(xué)物理課程整合內(nèi)容包括物理知識(shí)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)模型等。通過將這些內(nèi)容進(jìn)行整合，可以幫助學(xué)生理解物理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用和解決實(shí)際問題的能力。

基于STEM教育理念的中學(xué)物理課程整合可以采用以下策略：首先，將物理知識(shí)與其他科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行整合，幫助學(xué)生理解物理知識(shí)的綜合應(yīng)用。其次，通過實(shí)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)等實(shí)踐活動(dòng)，提供學(xué)生解決實(shí)際問題的機(jī)會(huì)。最后，引入數(shù)學(xué)模型，幫助學(xué)生理解物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述和分析方法。

1.2" 物理學(xué)科為中心的局部嵌套模型設(shè)計(jì)

局部嵌套模型中科學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)采用申在韓（Jae-Han Shin）的概念中心型設(shè)計(jì)方法（圖2），此融合方法利用STEM各要素所具有的共同內(nèi)容進(jìn)行課程整合，以達(dá)到深入理解特定概念的目的。基于對(duì)物理、化學(xué)、生物、地理四門課程義務(wù)教育階段的課程標(biāo)準(zhǔn)和人教版教科書的分析，以物理學(xué)科為中心完善了局部嵌套模型內(nèi)科學(xué)（S）要素的設(shè)計(jì)并提出模型（圖3）。此模型以物理課程為中心，運(yùn)用與化學(xué)、生物、地理課程的交叉內(nèi)容進(jìn)行課程整合，圖3中呈現(xiàn)了物理課程與化學(xué)、生物、地理課程交叉內(nèi)容的主題及內(nèi)容。

2" 中學(xué)物理課程整合要素分析

為了進(jìn)行中學(xué)物理課程內(nèi)容的整合，需要先分析相關(guān)課程與物理課程的交叉情況。選擇初中物理以及相關(guān)課程的人教版教材，以物理教材的章為x軸，相關(guān)課程教材的單元為y軸，整理分析各學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的交叉情況。

2.1" 物理課程內(nèi)容與初中化學(xué)交叉情況分析

義務(wù)教育階段化學(xué)課程設(shè)在九年級(jí)，物理課程設(shè)在八、九年級(jí)，因此選擇人教版九年級(jí)物理和化學(xué)教科書分析兩門課程內(nèi)容交叉情況，如圖4所示。圖中的x軸和y軸只列出有交叉內(nèi)容的章名稱，x軸和y軸對(duì)應(yīng)位置上列出的知識(shí)點(diǎn)為兩門課程所共有的知識(shí)點(diǎn)。

2.2" 物理課程內(nèi)容與初中生物交叉情況分析

義務(wù)教育階段生物課程設(shè)在七、八年級(jí)，物理課程設(shè)在八、九年級(jí)，選擇人教版七、八年級(jí)生物教科書和八、九年級(jí)物理教科書分析兩門課程內(nèi)容交叉情況，如圖5所示。

2.3" 物理課程內(nèi)容與初中地理交叉情況分析

義務(wù)教育階段地理課程設(shè)在七、八年級(jí)，物理課程設(shè)在八、九年級(jí)，選擇人教版七、八年級(jí)地理教科書和八、九年級(jí)物理教科書分析兩門課程內(nèi)容交叉情況，如圖6所示。從圖中可知，初中地理與物理課程內(nèi)容的交叉主要在自然地理部分，與物理課程的“能源與可持續(xù)發(fā)展”章節(jié)交叉的內(nèi)容較多。

3" 基于STEM理念的中學(xué)物理課程內(nèi)容整合案例

3.1" 側(cè)重科學(xué)、數(shù)學(xué)的物理課程內(nèi)容整合案例

由STEM理念的物理課程內(nèi)容整合模型可知，側(cè)重科學(xué)、數(shù)學(xué)的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)可選擇整合的學(xué)科分別有物理、生物、地理、化學(xué)、數(shù)學(xué)五門學(xué)科。其中，科學(xué)要素中可以以物理學(xué)科為中心，整合生物、地理、化學(xué)三門學(xué)科。根據(jù)各學(xué)科內(nèi)容交叉情況可設(shè)計(jì)如表2所示的整合案例。

3.2" 側(cè)重科學(xué)、技術(shù)的物理課程內(nèi)容整合案例

由STEM理念的物理課程內(nèi)容整合模型可知，側(cè)重科學(xué)、技術(shù)的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)可選擇整合的學(xué)科分別有物理、生物、地理、化學(xué)、信息技術(shù)五門學(xué)科。其中，在科學(xué)要素中可以以物理學(xué)科為中心，整合生物、地理、化學(xué)三門學(xué)科。根據(jù)各學(xué)科內(nèi)容交叉情況可設(shè)計(jì)如表3和表4所示的整合案例。

3.3" 側(cè)重科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)的物理課程內(nèi)容整合案例

由STEM理念的物理課程內(nèi)容整合模型可知，側(cè)重科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)可選擇整合的學(xué)科分別有物理、生物、地理、化學(xué)、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)六門學(xué)科。其中，在科學(xué)要素中可以以物理學(xué)科為中心，整合生物、地理、化學(xué)三門學(xué)科。根據(jù)各學(xué)科內(nèi)容交叉情況可設(shè)計(jì)如表5和表6所示的整合案例。

3.4" 側(cè)重科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的物理課程內(nèi)容整合案例

由STEM理念的物理課程內(nèi)容整合模型可知，側(cè)重科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)可選擇整合的學(xué)科分別有物理、生物、地理、化學(xué)、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)六門學(xué)科。其中，在科學(xué)要素中可以以物理學(xué)科為中心，整合生物、地理、化學(xué)三門學(xué)科。根據(jù)各學(xué)科內(nèi)容交叉情況可設(shè)計(jì)如表7和表8所示的整合案例。

綜合以上案例可知，物理課程內(nèi)容的整合可以側(cè)重在某些STEM要素進(jìn)行，可根據(jù)物理課程內(nèi)容與STEM要素交叉情況有機(jī)融合各要素，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力和解決問題能力的目標(biāo)。

4" 結(jié)語

基于STEM教育理念的中學(xué)物理課程整合可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)科能力，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。通過跨學(xué)科整合、問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)、實(shí)踐與應(yīng)用導(dǎo)向以及創(chuàng)新與設(shè)計(jì)思維等策略的運(yùn)用，可以有效促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。然而，中學(xué)物理課程內(nèi)容整合還面臨著教師角色轉(zhuǎn)變、教學(xué)資源整合與開發(fā)、學(xué)生評(píng)價(jià)與反饋機(jī)制建立等挑戰(zhàn)。未來的研究需要進(jìn)一步深入探討這些問題，以提供更加有效的教學(xué)策略和方法。此外，還可以研究如何利用新技術(shù)，如虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能，來支持基于STEM教育理念的中學(xué)物理課程整合的實(shí)施和評(píng)估。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 江德如，林欽.STEAM理念下初中物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐與初探[J].中學(xué)理科園地，2021，17（4）：30-31.

［2］ 李金華.基于STEAM教育理念的初中物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐策略[J].中學(xué)理科園地，2024，20（1）：27-29.

［3］ 張濱，阮偉文.STEAM教育理念下的高中物理教學(xué)實(shí)踐研究[J].中學(xué)理科園地，2022，18（4）：4-7.

［4］ 林曉.從STEAM教育到初中物理跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)：以“沖浪紙飛機(jī)”為例[J].中學(xué)理科園地，2023，19（3）：6-9.

［5］ 金王東.創(chuàng)新融合人才的概念框架的建構(gòu)：科學(xué)技術(shù)和藝術(shù)融合的觀點(diǎn)[J].英才與英才教育，2012，11（1）：97-119.

［6］ 金鎮(zhèn)秀.技術(shù)教育新的綜合教育方法STEM教育探索[J].韓國技術(shù)教育學(xué)會(huì)雜志，2007，11（2）：1-29.

［7］ 金鎮(zhèn)秀.教育的立方體模型[J].韓國技術(shù)教育學(xué)會(huì)雜志，2011，11（2）：124-139.

［8］ 金成元，鄭永漢，禹愛子，等.融合人才教育（STEAM）理論模型的建議[J].韓國科學(xué)教育學(xué)會(huì)雜志，2012，32（2）：388-401.

［9］ 申在韓.STEAM融合教育的理論與實(shí)踐[M].首爾：科學(xué)教育社，2013：40-42.