STEM教学形式下的初中物理教学方式

2022-03-17甘肃省天水市秦州区杨家寺中学赵少军

天津教育 2022年21期

■甘肃省天水市秦州区杨家寺中学赵少军

STEM整合教育指的是学生积极参与，建立在项目上的跨学科学习模式，应用科学化工程设计及科学探究形式，采用团队协作模式解决实际问题，可将学生生活、抽象知识点、物理学习内容及学习过程整合。STEM模式下整合教学理念及实践措施，可促进学生学习积极性增长，使其在学习中收获工程和技术理论，强化学科整合概念。在初中物理教学中，以多学科整合为基础构建的STEM项目的应用，根本目的为培养核心素养，教学途径为意义建构，生活经验为教学形式，以此拓展物理教学内容，促进学生全面发展进步。

一、STEM教育概念

2017 年，《义务教育小学科学课程标准》得以修订，表明STEM 属于课程组织形式的一种，导向以问题解决和项目学习为主，整合了数学、技术、工程和科学。《中国STEM 教育白皮书》（中国教育科学研究院），其中明确标识，STEM教育具有跨学段和跨学科特点，要求社会全体成员广泛参与，属于教育创新实践模式的一种。STEM教育融合了多种学科，涵盖科学、技术、工程与数学等，为学科英文名称的首字母简称的组合。从科学层面理解STEM的内涵，指的是以自然科学学科知识的应用，正确认知世界本质；从技术层面理解STEM的内涵，指的是以创新和实践为主要形式，辅助学生懂得技术，并熟练操作和应用，把控技术本质，以批判性的眼光总结和评价技术本质；从工程层面理解STEM 的内涵，指的是项目设计与开发，以学生跟踪工程项目进度能力培养为根本，锻炼学生对工程学习的积极性；从数学层面理解STEM 的内涵，指的是营造生活情境，依靠数学思维和运算能力，发现并有效解决问题。STEM教学理念的目的，就是促进学生上述四种素养水平的提升。

学生在初中学习中，最关键的组成学科就是物理，许多物理教师关注物理科学知识在社会生活中的应用，注意学生学科素养的培养，可在物理情境问题中锻炼学生的推理能力，应用数学工具解决物理学习问题，锻炼学生合作实践，培养学生物理技术操作能力，部分物理课程中，也包括了工程技术的开展设计和应用。所谓STEM教育，并不是特殊性的教学形式，而是理工科综合学习的方式，在社会迅猛发展背景下，STEM 教育所涉及的学科领域不断增加，涵盖医学、农业、工业等，以项目学习为导向，以问题为导向，以科学知识理论为基石，以工程和数学作为解决问题的方式和手段，所以在初中物理教学中，STEM 教育的应用主要具备三种特征：第一，学习形式选择项目学习，依靠开展项目学习，调动学生主观能动性，引起学生好奇心，多样化学习形式，具有强而有力的学习目标导向性，时间管理属性存在学习过程中，学生学习选择权灵活度较高，这一教学形式的应用，可引导学生技能和知识向预定方向发展，构建跨学科的综合性活动，激发学生探究热情，完善物理知识体系，培养学生发现物理问题，设计项目并协同解决的能力。第二，信息化手段的应用，优化学习效果，STEM教学形式的应用，可借助信息化措施，将音频、视频、图像、网络平台及各类软件等资源整合应用，信息传递速度得以提升，物理知识建构效率及物理问题解决速度也不断提高，促进学生知识理解能力和应用能力的提升，帮助学生深入学习物理知识；第三，关注团队合作，STEM 教学形式下，学生要以合作形式设计和开发项目，在完成过程中交流彼此经验，畅谈彼此观点，把控项目建设进度，学习手段丰富，学习计划落实彻底，彼此相互协同合作，实现教学效果的提升。

二、STEM教学形式下的初中物理教学方式

当前，中等教育关注职业教育和普通教育，二者相互渗透，共同发展，职业教育呈现普通化发展，普通教育彰显职业化特色，已经成为教育教学发展的主要方向，开展STEM 教育工作时，涵盖工程与技术的理念，其与培养学生教学目标，锻炼学生技术能力等教学目标密切相关。所以开展初中物理教学时，必须整合物理学科特征，通过深入物理知识学习，辅助学生工程技术理念水平的增长，以符合STEM教学形式需求，促进学生全面发展进步。

（一）将STEM意识融入物理知识教学

STEM 教学形式属于技术与工程结合的教育形式，物理学科是工科与理科的整合，工科教育的首要目的就是培养学生由工程角度思考问题的能力，这一能力就是将自然科学原理及学生把控的技术经验，人类应用和改造自然过程中，这一能力不可或缺，以在学生头脑构建高组织性和高完善度的人脑机能体制，构建高级大脑活动内容。STEM 教学中，以调动学生实践能力为主要目的，激发学生主观能动性为开展内容，使学生能将理论和实践结合。STEM教学引导下，将教育学生和培养学生作为教学关键，注重学生离校以后工程技术实践及职业定位选择的应用。初中物理课堂授课时，不仅需要强化学生学习数学方法和物理知识的能力，此外，需要在实践中融合知识点，促进学生社会参与度的提升，有目的性地组织实践活动，培养学生情感意识和物理实践能力。首先，STEM 教学形式的应用，是工程与技术的融合，发挥指导培养工程技术的效用，教师是物理教学的组织者，是物理课堂的营造者，其通过设计教学活动，对学生进行引导，促进学生物理素养和能力的增长，开展物理教学时，应用STEM 教学形式干预，主要需要采取下列方式进行：第一，对物理教材中的工程技术素材进行挖掘，开展物理教学活动时，物理教材必须注重拓展与创造的融合，拓展思维，启发智慧，合理选择适当的教学内容后，开展加工干预，以设计丰富化和灵动化的物理课程。当前，物理教材中处处彰显了工程技术知识，不仅包括自然科学原理，还包括人们的实践积累，其均可以作为物理教学中STEM教学形式落实的重要形式，需要了解教材本质，深入挖掘教材内容，设计教学时，融合STEM工程技术理念与教材知识开展教学。例如，教师在对“声现象”的物理知识进行教学时，其教学内容包括声音传播形式、产生形式、特点特征、噪声危害性及噪声控制方式等，就可以设计让物体发声的实验，让学生在实验中探究声音是怎样产生的，判定声音是否能在液体、固体及真空环境下传播，实验中，协助学生观察实验现象，并借助生活中的器材，开展科学的物理探究。为更好地渗透STEM 教学方式，教师还可以增设制作类的活动，在学习完课程内容后，让学生动手制作电话，对声音传播的条件进行体悟，在制作中，对电话的外观和声音传播效果必须格外关注，以锻炼学生的工程意识。第二，有目的地设计工程技术教学活动，教学目标为教学活动开展的前提，教学活动营造必须围绕教学目标开展，教学目标是教学设计的关键，教学目标对教学活动的设计发挥着引导和决定作用，其可调整教学活动，对学生学习活动发挥规范引导作用。所以教师必须有目的地设计工程技术教学活动，使学生在开展物理实验时，提升自身科学探究学习素养，提升学生物理学习热情，获得知识获取的成就感，独立思考，创新进步，关注科学技术发展进步，树立可持续发展价值观念，所以教学目标设计中，知识与技能目标必须合理利用生活实例，使学生了解不同物理装置工作原理，锻炼学生模仿物理机械的能力，过程与方法目标设计时，必须使学生在把控相关知识的基础上，独立性开展实验操作，设计实验装置器材，促进学生实践操作能力的增长。在情感态度与价值观目标培养中，应使学生意识到科学技术对人们生活所产生的影响，促进学生实践素养及工程思维的增长，帮助学生有效应用物理知识对实际问题进行解决。比如，开展“电与磁”的物理知识教学时，设置物理知识与技能教学目标，让学生进行指南针的设计制作，以此帮助学生从电与磁的现象出发，体会到电与磁的物理知识与生产生活之间的联系，应用实际现象及知识，制作指南针，培养学生的技术创造意识。

（二）寓教于乐，培养学生的STEM思维

初中学生年龄普遍处于13～16 岁的阶段，他们的思维处于过渡和发展的关键时期，虽然抽象思维初步形成，但是认知仍然以形象为主。初中生在初中阶段首次学习物理，开展STEM 教学时，更加重视学生学习物理知识的情境感和体验感，所以预设STEM 教学模式时，可锻炼学生思维能力，所以教师必须重视物理教学趣味化程度，以保障可合理应用物理教学STEM 理念。STEM 教育形式的提出，并不只是单一化地培养学生的工科思维，不是让学生死板地学习技术和掌握物理知识，而是促进学生思维、素养和技能综合全面发展。所以兴趣发挥的作用尤为显著。STEM教学活动在初中物理教学中，以激发学生物理知识学习主观能动性为主要目的。兴趣包括直接和间接两种，直接来源于事物本身及现象本身的认识，具有暂时性特征，间接兴趣属于目标实现过程及实现结果的期望兴趣，具有持久性表现。由于物理现象较为直观，与学生生活密切联系，所以物理教学时，需要以演示实验和游戏活动等方式，保持学生学习物理知识的主动性和积极性，但是不能盲目培养，而是要注重游戏及实验开展的目的，使学生在游戏和时间过程中，可收获预期结果，促进其间接兴趣的提升。以此，依靠制作创意产品、物理实际问题解决等形式，培养学生的学习积极性。STEM教育中，可依靠科学知识情境导入，依靠机器运作形式分析，承重项目工程制作等，使学生在娱乐过程中探寻并发现问题，自主探寻问题的解决方法。例如，教师在对“光现象”的物理知识进行教学时，针对光的色散，可以让学生了解到，白光可以被色散为不同颜色的单色光，对不同颜色的单色光混合，可重新组合，获得其余颜色的光，以此让学生准备颜色不同的颜料，依据颜料的不同，合理进行配比，进行颜色的调整混合，以获得新颜色。进而引发学生思考，单色光的获取方式是什么呢？怎样才能组合单色光呢？让学生在思考中不断探寻问题的解决方式，培养学生探究热情，辅助学生形成良好的工科思维。

（三）训练巩固，渗透物理技能训练

做是知识掌握程度最好的检验形式，传统知识学习阻碍学生智力发展和能力进步，以活动性和经验性的作业完成，在实践操作中，促进学生物理实践能力和操作素养的增长，巩固所学习的知识点，最终获取物理产品，制作过程中，彰显STEM 教学形式的技术理念。STEM 教学形式要求将理论知识还原于生活，对实际生活中的问题进行解决。要使物理知识服务于工程和技术教育，就必须保障学生在真实环境下操作。首先，开展模仿制作，便于学生对物理装置应用的科学原理进行把控，实现原基础上的创新发展。STEM 教学的应用，可开展攻克基础性教育，使学生在制作小装置时，感悟到物理知识应用的重要性。例如，在对“杠杆”的物理知识教学时，可以在杠杆这一生活中常用的工具入手，引导学生模仿制作杠杆，这不仅需要学生分析杠杆平衡条件，构建模型，还需要应用数学知识，确保杠杆称量的准确性，以保障学生制作杠杆时，可以感悟到STEM 领域制作时数理与技术之间的紧密联系。在开展“电流与电路”知识学习过程中，教师引导学生对电路连接的方式进行观察，其属于生活中常见的工具，依据电路的连接状况，模拟家庭中电路的设计方式，以纸盒作为房间进行制作实验。这一制作活动可以课上完成，也可以课下完成，不仅可以培养学生电学应用能力，还可以让学生感悟到STEM工程技术理念在生活中应用的价值效益。

（四）物理知识应用，锻炼学生实际问题解决能力

STEM 教学形式应用的主要目的还包含将知识还原于生活，辅助学生于情境化背景下，不断提升自身问题解决的能力。工科理论注重实践操作，与实际生活密不可分，显示生活中，物理知识与实际问题之间的关联密切，广义角度不仅涵盖资源合理利用和环境保护，狭义角度也包括便利生活的辅助等。所以，教师必须注重物理知识的应用，STEM 教学形式下，应用物理知识，进行实际问题解决方案的设计，并对设计方案印证，实现专业化制作人才培养的目的。例如，教师在对“汽化和液化”的物理知识进行教学时，当前，环境形势严峻，可以引导学生保护水资源，课堂中，可以应用盐水进行淡化海水实验的模拟，辅助学生解决物理现实中的问题。又如，学习滑轮知识后，可以组合动滑轮和定滑轮，组成滑轮组，在限定条件下，实现重物提起目的。可以制作模拟搬运重物的机器，学生需要综合考量绕绳数量和拉力，依靠数学思想进行计算，设计装置，实现重物搬运目的。学生在应用物理知识设计时，工科思维、数学思维、技术应用等能力均得以提升，有效解决了实际问题。