融合STEM理念的初中物理实验教学实践探索

孙志锋

[摘   要]发挥STEM理念在课堂教学中的价值的关键是在课堂教学中对其加以落实。文章以初中物理实验教学为立足点，首先概括了该理念的含义，然后分析了在实际教学过程中面临的问题，最后以STEM理念与课堂教学的融合为目标，对该理念在初中物理实验教学中的融合实践进行探索，涉及课前、课中等方面，供物理教师参考。

[关键词]STEM理念;初中物理;物理实验

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）17-0056-02

提出STEM理念的目的是综合多学科教育，锻炼学生在多个领域的能力，提高学生的综合素养。将该理念和教学相联系，是教师面临的巨大挑战，只有了解该理念的内涵，把该理念融合到教学实践中，才能使该理念对学生成长具有的促进作用得到充分发挥。

一、STEM理念的含义

STEM理念强调的是科学、技术、工程和数学学科的融合。科学的作用是认识世界，对自然界存在的客观规律进行解释;技术、工程是以尊重自然规律为基础，对世界进行改造，从而达到控制、利用自然界，达到对社会发展所遇到的问题进行有效解决的目的;数学是技术、工程学科发挥作用所依托的基础工具。基于该理念所开展的教学活动，应着重对学生进行以下几个方面的素养教育：首先是科学素养，就是利用科学知识对自然界加以理解并带来影响的过程;其次是技术素养，就是对技术进行理解、使用、管理和评价的能力;接下来是工程素养，就是对技术工程进行设计和开发工作加以理解的能力;最后是数学素养，就是对数学问题进行发现、分析和解决的能力[1]。

二、初中物理实验教学面临的问题

虽然教师实验意识、实验数量与过去相比均得到了一定的强化提升，但是学生自主完成实验的机会极少，这是多方面因素共同决定的。例如，设计实验需要耗费大量的精力和时间，适合的器材数量有限等。相对于西方发达国家在STEM理念的应用方面所具有的优势，我国在该理念与物理实验融合方面，仍旧有很长的路要走，由此可见，科学教育的重点应当是关注科学本质，在此基础上，对科学、工程与技术进行深入探索。

三、初中物理实验教学中融合STEM理念的探索

STEM理念并不是将不同学科进行简单结合，而是在不同学科间建立起紧密的联系，无论是对物理课堂还是对学生而言，STEM理念的提出都具有重要意义。

1.课前准备

STEM理念重点强调的是学生自主与综合教学，基于该理念所开展的教学活动，需要教师在课前准备环节花费更多的时间。以“滑动摩擦力”为例，在传统物理课堂上，只需要准备长木板、棉布毛巾、滑块、钩码和弹簧测力计，就能够进行相关实验。在融合了STEM理念的课堂上，可准备电脑、电动机、传感器等器材，保证学生由实验所衍生出的想法，均可以在课堂上利用相关器材加以验证。另外，教师应注意和学生沟通，了解学生的想法，课前做好相应的准备，避免由于突发事件导致实验教学无法继续的情况发生。

2.课堂组织

STEM理念的出现，给物理实验课堂的组织提出了新的要求，例如，在进行“探究电磁波”的相关实验中，教材给出的实验器材以导线、电池、收音机的喇叭为主，学生通过分析收音机接收到电磁波后发出的声音，对电磁波是否产生进行分析判斷。传统课堂实验过程与教材相符，要想将STEM理念融入课堂中，可适当调整课堂组织形式，可先引导学生回顾并总结所学知识点，在此基础上，通过提出问题，引导学生发散思维，提出能够用来判断电磁波是否存在的方法，包括利用电磁波发生器、示波器进行检验。在组织学生时，应预留足够的时间，供学生展示并验证自己的想法，这样做对学生创造思维能力的培养，具有重要作用[2]。

3.教师受到的影响

（1）思想发生改变

现阶段，学生在课堂上的地位越来越高，自主学习成为教学活动的主要方向，教师应对此有正确认识。实际教学中，教师根据教学内容确定可行范围，鼓励学生在可行范围内展开思考，完成教学任务。以“平面镜成像”为例，本节课是基于传统教学理念设计的实验课，首先由教师提供实验器材，再提出具体要求。学生按照教师提出的要求完成相关实验。虽然这样做降低了教师掌控课堂的难度，但是，无法达到激发学生兴趣、提高教学效率的目的。针对上述情况，应尽可能多地准备一些自制的和日常生活中的器具，让学生根据自己的理解，结合日常生活经验，选择实验器材。实验后，让选用不同器材的小组展示、交流，让其他同学也能分享到不同小组的做法，使学生对相关知识的理解更加全面。实践证明，这样做可以使学生对物理实验的乐趣更加持久，学习的热情更加高涨。物理学习和生活结合得越紧密，教学效率也会越高。在开展相关教学活动时，教师应着重考虑以下内容：将物理实验与STEM理念相结合，教学重点仍然集中在物理课程内容上，有选择地加入其他知识，以问题为导向，促使学生独立分析并解决问题。

（2）能力有所提高

学科综合已经成为教育发展的主流趋势，这就要求教师在日常生活中，既要充实所教科目的知识，也要对其他科目的知识有大致了解，综合利用教学方法，提高教学实效。传统物理实验课堂存在较多限制，师生互动的形式以单对单为主，即使发现有问题存在，也难以在短时间内将其解决并加以推广。解决上述问题的关键是恰当运用多媒体设备。例如，利用课余时间将实验过程中较易出现的问题，制作成微视频，在课堂上进行播放或发给学生课后观看。在综合实践活动中，还可以鼓励学生自己分组，尝试在课后自己动手做实验、制作简易的物理工具等。每两周让他们展示自己制作的作品，并交流心得，发表观点，让他们把制作中遇到的问题拿到班级里来讨论，请全班学生帮忙想办法解决。另外，对于难度较高的物理实验，可以利用多媒体设备，通过慢放、分解实验过程的方式，将实验现象更清晰地呈现在学生眼前，降低实验难度。一段时间以后，学生无论是工具操作能力、解决问题能力、资料查阅能力，还是语言表达能力都有较大的进步。

4.学生受到的影响

（1）思维发生转变

STEM理念给学生带来的影响，主要体现在思维上。虽然学生学习知识的环节，仍旧需要在教师的引导下开展，但是，学生的思维较过去变得更为敏锐。以“透镜的特点”为例，在传统实验课堂上，引入相关知识通常是透镜成像，而判断透镜类型的依据则是形状、对光的作用。在融入该理念的课堂上，可将透镜与生活中常见的器材进行类比，例如眼镜、放大镜等，这与STEM理念所提出的要求十分契合[3]。一个偶然的机会，知道班级里有一个同学家里是开眼镜店的，经过努力让他家眼镜店成为学校的教学基地之一，有一次，把物理课堂开到了眼镜店里。在店里，让学生现场感受并制作镜片。学生觀摩学习后，让有需要配镜的同学亲自动手为自己制作镜片。学生对自己制作的镜片特别珍惜，学生也很有成就感。让学生从以前单纯的学习变成动手制作镜片，思维上发生了很大的转变。

（2）实验发生转变

验证性实验和研究性实验的区别，主要体现在学生自主性方面。以“压强”为例，验证性实验首先将影响压强的因素提出，再设计相关实验，最后交由学生验证。研究性试验则由学生提出相关问题并设计实验，选择所需器材完成后续的探究。由此可见，STEM理念赋予了学生自主选择的权利，这也给学生提出了更高的要求。在实验过程中，学生所选择的器材不再局限于海绵、沙子，还包括气球、铅笔等，希望可以通过用铅笔将气球扎破的方式，证明压强的存在。虽然学生自主设计的物理实验，可能有诸多缺陷，但是反复实践和改进，能有效提高学生的综合能力。

（3）教师受学生表现的影响

在STEM理念指导下开展的教学活动，要求教师具备及时解答学生所提问题的能力。例如，在对简单机械模型进行设计和制作的过程中，学生提出的问题往往涉及诸多领域的知识，该实验对学生能力提出了极高的要求，学生既需要具备能够独立画出所设计模型图的能力，还需要具备将设计理念进行完整叙述的表达能力。在此过程中，教师需要充分了解学生各个方面的水平，积极引导学生，让他们充分发挥自己构图、计算、操作的能力，协同完成设计和制作。在设计和制作的过程中，根据学生出现的问题给予相应的指导和点拨，让他们的能力得到充分发挥。教师的这种安排既能让设计和制作顺利完成，也能培养学生的团结合作能力。

综上所述，STEM理念鼓励学生在学习过程中，运用多方面知识解决问题，这样做的目的主要是培养学生的综合素质。

[   参   考   文   献   ]

[1]  王佳琪，陈晨，钟鸣.物理实验探究中的STEM思想：以单透镜望远镜制作与探究为例[J].湖南中学物理，2019（1）：81-84.

[2]  罗倩，张皓晶，张雄.STEM教育理念下初中物理实验教学初探：以自制“简易密度计”为例[J].教育科学论坛，2019（22）：48-50.

[3]  洪锦泉.STEM视阈下基于翻转课堂模式的《普通物理实验》课程教学探究：以“折射率测量”为例[J].湖北经济学院学报（人文社会科学版），2019（2）：142-144.

（责任编辑 易志毅）