STEM 教育探析及其对我国中学物理教学的启示

栾 雪

（沈阳市外国语学校，沈阳 110000）

在国际竞争日益严峻的当今，科技创新型人才的培养对我国科技水平乃至经济发展水平起着至关重要的作用。教育，作为培养各类人才的摇篮，承载着国家的未来和希望。实践证明，美国的STEM 教育在激发中学生创新、科技等各方面能力有良好的效果。实施至今，一直受到教育界许多学者的广泛好评。而STEM 教育与我国教学改革目标有许多相似之处。因此，借鉴STEM 教育的经验，将其应用到高中物理教学中，能很好地提高学生的创新水平。作为一名物理教师，需要不断汲取新理论，不断尝试新方法，为培养科技人才而努力进取。

一、STEM 教育简介

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（Science）即认识和解释自然界存在和发展的客观规律；技术（Technology）和工程（Engineering）即在认识自然规律的存在和发展的基础上对自然界进行改造、利用，并能够解决自然界发展过程中遇到的各类问题；数学（Mathematics）是作为基础工具存在的[1]。STEM 理念是建构主义理论与美国当今教学实践相结合的产物。在教师的引导下，学生在教师给予的问题或生活实际情境中，借助必要的学习资料，自助构建新的知识和能力。

二、基于STEM 的高中物理教学

基于STEM 教育理念，高中物理教学应打破传统学科教学壁垒，将物理学融入生活中的实际问题中，借助数学、工程、生物等多学科知识，构建新的知识[2]。培养学生综合能力。基于STEM 理念的高中物理教学有以下特征。

（一）问题情境性

根据杜威的“做中学”“教学应该唤起学生的思维”的教育思想，高中学生更加感兴趣的是神奇的有趣的现象、具体实在的器具，以及制作、设计、探究的过程。好玩有趣的事情才能引发他们的注意力。而物理教学中融合生活现象也具有明显优势。例如，在匀变速运动和摩擦力的教学中引入汽车超速实例，可以利用刹车痕迹探讨汽车是否在超速行驶；在交流电的教学过程中，介绍无线充电技术，让学生通过之前学习的电磁感应现象，自主探究和解决，激发学生对知识的渴求欲[3]。

（二）多学科融合性

新课改前，传统物理教学也不是只学习单一的物理学，物理的学习离不开数学知识[4]。只是由于传统观念和考试内容的限制，教师往往避开不必要的内容，只抓物理学本身。这样做的结果不可避免会导致物理教学和其他学科产生割裂，学生综合应用能力往往无法满足终身学习和解决实际问题的需要。STEM 理念是一种多学科融合的理念，将高中物理教学与其他学科联系起来，能够不断提高学生对综合问题的解决能力，从而为今后解决更复杂的问题奠定一定的基础。例如，研究“单摆运动”，教师可以设计一节将科学、技术、数学及工程学融合到一起的课程。在设计和安装实验器材的过程中学生需要解决以下几个问题：摆球的材质？摆线如何固定及摆线的长度？安装过程需要注意什么？试验时摆动的幅度多少适？等实际问题。解决这些问题，不仅需要物理学相关知识，还需要其他知识辅助才能完成。最后，还需要学生运用数学方法，利用蛋白周期公式计算理论值，利用实验算出测量值。再改变量的数值反复实验，绘制图像。整堂课涉及多个学科，充分给予学生自我创造和发挥的空间。在此过程中，能够培养学生综合应用知识的能力，创新能力及实践能力。

（三）协作性

人具有社会属性，人的生活离不开群体，STEM 教育恰恰满足了这个需求[5]。学生从被动的接收变为主动探究，能够明显提高学生的参与度和积极性。这种基于项目合作开展的教学活动，还能增进学生和教师间的交流，还有学生和学生之间的交流活动。例如，《功率》这节课的教学中，因为学生已经有如“速度”“加速度”这类物理量的定义方法，教师可以引导学生利用类比的方法，利用比值定义法定义“功率”这个物理量。进而联系之前学习的“功”的相关知识和数学方法推导功率的另一种表述方式。这样，学生对公式的理解和掌握会更加清晰。

三、基于STEM 高中物理教学的优势

第一，物理学发展过程蕴含着丰富的科学方法，基于STEM 理念的高中物理教学有利于学生经历科学探究过程。从而使学生对获得的新知识的印象更加深刻。同时，也有利于学生养成在今后的生活中自主解决问题的能力。第二，物理学的进步直接影响着工程技术的革命，紧密联系生活，这种能够与生活实际相结合的知识可以给学生亲切感，学生亲身实践，会使学生有获得新知识的成就感。第三，从知识到创新的多变性，给学生提供了无尽的想象空间和机会。学生在多样化的学习环境中学习，无形中扩大了学生和教师的发挥空间，能够培养学生思维的多样性，提升学生科学素养。第四，基于STEM 理念的高中物理教学有利于提升学生的合作性。STEM 教育理念在强调多学科之间的协作学习，同时也强调了学生和学生之间，教师和学生之间的协同合作。基于STEM 理念的高中物理教学要求学生在学习的过程中分工合作，教师辅助，这样的学习方式能够激发学生的积极性和创造性，同时有利于学生进入社会后更好地融入社会。

四、开展STEM 教育存在的问题

第一，目前高中物理教学的指挥棒仍然是高考[6]，STEM 教育缺少教育主管部门的规范管理，教育评价机制有待完善。同时，教师对于学生学习的评价准确性也存在不足[7]，学生在学习过程中的隐形行为和收获未得到重视甚至被忽视，很难做到对学生的评价足够全面。第二，现在只是有教育情怀的教师在夹缝中摸索，课程也只是根据个人或少数人对STEM 教育理念的理解来开展和实施，有时因教师对理论的理解不足，或教师本身知识结构的局限性，出现课程整合流于形式，不能从课程整体效果出发，设计和实施教学。因此，课程的开发和实施还有很大的完善空间。第三，课时设置较少，很多学校仅仅将其作为校本课程实施，学生实践、体验、创新时间太少，活动不够充分。第四，目前STEM 教育还只是锦上添花，STEM 教育理念应融入教师的日常教学中。

纵观 STEM 教育理念在中国的发展现状，虽然还存在诸多问题，但其是顺应历史潮流发展的产物，且与我国新课标的许多理念有相同或相似之处。因此，研究合适我国教育的STEM 课程设置和教学方式十分必要，并且具有很好的发展空间。