融入STEM教育理念的初中物理課程設(shè)計(jì)

潘曉雯 白赫 劉思鵬 王穎慧

摘? ?要：STEM教育是一種新型的教育理念，將STEM教育理念融入中學(xué)物理課堂教學(xué)中，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑，是提升學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力的重要手段。文章提出了融入STEM教育理念的初中物理課程，同時利用美國國際技術(shù)與工程教育學(xué)會提出的6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式設(shè)計(jì)了融入STEM教育理念的初中物理教學(xué)案例“回滾筒”。

關(guān)鍵詞：STEM教育;STEM課程理念;6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式;課程設(shè)計(jì)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）3-0028-3

1986年，美國國家科學(xué)委員會（NBS）發(fā)表《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》（Science and mathematics and engineering education of undergraduate course）報告，STEM教育正式進(jìn)入大眾的視野。STEM的發(fā)展經(jīng)歷了一系列復(fù)雜而深刻的變化，但為國家培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的人才以增強(qiáng)其全球競爭力的目標(biāo)并沒有發(fā)生改變[1]。2016年，聯(lián)合課題組發(fā)布的《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》指出，中國學(xué)生的核心素養(yǎng)包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究、勤于反思、信息意識、社會責(zé)任、勞動意識、問題解決、技術(shù)運(yùn)用等，而STEM教育是一種以建構(gòu)主義為指導(dǎo)思想、以真實(shí)世界的問題情境為背景、以問題為導(dǎo)向、以項(xiàng)目為驅(qū)動的新型教學(xué)理念。STEM教育通過跨學(xué)科整合性學(xué)習(xí)、探究型學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)等方式來培養(yǎng)學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)問題的能力，提高學(xué)生的STEM素養(yǎng)，這是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)這一終極目標(biāo)的有效途徑。因此，探索一種將STEM教育理念融入我國中學(xué)物理課堂教學(xué)中的方式成為當(dāng)前教育者應(yīng)該努力的方向。

1? ? 融入STEM教育理念的初中物理課程應(yīng)遵循的理念

1.1? ? 課程設(shè)計(jì)方面

我國初中學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實(shí)，邏輯思維能力也很強(qiáng)，但是創(chuàng)新能力不足，對知識的遷移應(yīng)用能力也較弱[2]?；赟TEM教育理念的初中物理課程設(shè)計(jì)應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和應(yīng)用知識解決真實(shí)世界問題的能力，并遵循如下理念：

（1）跨學(xué)科性理念?？鐚W(xué)科性是STEM教育最核心的特征。因此，應(yīng)摒棄我國中小學(xué)分科早所導(dǎo)致的學(xué)生所學(xué)知識缺乏系統(tǒng)性以及與現(xiàn)實(shí)生活相割裂的弊端[2]，在課程設(shè)計(jì)上，將重心放在利用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等相關(guān)知識解決實(shí)際問題或設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)品上，并在此過程中提高學(xué)生整合知識并應(yīng)用于實(shí)踐的綜合能力[3]。

（2）趣味性理念。在課程設(shè)計(jì)過程中，教學(xué)內(nèi)容需要充滿趣味性。這就要求教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時把知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為真實(shí)世界中的一個個有趣的問題，以問題為導(dǎo)向引起學(xué)生思考，并將知識與實(shí)際生活有機(jī)地聯(lián)系起來[3]。

（3）多維性理念。STEM教育基于真實(shí)生活的復(fù)雜情境，僅靠單一的紙質(zhì)教學(xué)內(nèi)容不足以滿足學(xué)生的探究心理。因此，在課程設(shè)計(jì)時借助于先進(jìn)的信息技術(shù)手段，豐富教學(xué)內(nèi)容，有助于更好地培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力[3]。

1.2? ? 課程實(shí)施方面

從課程實(shí)施角度來看，STEM教育更能體現(xiàn)物理教學(xué)的實(shí)踐性和物理規(guī)律的關(guān)聯(lián)性[4]。與初中物理教學(xué)中提出的探究式教學(xué)模式相比，融入STEM教育理念的初中物理課程更注重物理規(guī)律在實(shí)際問題解決中的整合與應(yīng)用。因此，在課程的實(shí)施過程中，應(yīng)將STEM教育的項(xiàng)目性與協(xié)作性融入其中，讓學(xué)生在整合所學(xué)自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過對問題的分析研究，運(yùn)用不同的科學(xué)知識找到問題解決方法，并從中學(xué)會靈活地運(yùn)用這些規(guī)律來解決其他相關(guān)的實(shí)際問題[5]。

（1）項(xiàng)目性理念。STEM教育是基于真實(shí)情境的以項(xiàng)目為驅(qū)動的新型教育理念。因此，在課程實(shí)施過程中，教師應(yīng)基于STEM教育理念對學(xué)習(xí)活動進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并組織學(xué)生開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)（Project-Based Learning）[5]。其實(shí)，項(xiàng)目中蘊(yùn)含著各個學(xué)科的知識，學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中探究能力、小組合作能力、創(chuàng)新能力、解決問題的能力等不斷提高，STEM素養(yǎng)也逐漸增強(qiáng)。

（2）協(xié)作性理念。協(xié)作性理念包含三個方面：學(xué)生與教師的協(xié)作，學(xué)生與學(xué)生的協(xié)作，教師與教師的協(xié)作。在融入STEM教育理念的課程中，教師通常充當(dāng)學(xué)習(xí)活動的組織者和引導(dǎo)者，因此，學(xué)生在活動中需要和教師協(xié)作。此外，STEM教育倡導(dǎo)小組學(xué)習(xí)，共同探究。小組成員之間相互協(xié)作配合，共同完成資料搜集、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、制作裝置、檢測深化、交流并評價。并且學(xué)生在相互協(xié)作中，更容易碰撞出思維的火花，得到更多創(chuàng)造性的結(jié)果[5]。因?yàn)镾TEM教育具有跨學(xué)科的特點(diǎn)，面對一些真實(shí)情境中的問題，一門學(xué)科的教師有時是不能解決的，這就需要不同學(xué)科的教師相互協(xié)作對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。

2? ? 融入STEM教育理念的初中物理課程設(shè)計(jì)

根據(jù)STEM教育的目標(biāo)及理念，并結(jié)合我國的實(shí)際情況，融入STEM教育理念的初中物理課程的設(shè)計(jì)可根據(jù)美國國際技術(shù)與工程教育學(xué)會（International Technology and Engineering Educators Association，ITEEA）于2014年提出的6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式（Learning by DESIGNTM Model）來操作。6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式的六個階段分別為：參與（Engage）、探索（Explore）、解釋（Explain）、工程（Engineer）、深化（Enrich）和評價（Evaluate）[6]。

本案例針對初中物理“運(yùn)動和力”“功和機(jī)械能”專題，以“回滾筒的制作”為項(xiàng)目主題，依據(jù)6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式進(jìn)行融入STEM教育理念的課程設(shè)計(jì)?！盎貪L筒”案例是通過探究重心與穩(wěn)定性的關(guān)系以及阻力對物體運(yùn)動的影響來分析回滾筒運(yùn)動距離的影響因素。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行裝置的設(shè)計(jì)、制作及改進(jìn)，對所學(xué)知識進(jìn)行深度探索，從而實(shí)現(xiàn)知識和技能的遷移。其中，涉及到的STEM學(xué)科知識如表1所示。

“回滾筒”課程設(shè)計(jì)共分為7節(jié)課，教師首先通過圖片和真實(shí)生活中的實(shí)例創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)和探究興趣，讓他們主動參與到學(xué)習(xí)中來。接著，引導(dǎo)學(xué)生制作平衡鳥、彈簧測力計(jì)和橡皮筋動力小車等，讓他們學(xué)習(xí)科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）、數(shù)學(xué)（M）的相關(guān)知識，并通過挑戰(zhàn)性任務(wù)讓學(xué)生主動思考，與“回滾筒”案例產(chǎn)生聯(lián)系。然后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工程方案的設(shè)計(jì)和裝置的制作，深化分析該設(shè)計(jì)能否應(yīng)用到新情境中，提出“3D打印”，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識與技能的遷移，深化對工程設(shè)計(jì)的理解。最后，進(jìn)行產(chǎn)品展示，教師與學(xué)生共同對項(xiàng)目過程、產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行評價和反思。圖1是“回滾筒”案例的課時安排、對應(yīng)的6E模式階段以及主要教學(xué)內(nèi)容，表2則詳細(xì)列出了“回滾筒”案例的教學(xué)設(shè)計(jì)。

3? ? 結(jié)? 語

STEM教育是一種整合性的教育理念，是未來教育發(fā)展的趨勢。第四屆科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)國 際教育大會（ The 4th International STEM in Education Conference）提出，未來STEM教育需要開展以下幾方面的探索：加強(qiáng)STEM師資培育;推進(jìn)本土STEM創(chuàng)新課程[7]。因此，對于我國基礎(chǔ)教育發(fā)展而言，設(shè)計(jì)并實(shí)施融入STEM教育理念的中學(xué)物理教學(xué)案例對于學(xué)生發(fā)展是比較適宜的。在教師進(jìn)行STEM教育案例設(shè)計(jì)時，應(yīng)以原有學(xué)科知識為載體，以真實(shí)情境中的問題為背景，結(jié)合我國中學(xué)實(shí)際教學(xué)情況，通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)、小組合作、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)探究等方式，應(yīng)用6E設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式，積極引導(dǎo)學(xué)生在教育教學(xué)活動中提升他們的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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[7]江豐光.連接正式與非正式學(xué)習(xí)的STEM教育——第四屆STEM國際教育大會述評[J].電化教育研究，2017，38（2）：53-61.（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）