STEM教育理念下初中物理实验教学研究

2023-08-31谢文强

课程教育研究 2023年8期

【摘要】教育事业的发展，教育者不仅关注知识教育，还注重培养学生的学习习惯。初中物理为重要学科，会影响学生的思维能力、探究能力。现代科学发展，社会对新型人才的需求度高，开始引入STEM教育理念，改变了初中物理教学模式与方法。本文研究中，基于STEM教育理念，深入分析初中物理实验教学问题，仅供参考。

【关键词】STEM教育理念初中物理实验教学

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2023）08-0181-03

随着教育事业的进步发展，新课标对初中物理学科提出了较多要求。教师对于学生自主探究能力、问题解决能力的培养较为关注，然而却不注重情景教学模式，很难吸引学生的注意力。为了发挥出学生的自主学习意识，内化物理课程知识，提升学生的学科素养，要求教师深入思考教学问题，加大学习自主性、创新性，从而转变传统的教学模式，充分发挥出STEM教学理念的作用。在新教学模式下，合理使用教学理念，确保初中物理教学的效率与效果，实现初中学生的综合化发展。

一、STEM教育理念

新课程的创新改革背景下，社会对人才培养提出高要求，开展课程教育时，不仅要加强理论知识教学，还要促进综合能力发展。此种情况下，教师要整合、渗透学科知识。STEM属于新型教学模式，教会人们以科学眼光看待世界发展。技术工程，是人类保护自然、尊重自然的重要方式，可以实现人与自然和谐相处，处理社会生产与生活难题。在物理教学中，要拥有丰富的数学知识，有效开展技术与工程学习。在此种理念下，教师要深度融合科学、技术、工程、数学等学科知识，以现代科学知识辅助教学活动，引导学生参与到工程实践中，从而加强问题的探究能力、处理能力，实现学生的全面发展。

二、将STEM理念融入到物理教学中的必要性

（一）落实物理核心素养

为了改革中学物理课程，要不断提升学生的物理学科素养，基于生活经验、科学内容出发，将核心素养作为重要指导，并且注重中学物理课程开展的有效性。关注学科知识配合，整合科学探究、技术应用，以提升学生的科学意识、实践能力。新课程标准下，通过科学知识与技能，使学生形成正确的价值观、科学观。

STEM理念，對于物理教学的实践性比较关注，可以提升处理问题的能力，科学理解文化知识。基于知识维度，STEM理念重视问题处理过程，引导学生联合多学科知识，优化整合多学科思维。在STEM引导下，学生能够自主探究问题，找寻问题处理方法，以加强知识应用能力。

（二）发展学生的物理技能

在物理课标中，强调学生的学科技能。基于STEM教育理念，创设丰富的实践活动，能够为学生提供操作机会。通过实践活动，引导学生发现规律，体验探究乐趣，从而提升操作水平。根据中学生的发展情况，教师在操作实践、互动活动中，应当为学生做出示范。比如在“杠杆”知识学习中，教师要联合物理、生活实际，收集关于“杠杆”的知识，并且引导学生自己制作杆秤称重物体。学生通过一系列模仿活动，可以准确认知“杠杆”知识，提升知识探究能力、操作技能水平。

（三）STS教育是STEM理念的载体

STS教育包括科学、技术、社会，关注知识的社会价值、实用性，结合生活实际、科技前沿，使学生基于情景关注物理知识，展示出物理课程标准的理念与要求。STS教育，确保学生明确事物的关联性，能够增加学科之间的关联度，促进现代科技发展，关注科技发展的影响。在STEM教育中，跨学科特点明显，但是并非将各学科知识累积在一起，而是关注知识的整合与联系，并且应用到情景中。物理课程中，STS、STEM教育拥有较高的结合度，前者作为后者的载体。

物理新课程标准，关注社会、技术、物理的关联性，通过人文科学、社会科学、物理学的融合，展示出物理学的知识体系。在现代科技发展下，生产、科技、生活领域出现新问题，并且成为中考命题方向。STEM教育创设各类情景，采用项目教学方式开展科学探究，以小组合作方式设计方案，及时总结和反思。物理学习活动应用STEM理念时，常常以任务驱动教学为主，收集资料、合作探究，从而领悟物理概念与本质。探究方案的制定，可以加强学生的科学思维能力、模型建构能力。科学的推理过程，可以使学生深入认知物理学的本质，从而强化创新意识。物理学要求学生观察日常生活，动手操作试验，从而建立系统性模型，丰富学生的理论体系。

三、STEM理念落实到物理教学中的途径

（一）模仿制作，培养学生的工科思维

由于初中学生的自主实验能力不足，教师可以适当降低教学难度，逐步引导学生模仿和制作，从而掌握装置工作原理。在教师的引导下，学生以项目驱动为载体，采用小组合作方式创作作品。比如开展“杠杆”教学时，教师要为学生布置实践作业，充分利用杠杆知识、生活经验制作杆秤，既要使用杠杆平衡知识，还要使用工程、数学理论。明确标注杠杆的单位与刻度，明确数理关系，从而使学生了解工程技术理念。再比如“物体浮沉条件”的教学，学生通过制作潜水艇作品，充分锻炼工程思维。学生了解潜水艇结构后，教师为其提供制作工具，使学生通过浮沉条件等知识，合作完成潜水艇。由学生自主制作潜水艇，可以提升学生的技术素养、工程素养，加强建构物理模型的能力。在教学活动中，要按照STEM教育理念，潜水艇项目驱动，编制详细的项目学习案例。

（二）落实小组合作，优化配置学习任务

在设计水位报警器时，学生很难单独完成任务，教师将学生分为不同的小组，分别安排学习任务，积极鼓励学生建立合作关系，从而完成任务。比如，部分学生调查资料，检索工程学科、技术学科知识，掌握报警器制作流程；部分学生设计方案、绘制草图。当学生的动手能力较强时，则要准备好实验工具，为后期操作奠定基础。当学生完成准备工作后，则要讨论前期准备结果出现的问题，确定无问题后开展实践操作。

在操作和制作环节，教师要突出学生的主体地位，发挥出学生的主动性、能动性。比如在制作报警器时，学生在连接电路实物。按照前期设计，学生在量杯内放置导线碳棒，导线另一端连接电磁继电器、红灯、电源。学生设置水位报警线刻度，持续添水操作时，密切观察碳棒连接的红灯。如果红灯未亮，教师再指导学生改进实验，为学生说明实验设计、工具、操作存在的问题，使学生按照教师教学指导，改正不足与缺陷。通过此种方式，既可以发挥出教师的引导作用，还能够给予学生锻炼机会，发挥出STEM教育理念的优势。

（三）注重课后评价，交流学习收获

学习任务完成之后，教师要关注课后评价工作，全面梳理STEM教学过程。教师要及时发现教学问题，分享学习收获，从而扩大教学成果。按照此种目的，当学生动手操作时，由教师拍摄整个实验过程，复盘总结阶段。当多数学生出现相同的问题时，可以通过视频展示出来。比如制作水位报警器时，学生没有选择适宜的导体、绝缘体，影响导线接触效果。问题归纳完成后，教师要管理学生发表意见，陈述解决方案，同时让其他小组相互评价，提出合理建议，从而找寻后续改进方向，使学生深入理解和掌握实验方法，逐渐可以独立完成实验操作。

（四）注重师资建设，加强教师职业能力

笔者通过相关调查可知，国外对于STEM教育理念的普及率高，拥有完善的理论体系。我国对于STEM教育理念的研究比较晚，发展不太成熟。对于物理教师而言，基于STEM教育理念开展物理教学，所面对的挑战和难题非常多，要求教师了解STEM教育理念，掌握教学全过程。

第一，学校开设STEM教育理念，将其纳入到教师考评工作中，做好实践操作训练，有效结合理论与实践。

第二，教师要收集STEM教学案例，正确认知STEM教育理念。学校定期举办STEM教育理念讲座、教研会、论坛等，确保教师深入理解STEM教育理念，提升教学成效。

四、STEM理念下的物理教学设计实例

在物理核心素养中，科学思维属于关键要素，STEM理念可以作为教学载体。在教学实践中，教师对于学生思维发展的关注度高。比如在变阻器教学设计中，要将滑动变阻器模型作为基本思路，凸显出学生实验的重点，将任务驱动作为载体，促进学生思维的发展。

（一）变阻器的教学设计

基于STEM理念，注重变阻器的教学设计的优化，与科学探究融合在一起。定位教学目标，要以基本原理为主，上述内容和变阻器结构的关联大。

第一，教学目标：学生自述滑动变阻器的构造，标注电路符号，掌握变阻器的工作原理。学生可以正确接入电路，从而改变电路电流、用电器的电压。

第二，素养目标：练习使用滑动变阻器，确保学生联系实际，处理好问题中的深化、活化知識，获取学习收获。科学探究新课标，凸显出问题导向，建立问题情景，使学生能够正确处理物理问题，提升物理学科素养。

第三，教学重难点：在初中物理实验器材中，变阻器为重要工具，会影响对伏安法测电阻知识的掌握。因此在教学中，应当以明确变阻器原理为重点，而教学难点在于连接变阻器。为了凸显出教学重点，教师引导学生通过自主操作，改变电路小灯泡的亮度，从而改变电阻、电流。同时，学生自主操作变阻器接入电路的实验，可以发现变阻器的连接方式。

STEM教学理念下，凸显出跨学科性的特点，基于新课标，提出跨学科的实践板块。基于问题导向，培养迁移能力，提升联合问题情景，引导学生发现、解决问题，通过观察、设计、制作等活动，迁移和整合跨学科知识，强化学生的技术意识、动手操作能力、工程思维等，所以在物理教学中，要全面落实STEM教育理念。

（二）变阻器教学流程图

第一，关注思维连续性，确保引课的合理性：开展变阻器教学时，引课环节要考虑学生思维的连续性，减少思维障碍。利用移动方式，改变灯泡的亮度，由此引入新课程。将开关电路连接在电路板上，控制灯泡发光。连接电阻丝、电路板之后，导线与磁体相连接，开关闭合后，灯泡亮起。电路板前方，使用磁介质移动，利用磁介质、磁体的吸引力，可以改变灯泡亮度，激发学生的探索积极性，教师提问电路中的哪个物理量变化，学生回答是电流。之后复习、提问改变电流的方法，即改变电阻、电压。实验操作中，提问哪种方式可以改变电流，学生回答电阻。完成上述提问互动后，教师可以导入新课。

第二，基于探究核心，任务驱动载体，内化科学思维：在物理课程标准中，科学探究成为学习目标、教学方式。笔者认为科学探究，必须历经完整的实验过程。物理学中的规律、实验器材，都可以体现出探究思维。在变阻器知识教学中，不管是采用滑片判断，还是改变变阻器的连接方法，要求学生理解滑动变阻器的结构。在教学中，笔者将变阻器的结构设为重难点。在教学活动中，加强实验器材的原理教学。教师可以指导学生将铅笔芯作为滑动变阻器模型，直观感受变阻器的制作过程，掌握科学的探究、实验操作方法。

五、结束语

综上所述，物理实验教学要展示出现象的物理过程，引导学生深入思考物理问题，体会物理改变的形成、发现、处理等过程。教师基于原始问题，科学引导学生的认知规律，高度重视知识形成过程的体验感，从而将科学探究法作为加强学生探索意识的保障。

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