STEM 教育理念在物理实验教学中的应用探索

2020-11-28杨志萍

成才之路 2020年33期

杨志萍

（甘肃省武威市天祝县第二中学，甘肃天祝 733299）

物理是一门以观察、实验为基础的自然学科，具有极强的探索性。而在物理教学中，探究实验是其重要的组成部分。教师应通过有效的初中物理实验教学，激发学生的学习兴趣，帮助学生掌握实验技巧，促进学生思维能力和实践能力的提高。初中物理实验教学的目的恰恰与STEM 教育理念不谋而合。因此，教师要认识到物理实验教学的重要性，还要在此基础上将STEM 教育理念融入到实验教学中，不断提升实验教学的有效性。

一、STEM 教育理念与初中物理实验教学

1.STEM 教育理念解析

STEM 教育理念是素质教育背景下出现的一种新型教育理念。与传统的人才培养理念不同，STEM教育集科学、技术、工程和数学四大学科于一体。其中，S是指科学（Science），T 是指技术（Technology），E是指工程（Engineering），M 则是指数学（Mathematics）。在STEM 教育理念下，教师不仅要向学生传授相关的知识，还要帮助学生形成学科知识的融合和应用能力，发散学生思维，逐渐提升学生的创新能力和逻辑思维能力。

2.STEM 教学理念在初中物理实验教学中的应用价值

物理实验研究旨在加强知识与能力之间的联系，这与STEM 教学理念不谋而合。因此，教师在初中物理实验教学中可充分借助STEM 教学理念引导学生将各个学科的知识融合到物理实验中，发挥物理实验的育人价值。首先，STEM 教学能够将各个学科的知识融合到物理实验中，激发学生的物理学习兴趣，让学生产生探究物理知识的动机。STEM 教学理念的应用，可将课本上的知识点与物理学习进行有效的结合，引导学生在学习中了解课本外的知识，发现物理学习的趣味性，感受知识之间的联系，积极参与到物理实验中。其次，有助于提高学生的实践操作能力。初中物理实验教学的核心就是提高学生的动手操作能力，而STEM 教学理念的应用能使学生积极查找资料，并参与到物理实验每一个环节中，提高学生的实践操作能力。再次，有助于培养学生的自主探究意识。教师在开展物理实验教学时，应紧紧围绕“自主、合作、探究”的原则，引导学生在自主参与的过程中提升物理核心素养。STEM 教学理念的应用，可以将物理实验与学生日常生活进行有效的连接，给学生创设良好的思考和动手情境，让学生将自己的观点和思路与大家分享，拓展学生的视野，提高学生的自主学习能力、创造能力和逻辑思维能力。

二、STEM 教育理念在初中物理实验教学中的具体应用

1.创设问题情境，导入实验

在STEM 教育理念下，教师在开展初中物理实验教学时，为了激发学生自主开展实验探究的愿望，可结合实验的内容、特点、学生的认知规律和实际情况等，利用生活中常见的物品，给学生创设贴近生活的情境，并提出开放性的问题，迁移学生已有经验和知识，让学生产生进一步探究的动力。这样，学生才能积极思考，融合各个学科的知识进行探索，达到理想的学习效果。以教学“压强”为例，教师在组织学生开展探究实验“影响压力作用效果的因素”时，可借助气球、钉子、木板等生活中常见的物品，给学生创设一个对比情境。（篇幅所限，图略）在相同的力压下，a 出现了破裂的现象；在不同的压力下，b、c 出现了不同程度的变形。教师将学生引领到这一特殊生活情境中，提出问题:“为什么在力的作用下，作用效果会出现如此大的不同？”通过这一对比情境，学生能够直观感受同一压力在不同物体上的作用效果，进而理解主要是压强不同造成的。这一对比实验情境的设置，能使实验情境具有极强的可验证性，促进学生逆向思维的发展。

2.联系相关学科知识，构建知识体系

在STEM 教育理念下，教师在开展物理实验教学时，可在创设教学情境之后，结合其他学科知识，给学生设置多层次、多维度的练习，引导学生在物理实验情境中逐渐进入到对物理实验的思考中，让学生在问题的引导下完成知识的建构，使学生在物理实验的学习中获得核心素养的培养。以探究实验“影响压力作用效果的因素”的教学为例，教师在创设教学情境之后，为了培养学生的综合思维能力，就可结合STEM理念给学生设置相关问题:“重力与压力之间有什么区别？钉子的个数改变了什么？在本次实验情境中为什么选用气球？是什么因素导致力的作用效果不同？”之后，教师可引导学生借助其他学科知识，对问题进行思考，再引导学生开展实验，探究影响压力作用效果的因素。

3.围绕STEM，开展合作探究

在STEM 教育理念下，教师在开展物理实验教学时必须改变传统的演示实验教学，引导学生积极主动地参与到物理实验操作中，使学生在实验过程中提升动手操作能力和思维能力等。具体来说，在STEM 教育理念下，教师在开展物理实验教学时，应从以下几个方面进行。第一，准备实验器材。例如，在开展探究“影响压力作用效果的因素”之前，教师可先引导学生准备好相关的实验器材，包括海绵、不同质量的砝码、相同的长方体、矿泉水瓶、小木桌、弹簧测力计、刻度尺等。第二，设计实验方案，明确实验步骤。在STEM教育理念下，教师可借助小组合作，引导学生通过合作、讨论等形式，共同制定本次实验的方案，并确定具体的实验步骤。第三，小组合作开展实验。教师可借助小组合作的形式，引导学生通过合作共同完成整个实验的探究过程。例如，在探究“影响压力作用效果的因素”时，教师就可借助小组合作的实验学习模式开展教学。小组中有的学生负责观察，有的学生负责记录数据，有的学生负责操作，通过共同探究，完成本次实验探究。第四，组间交流，拓展实验研究内容。在小组合作完成本次实验之后，教师可让各小组对实验数据进行交流，鼓励小组成员共同讨论和思考，引导学生积极反思、纠正错误，最终形成实验结论。在这一过程中，学生的自主学习能力和物理核心素养都能够得到培养。

4.立足STEM 教育理念，完善教学评价

在STEM 教育理念下，教师不仅要认识到物理实验教学的重要性，还要积极构建与其相适应的评价体系，借助科学、全面、有效的教学评价，使物理实验教学评价指标更加标准化、具体化，进而提高物理实验教学效果。这就要求教师在具体实验教学中，结合学生的实验参与程度、实验过程中的具体表现，对学生进行全面、客观的评价，使物理实验教学评价更加有效，达到培养学生物理核心素养的目的。