STEM教育理念下物理科技制作的研究

余秀玉

摘要：物理是以实验为基础的自然学科，注重知识体系的建构;STEM教育旨在融合个学科自然知识去解决实际问题，从而提升学生综合素养和综合能力。本文从在中午物理学科中以科技制作作为抓手实施STEM教育的必要性、利用物理科技制作推进STEM教育的优势、以及物理科技制作的教学安排和实践效果等进行观点的阐述。

关键词：STEM教育;物理教育;科技制作

STEM是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写，其中科学在于认识世界、解释自然的客观规律;技术和工程这是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题;数学则作为技术和工程学科的基础工具。

物理是一门以观察和实验为基础的自然学科，旨在探究万物之理。新课程标准下，物理教学，不再是简单的知识验证或者证伪，而是注重知识的建构过程。即从实际生活中常见现象中发且提出问题，做出合理的猜想，继而进行科学探究，建构知识体系，最终运用所学知识解决生活中实际问题，甚至能设计制作出具有一定实用意义的器物。

一、在中学物理学科中以科技制作为抓手实施STEM教育的必要性

（一）STEM教育是时代需要，更是强国的基础。

放眼国际社会，了解STEM教育的发展和地位。2006年美国总统布什在《美国竞争力计划》中提出：知识经济时代教育目标之一是培养具有STEM素养的人才，并称其为全国竞争力的关键。2011年奥巴马总统在《美国创新战略》中指出，美国未来的经济增长和国际竞争力取决于其创新能力。“创新教育运动”就是加强STEM教育。2016年我国教育部出台《教育信息化“十三五”规划》中明确指出利用有效信息技术推进“众创空间”建设，探索STEM教育……

由此可见STEM教育是教育的趋势，能否培养一批具有STEM素养的理工科高素质人才是提升国家竞争力的关键。而作为基础教育阶段中STEM教育更是确定领导地位的保障。

（二）STEM教育理念与物理学科培养目标高度一致。

STEM教育的目标培养能应用跨学科知识和技能配合工程思维去创新发明，解决生活实际问题的创新型人才。STEM教育偏向于理工科，与物理学科培养目标不谋而合。新课程标准下，学生的学习过程经历着问题的提出、探究方案的设计、实验探究、科技创新，体验着科学探究的艰辛和兴奋。其中既有建构科学知识，又有技术的运用，也有工程和数学的创新和实践。放眼物理史，不乏STEM教育的践行大师。爱迪生发明电灯，对灯丝的寻找到最终确定;莱特兄弟秉着飞翔的愿望从践行仿生学制作出第一部飞机。这些科学家从发现到发明的过程就是完美的STEM。实施物理科技制作就是STEM教育的践行。

二、利用物理科技制作，推进STEM教育的优势

（一）物理科技制作，能引起学生探知自然规律的欲望。

孔老夫子说：学而时习之，不亦说乎。文字解说是：学习了之后又时不时的复习，不是很高兴吗？说实在，学习之后时不时的复习，这个行为过程中，找不出高兴的地方。其实孔老夫子的意思是：你学了新知识，能在合适的时候用到它，不是很高兴吗？这也符合教育学原理：如果你能经常使用一些知识，你就会越来越喜欢这些知识。通过简单刻板的文字练习去复习知识，必定会心生厌倦。物理科技制作，让知识变成了实实在在的物品，学生体验了一把设计师、工艺师的瘾。在作品展示时学生们都非常的骄傲和积极，可见制作给学生带来了发自内心的喜悦，从而激发了探知自然规律的欲望。

（二）科技制作，加强了学科融合，能全面提升STEM素养。

科技作品的诞生，其功能的实现，不仅仅归功于物理知识，还需要有工程技术的支持，数学的协助，以及其他学科的融合。这简直就是stem教育理念的完美体现。比如制作小型飞空火箭，借用泡腾片与水产生的气体压力，再利用力的相互作用让火箭腾空。泡腾片与水的比例决定产气量，就涉及化学科中饱和度的知识。不仅仅如此，一个作品从结构的合理性，比例的协调性、美观度还需要学生具有工程技术，数学能力以及绘画能力。一个作品的完成，预示着一次综合能力的磨练与提升。

（三）科技制作，促进小组合作学习的开展，让學生真正成为课堂的主人。

传统教学中，几乎学生都是被动的接受知识，课堂只是教师滔滔不绝的个人表演，学生的嘴巴被关上了，手脚给束缚了，思维也被定格了。学生在课堂上没有参与权，主动性不高，学习效率通常比较低下。而科技制作中，都是以小组为单位，为了共同的目标，进行合作学习，交流设计，互相协助进行产品的制作、修改以及展示。在小组里每个人都有明确的分工，每个人都有权利有义务出谋献策，他们就是整个课堂的主人。

三、物理教学过程中实施科技制作的教学安排和实践效果

笔者在2018学年物理八/九年级教学过程中实施了科技制作。对象是来自增城中学八/九年级的在校学生共620人。

（一）科技制作学期安排表

（二）经过一个学期的试验，在学期末利用问卷调查和访谈的

方法分析学生对科技制作实施的接受程度，结果如下：

由问卷和访谈的结果分析中可以看出，学生普遍对物理教学中实施的科技制作很感兴趣。尤其对体验和展示自己作品兴趣浓厚，这与中学生喜爱分享、喜欢表现自我能力有很大的关系。科技制作中充分发挥了学生自主性，让学习过程变得生动有趣，多数作品都可以带到实际生活中使用，更增加了他们的成就感，因此学生也对物理系统知识的学习产生更加浓厚的兴趣。

四、总结

从上述数据与笔者上课过程中的观察，笔者认为物理教学中实施科技制作，使知识运用到实际生活，体现了知识改造生活服务生活的作用。学科之间的融合要求并提高了学生综合能力。小组合作的形式完全体现了学生本位的理念，激发了学生的参与热情和自主性，进而带动了学生深入学习课堂知识热情，激发学生探索物理真知的欲望。整个物理科技制作过程体现了STEM教育理念和培养方向，很好的提升了中学生STEM素养。

参考文献：

[1]  中华人民共和国教育部制定，《义务教育物理课程标准》，北京：北京师范大学出版社，2011。

[2]  彭前程，杜敏，《物理八年级上册》，北京：人民教育出版社，2012。

[3]  彭前程，杜敏，《物理八年级下册》，北京：人民教育出版社，2012。

[4]  彭前程，杜敏，《物理九年级全一册》，北京：人民教育出版社，2012。

[5]  何亚军，《由“物理教师实验技能大赛”引发的一点思考》，《物理教学探讨》，2018·2，第36年卷

[6]  郭育会，《实现物理教学的生活化》，《物理教学探讨》，2014·5（S），第32年卷

[7]  余雪妹，《《生活中的物理》选修课程的实践与思考》，《物理教学探讨》，2014·6（S），第32年卷

（作者单位：广州市增城区增城中学）