刍议基于STEM教育的高中物理教学

2020-01-07周波

科学咨询 2020年2期

周波

(重庆市长寿中学校重庆长寿 401220)

STEM教育注重科学与工程思维，学生在实际问题中运用物理知识解决实际问题，是我们需要关注的。国家经济转型和跨越式发展在现代属于关键时期，STEM教育的出现能够培养更多高素质、高技能型人才，普通高中应该进行实践研究，探索出能够培养国家需要的课程方案。

一、基于STEM教育的高中物理教学特征

在STEM教育理念中，高中物理教学是让学生学习物理科学知识，并打破传统物理教学的思维教育，把物理学科融入工程、数学等学科中，并有效结合应用，给学生带来体验的同时，锻炼学生工程思维、创新意识。基于STEM教育的高中物理教学有以下特征：

(一)融合性

传统物理教学是将物理学科独立，无法融入其他学科中，导致物理教学和其他学科产生了隔离，学生无法综合运用其他学科知识。STEM教育理念的引入，能够有效提升物理教学综合性，打破单一学科的教学模式。教师也可以综合生活化案例、网络教学资源等，为学生提供全面、具有实践性的教学课堂。将STEM教育融入各个学科中建立起STEM物理教学与各个学科的联系，提高学生对综合知识的掌握能力[1]。例如，在研究竖直平面内的圆周运动脱轨问题时，按照一般的教学方法，学生理解困难，且不具实践体验性。教师可以以此问题为主题，设计一堂基于STEM教育的物理课堂：以3D打印设计为基础，设计一个竖直平面的轨道让学生进行实践探索。引导学生思考如何能够展示物体脱轨的位置。例如，物体沾墨水记录下运动轨迹；引导学生思考探究结果与理论计算结果为何有所差别；轨道不固定、轨道不光滑需要进行抛光处理，沾墨水会带来阻力等。这个案例在3D打印设计和打印中体现了建模和打印的实际操作，轨迹的记录体现了技术和方法，轨道的抛光处理体现了工程思维，推理过程体现了数学逻辑知识。通过一个研究主题，融合多学科可以培养学生工程思维、发现问题解决问题的能力。

(二)合作性

随着STEM教育的引入，教师的身份和教学理念应加以转变，应以学生为主体，教师为主导，基于项目合作展开课堂。改变了教师原来的教学方法，增进了学生教师间的交流，加强了学生之间的合作意识，靠师生共同合作，努力完成教学目标。例如，学生做探究性物理实验，需要小组合作进行。根据实验原理设计实验方案、选择实验器材。然后，小组交流讨论确定最优方案。确定方案后，合作进行实验探究，才能顺利完成实验。

(三)情境性

STEM教育涉及科学、工程、技术和数学，需要动手实践达到教学目标，在教学中呈现真实的教学情境教学任务，让学生能够发现真实存在的问题，并着手解决问题。情境性是STEM理念应用下，高中物理教学最明显的特征，主要体现在可以模拟实际生活中的案例，或者通过实验教学，让学生体验物理教学的内涵，学生自主分析和解决问题都要从实际的物理场景展开探索，可以提高学生的知识水平和运用知识的能力。例如，学习摩擦力和匀变速运动时，可以设计探究汽车超速问题。在某一路况发生车祸存在刹车痕迹，需要确定汽车是否超速，这就是真实情景问题。然后，居于真实问题设计探究方案进行实地考察研究。

二、基于STEM教育的高中物理教学新探

现代高中物理教学存在许多不足之处，传统物理教学中内容与方式单一，学生自身被动接受理论知识，高中物理教学与现实生活存在一定的差距，对学生身体健康有影响，不利于学生未来的发展。STEM教育理念的引入是正确的选择，改变了物理教学的现状，可从以下几种措施看出教学理念未来的发展观：

(一)明确教学目标

STEM教育理念的引入让物理教学从单一的课本内容教学转化为对物理规律的探究，以实验探究为活动，并体现工程设计、数学应用、技术操作，完成教学目标。这里的目标指：知识目标、动手能力、处理数据能力、分析总结能力、分析注意事项能力、创新能力。

(二)虚拟仿真软件合理运用

高中物理探究实验很多，但是受学校器材引进不齐的影响及实验环境的影响，很多实验不能在高中阶段进行。例如，探究相遇追击问题，受环境的限制，以及实验器材的限制，不能真实进行实验；又如，天体运动的研究也是不能做真实的实验研究的；带电粒子在匀强电场或匀强磁场中的运动，现实中很难保证匀强电场和磁场，粒子运动轨迹观察不清晰等。对这些不能在真实情景中做的实验，我们可以利用虚拟仿真软件进行设计实验，在理想状态下测量数据、观察现象。可以教师设计实验，也可以学生学习后自我设计实验探究。设计的过程可以锻炼学生逻辑思维、软件应用能力、问题的设计和处理能力，体验现实和理想状态的区别。