STEM视域下初中物理实验创新实践研究

方瑞瑞

【摘  要】  STEM教育作为一种跨学科、融合性思维的教育形式，已越来越受到广泛关注.本文旨在探究利用STEM视域下的实验创新方法，提高初中物理课程教学效果.首先，通过对STEM教育的理论阐述，重点介绍STEM教育在初中物理教學中的应用；其次，通过对SWOT分析，分析STEM视域下初中物理实验创新的现状，为创新方法的设计提供依据；接着，设计STEM视域下初中物理实验创新实践方案，并将其实施于初中物理实验教学中；最后，对实验结果进行分析、总结对实验教育的影响，为进一步完善STEM教育和初中物理实验课程提供建议和探讨.

【关键词】  STEM视域；初中物理；实验教学

STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics）教育是目前全球教育领域关注的焦点之一，它推崇跨学科、融合性思维及实践能力的教育方式，旨在为青少年学生提供战略性、深思熟虑和终身发展的技能[1].在STEM领域，物理学优先被推广和应用于教育体系中.

初中物理实验是体现STEM教育理念、提高学生综合素养和实践能力的重要环节，它是学生认识自然、探究科学的有效途径之一.然而，传统的初中物理实验，存在实验性强、灵活性差、难度大、过程单一等问题，很难满足STEM教育的核心理念.因此，如何通过STEM视域下的实验创新方法实现初中物理实验的转型与升级，提高初中物理实验教学质量和效果，成了一个备受关注和亟待解决的问题.

在上述背景下，本文旨在探究STEM视域下初中物理实验创新实践，提高初中物理教育质量和实效.对于推动STEM视域下初中物理实验创新实践的深入研究，提升学生STEM素养、推进科技创新与人才培养以及促进STEM教育的发展，都具有十分重要的意义和价值.

1  STEM视域下实验教育的理论分析

STEM教育着重培养学生的科学素养、技术应用能力、工程思维和数学能力.STEM教育的实践方法不仅是知识的传授，更是通过让学生主动探究、思考和创新的方式，帮助他们掌握解决问题的方法和技能[2].STEM教育的目标是培养一代具备综合实践能力、探究精神和拓展思维的年轻人.

物理学科属于STEM教育的重要组成部分，其在理论体系和实验操作上具有完整性和规范性，并且与技术、工程和数学等学科有着紧密联系.引入STEM教育的理念和方法，可以帮助学生更好地理解物理规律和实验原理，提高科学素养和技术应用能力.

1.1  STEM教育在初中物理教育中的应用意义

1.1.1  增强学生解决问题和创新的能力

STEM教育理念强调实践和解决问题的方法，培养学生的探究和创新精神.初中物理实验教学是实践和解决问题的一个重要环节，引入STEM教育理念可以更好地指导和帮助学生进行实验操作和数据分析，提高学生的实践能力和实验设计能力.

1.1.2  拓展学生的科学素养

STEM教育的核心目标是培养学生的科学素养，使其掌握科学思维、科学方法和科学文化.在初中物理教育中，STEM教育可以通过实践和实验操作，帮助学生理解物理规律，掌握物理概念和基本知识，从而拓展学生的科学素养.

1.1.3  培养学生的综合能力

STEM教育注重综合实践能力和探究精神，要求学生加强各学科的联系和整合.在初中物理教育中，STEM教育可以通过跨学科的教学方式，培养学生的综合能力和应对实际问题的能力，提高学生的综合素质.

1.1.4  提高学生的职业竞争力

STEM教育注重培养学生的技术应用能力和创新能力，在现代社会中具有非常重要的意义.物理学科作为STEM教育的重要组成部分，其所涉及的科技产业和技术应用非常广泛，因此引入STEM教育理念和方法可以帮助学生更好地掌握技术和知识，并提高其在职场上的竞争力和发展空间.

1.2  STEM视域下实验教育的挑战和问题

1.2.1  教育资源和师资力量不足

STEM视域下初中物理实验教育需要较多的教育资源和实验设备，而目前我国很多初中物理教室设备和资源缺乏.同时，STEM教育的实践方法也需要更加系统、全面的师资力量支持，教师需要不断提高自身能力和水平，来适应STEM视域下初中物理实验教育的发展需求[3].

1.2.2  学生兴趣程度与实验难度不匹配

实验难度是初中物理教育中的一个重要因素，在实施STEM视域下初中物理实验教育时，需要考虑到学生的兴趣和实验难度的匹配度，避免学生因实验难度过高而失去兴趣，导致学生的效果和质量降低.

2  STEM视域下实验创新实践的设计与实施

2.1  实施方案

2.1.1  实验课程设置

本文设计了一套尽可能贴近现实、有趣且有挑战性的实验课程，以满足不同学生的需求和兴趣爱好[4].这套实验课程不仅涵盖了物理学科的基本概念和知识，还包括了物理实验操作和数据分析的基本技能，设计了一些能够激发学生兴趣、探究能力和创新能力的实验.

2.1.2  实验设计

通过设计一系列的实验培养学生的实践能力和创新能力.在实验设计上注重探究、创新，通过模拟真实情境，让学生从实际问题出发去解决问题.例如，笔者设计了一个以竞速车比赛为背景，验证质量对加速度的影响的实验，同时，笔者也设计了一个在有风条件下如何稳定火箭发射的实验.通过设计多个不同难度的实验，鼓励学生发挥自己的探究精神和创新能力，提高学生的实践操作水平和创新意识.

2.1.3  实施流程

笔者采取线上和线下相结合的方式，更好地完成实验流程.首先，在线上为学生提供详细的实验操作视频，让学生能够更好地理解实验操作步骤，掌握实验技能.在线下实时指导保障到位，学生操作时可快速解决问题；其次，采取了分组与轮流实验的方式，互相交流彼此的思路的同时，掌握實验的基本操作步骤，促进学生间的互动和合作.

2.2  教学内容

2.2.1  STEM教育理念与实践方法的介绍

STEM教育是本次物理实验创新实践的核心理念和方向，因此我们将在首堂课对STEM教育的理念和实践方法进行介绍.同时，还将通过案例分析和小组讨论，展示STEM教育在实际情境中的应用和实践.

2.2.2  物理实验基本技能培养

物理实验基本技能是进行实验研究的基础，也是初中物理实验创新实践的关键.笔者通过教授学生实验基本技能、数据处理方法和数据可视化技巧，鼓励学生在实验中运用科学方法进行数据量化分析，从而发现问题、解决问题.

2.2.3  实验设计与探究

STEM视域下，笔者注重实践，鼓励学生进行实验设计和探究.引导学生从实际问题出发，选择问题、设计问题、解决问题，体会探究和解决问题的过程和方法，从而增强学生培养实践经验的能力.

2.2.4  实验结果的评价和科学通报

评价是初中物理实验创新实践教学过程中的重要环节之一，笔者设计了合适的评价体系来评价学生的实验结果和表现.同时，鼓励学生将实验结果写成科学通报，让更多的人了解到实验过程和结果，提高学生的科学文化素养.

2.3  评价体系

2.3.1  实验成果评价

笔者将对学生的实验作品进行评价，从思考深度、实验完成度、实验精确度等多个方面进行评价，在评价过程中提供具体意见和建议，以帮助学生不断提高实验设计和实验水平.

2.3.2  实验报告评价

通过对学生的实验报告进行评价，重点考察实验思路、实验过程、实验数据和分析、结论和反思等方面，旨在帮助学生掌握科学写作的基本技能，综合运用科学方法和科学语言的能力.

2.3.3  综合评价

通过综合考查学生在实验创新实践中的表现，包括实验设计、实验操作、实验报告等方面，对学生进行全方位、多角度的评价，以期帮助学生更好地掌握物理实验技能和提高实践能力.

2.4  实施效果

通过富有挑战和趣味性的实验设计和流程，激发了学生的兴趣和热情，注重学生的实际表现和创新思维，让学生在实践中更好地学习和探究.

通过本次实践，不仅丰富了物理实验教学的方法和内容，提高了教师的教学水平和师资力量，这对于学校教学水平的提高也具有重要意义.

实践中，学生针对课程设计成果所开展的实验和探究过程，可以极大增强学生的实践能力和创新意识，为学生今后的发展奠定坚实的基础.

3  STEM视域下实验创新实践的发展方向

在当前STEM教育大背景下，物理教育逐渐变得趋向人性化和个性化.为培养具备解决实际问题和拥有实践能力的高素质人才，STEM视域下初中物理实验创新实践显得更为重要[5].

3.1  数字化教育

数字化教育是当前STEM教育的一个新兴热点.数字化教育是指基于现代信息技术构建的全新教育方式，包括在线学习、远程教育、虚拟实验等.在数字化教育方面，STEM视域下初中物理实验应该注重发掘手机应用程序、电子图书和电子版教材等资源开发和教学应用，利用计算机和互联网教育资源，实现数字化教学模式.

例如  在“电路教学中”，学生可以通过电路模拟软件构建不同的电路模型，并观察电流、电压等物理量的变化情况.而数字化教学的优点是可以提供提高物理教学效率，学习方式灵活，拓展思考的空间，呈现信息丰富，与现实世界相关性强等优点.

3.2  课程设计

课程设计是STEM教育的一个热点.当前STEM视域下初中物理实验应该从课程设计的角度考虑如何更好地将STEM建构成为科学课程.STEM视域下初中物理应该充分发挥自身的特色，培养学生的科学素养和对物理科学的兴趣.

例如  在“电路教学”中，STEM视域下初中物理实验可以引导学生进行电路设计实践，比如设计各种不同功率的灯泡、不同种类的开关等等，从而使学生了解电力的基本原理和应用技能等.

3.3  实验创新

STEM教育的一个重点是实验创新.如何实现优质实验课程的设计、实施，提高学生的学习兴趣和理解能力，并培养其自主研究和创新思维的意识.

例如  在“光的阴影实验”中，STEM视域下初中物理实验可以将PHET光源与光屏实验的教学法进行改进，引导学生对其进行研究和探讨，并通过实验的过程帮助学生更好地理解光学相关的物理知识，培养创新思维与科学素养.

为了适应STEM教育的发展趋势和动态发展，还需要对教学模式进行深入思考和不断实践.

4  结语

STEM教育与初中物理实验教育存在着紧密的联系，STEM视域下初中物理实验创新实践是推进STEM教育发展和初中物理教育改革的重要方式.未来，应着力于数字化教育、课程设计和实验创新等方面对初中物理实验教育进行深入探讨和实践，为培养高素质、具有探究精神和实践能力的未来人才作出应有贡献.

参考文献：

[1]程霞.浅谈STEM在高中物理实验教学活动中的应用策略[J].学周刊，2022（27）：97-99.

[2]崔颖.STEM教育理念在高中物理实验教学中的应用研究[D].延边：延边大学，2022.

[3]管锰.STEM教育理念下初中物理实验教学的思考[J].名师在线，2021（18）：40-41.

[4]孙志锋.融合STEM理念的初中物理实验教学实践探索[J].中学教学参考，2021（17）：56-57.

[5]黄海兵.基于STEAM理念的初中物理课程设计探究[J].教师博览，2023（09）：71-72.