基于STEM教育的课程开发与实践研究

居玲玲

目前，STEM教育已经在广泛应用于世界各国的教育之中，高中物理是一门重要的理工类学科，在高中物理教学中进行基于STEM教育的课程开发与实践，可以帮助学生更深入地理解高中物理知识在科学、工程、数学和技术领域中的重要作用，加强学生理论和实践的结合，提高学生的物理知识应用能力.

一、STEM教育理论

STEM教育即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科的总称，以培养学生学科素养为教学目的，强调学生的主动性和创造性.通过STEM教育，可以增强学生的跨学科问题探究能力，运用多种学科理论进行生活中各种现象的探究和解释，增强学生的自主学习能力和思维创新能力.

随着新课程改革的推进，培养学生核心素养成了我国教育的主要目的，STEM教育也随之兴起，进入了中学教育的视野，目前STEM教育在我国刚刚发展起来，各方面还有待完善，因此，基于STEM教育的课程开发与实践研究具有实际的价值和意义.

二、课程开发与实践——“自制拱桥”

高中物理知识比较抽象，学生很难将物理理论知识和实际的工程技术联系起来，对物理在实际生活中的应用没有深入地探究，缺乏理论联系实际的能力.因此，基于STEM教育的课程开发与实践研究，以高中学生为对象，通过选取学生熟悉的具体项目——“自制拱桥”，引导学生进行设计和操作，将抽象的物理知识融于实际的实践课程中，不仅能提高学生对物理知识的理解，同时也能提高学生的跨学科研究能力.

1.方案设计.拱桥是生活中常见的桥梁，茅以升曾在“中国石拱桥”中运用科学的数据对拱桥的结构、受力、功能、外观等方面进行论述，通过“自制拱桥”活动课程，可以将科学、技术、工程、数学等知识融于一体，让学生在设计和制作中领悟其中的知识，达到学以致用、知行合一的目的.“自制拱桥”中所涉及的STEM教育内容如下：

教师根据“拱桥”的要求，引导学生分组进行合作探究，学生进行分工合作，对活动中需要的知识和数据进行查询和计算，这样既能促进学生的积极性，提高学生的合作探究能力，也能让学生在“做”中学，通过方案的设立理解拱桥中蕴含的丰富知识，培养学生的学科素养.

2.课程实践.“赵州桥”和“卢沟桥”是中国石拱桥的代表，经历岁月的洗礼而依旧发挥着桥梁的作用，体现了我国古代人们的智慧，展现了中华民族的匠人精神.那么，拱桥中蕴涵着哪些理论知识呢？

拱桥原理：拱桥一般是由具有一定弧度的石塊组成，这样的结构将桥面的压力和石块的重力转化为轴向压力，由于石头的形变很小，因此拱桥能够承受很大的压力，并保持桥面平整.如右图所示，当拱桥受到压力的时候，可以通过组成拱桥的石块将拱桥的压力转化为轴向压力并传导到地面，因此拱桥并不怕压.

拱桥制作：学生在设计好的图纸上，根据拱桥的弧度进行材料的选取，并完成拱桥制作，然后对拱桥进行承压测试，分别将质量不同的物体放到拱桥上，来测试拱桥的形变，验证弧度、跨度和拱桥承压能力之间的关系，从而得出各种实际的数据.

思维拓展：按照拱轴线的型式拱桥可分为抛物线拱桥、圆弧拱桥和悬链线拱桥三个大类，根据所学的知识，探讨一下抛物线拱桥、圆弧拱桥、悬链线拱桥的优缺点和适用范围.

本文主要以“自制拱桥”为例进行高中物理STEM教育的课程开发和实践，将有关科学、技术、数学、工程的知识进行整合，提高学生的知识综合运用能力.STEM教育以高中物理知识为依托，从生活中进行材料的选择，引导学生进行小组合作学习，既能充分发挥学生的主动性，提高学生的设计能力和操作能力，同时也促进了学生的探究能力，培养学生的思维能力和创新意识.STEM教育由于具有很强的跨学科、综合性等特点，对教师的专业能力和跨学科能力有一定的要求，高中物理教师也应该多进行学习和交流，不断提升综合素质，为学生进行精彩课堂的呈现，有效提高教学效率.