基于STEM理念的高中物理課程教學(xué)改革策略研究

陳富斌

摘 要：STEM理念倡導(dǎo)融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多學(xué)科內(nèi)容，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，與我國創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)相符合。在高中物理課程教學(xué)中融入STEM理念，能夠幫助學(xué)生構(gòu)建整體性的知識(shí)結(jié)構(gòu)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析信息、交流協(xié)作、實(shí)踐創(chuàng)新等能力。因此，作為高中物理教師，我們要準(zhǔn)確把握STEM理念的特征內(nèi)涵，積極地把物理教學(xué)與STEM教育融合起來，提高課程育人質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高中物理；STEM理念；教學(xué)創(chuàng)新；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G63? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-9132（2023）17-00６４-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2023.17.0２1

STEM理念指的是結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活與學(xué)習(xí)者的認(rèn)知需求科學(xué)設(shè)計(jì)問題或項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者自主思考與協(xié)作探究，以便對(duì)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新實(shí)踐能力以及解決問題能力進(jìn)行培養(yǎng)。在高中物理教學(xué)中引入STEM理念，能夠充分滿足學(xué)生的探索學(xué)習(xí)需要，幫助學(xué)生高效整合跨學(xué)科知識(shí)，不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。因此，高中物理教師要充分認(rèn)識(shí)到STEM理念的應(yīng)用價(jià)值，積極探索與改革課堂教學(xué)模式，逐步培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

一、STEM理念融入高中物理教學(xué)的可行性分析及原則要求

（一）可行性分析

1.STEM教育理念與物理課程改革要求相契合。物理學(xué)屬于自然學(xué)科，主要對(duì)自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等進(jìn)行研究，緊密聯(lián)系數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程等其他學(xué)科，且與現(xiàn)代社會(huì)、生產(chǎn)生活、科技創(chuàng)新等有著密切關(guān)系。新課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出，物理教師要積極應(yīng)用項(xiàng)目式教學(xué)、任務(wù)式教學(xué)等教學(xué)方式，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。而STEM教育理念倡導(dǎo)融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科，向?qū)W生布置跨學(xué)科、探究性的項(xiàng)目任務(wù)，讓學(xué)生利用跨學(xué)科知識(shí)和方法解決綜合性問題，以便培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)。由此可見，STEM教育理念契合物理課程改革要求，具備融合的可行性。

2.STEM教育目標(biāo)與物理課程育人目標(biāo)相契合。依據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)是物理課程的主要育人目標(biāo)，涵蓋物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任等多個(gè)維度。STEM教育將提升學(xué)生STEM素養(yǎng)作為教育目標(biāo)，涵蓋科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)等內(nèi)容。其中，物理觀念與科學(xué)素養(yǎng)相對(duì)應(yīng)，側(cè)重于讓學(xué)生理解科學(xué)體系知識(shí)，形成相應(yīng)的意識(shí)與觀念。技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)與科學(xué)探究相對(duì)應(yīng)，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生整體體驗(yàn)問題探究及技術(shù)運(yùn)用過程，形成相應(yīng)的能力和素養(yǎng)。數(shù)學(xué)素養(yǎng)與新課標(biāo)倡導(dǎo)的模型建構(gòu)、科學(xué)推理等要求相對(duì)應(yīng)，存在著包含與被包含的關(guān)系。

（二）原則要求

1.綜合性。STEM理念要求整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，因此物理教師要遵循綜合性的原則開展教學(xué)活動(dòng)，靈活融入其他學(xué)科的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)跨學(xué)科知識(shí)，拓展學(xué)生的知識(shí)面。在引入其他學(xué)科知識(shí)時(shí)，教師一方面要深入剖析教材內(nèi)容，保證引入知識(shí)與教材內(nèi)容密切相關(guān)，另一方面要全面了解學(xué)生的認(rèn)知水平，保證學(xué)生能夠快速理解和消化。

2.情境性。STEM理念要求教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題時(shí)學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)。物理課程與生活聯(lián)系較為緊密，但一些教師往往依據(jù)教材開展教學(xué)活動(dòng)，沒有引入生活現(xiàn)象與案例，導(dǎo)致學(xué)生的探索欲望得不到激發(fā)。針對(duì)這種情況，教師要聯(lián)系生活創(chuàng)設(shè)一定的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)大膽假設(shè)與猜想，利用動(dòng)手探究進(jìn)行驗(yàn)證。創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境能夠充分體現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)的教育方針，能夠?qū)⒊橄髲?fù)雜的物理概念變得生動(dòng)形象，進(jìn)而降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

3.發(fā)展性。促進(jìn)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展是STEM教育的重要目標(biāo)，而物理學(xué)科也具有明顯的發(fā)展性特征。因此，教師要貫徹發(fā)展性原則，密切關(guān)注物理學(xué)科的前沿進(jìn)展，將一系列新的學(xué)習(xí)內(nèi)容加入進(jìn)來，讓學(xué)生對(duì)科學(xué)進(jìn)步深入感知，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。同時(shí)，在設(shè)計(jì)教學(xué)方案時(shí)，教師要充分考慮班級(jí)學(xué)生的實(shí)際水平，避免因理解難度過大而影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對(duì)學(xué)生的個(gè)體發(fā)展造成阻礙。

4.實(shí)踐性。STEM理念倡導(dǎo)教師依托問題或任務(wù)組織探究實(shí)踐活動(dòng)，教會(huì)學(xué)生學(xué)以致用?；诖耍處煈?yīng)充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)具備操作價(jià)值的問題或項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)進(jìn)行探究和解決，這樣不但能夠優(yōu)化學(xué)生的物理學(xué)習(xí)體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的成就感，還可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、探究能力以及創(chuàng)新精神。

二、基于STEM理念的高中物理課程教學(xué)改革策略

（一）重構(gòu)目標(biāo)，指導(dǎo)教學(xué)

教學(xué)目標(biāo)是教師開展所有教學(xué)活動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)與落腳點(diǎn)，因此在STEM教育理念指導(dǎo)下，教師要重構(gòu)課堂教學(xué)目標(biāo)。在確立目標(biāo)時(shí)，教師需要整合STEM教育目標(biāo)與核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科知識(shí)與技能，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷觀察、思考、討論、探究等各個(gè)環(huán)節(jié)，促使學(xué)生在豐富感性經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成學(xué)科核心素養(yǎng)與STEM素養(yǎng)。結(jié)合物理核心素養(yǎng)與STEM素養(yǎng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，教師可設(shè)計(jì)這樣的教學(xué)目標(biāo)：（1）科學(xué)層面。深入掌握物理知識(shí)，能夠利用物理概念、規(guī)律等解釋生活中的物理現(xiàn)象，形成良好的科學(xué)態(tài)度。（2）技術(shù)層面。深入理解物理原理的本質(zhì)，掌握物理原理、實(shí)驗(yàn)工具的應(yīng)用方法，形成解決物理問題的能力。（3）工程層面。初步形成工程思維，能夠與其他同學(xué)加強(qiáng)協(xié)作，共同解決項(xiàng)目任務(wù)，經(jīng)歷方案設(shè)計(jì)、實(shí)踐探索、評(píng)價(jià)反思等環(huán)節(jié)。（4）數(shù)學(xué)層面。掌握數(shù)據(jù)收集、分析及處理方法，能夠在物理問題解決中應(yīng)用數(shù)學(xué)圖表。

（二）創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

STEM教育理念倡導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生在真實(shí)生活情境中學(xué)習(xí)、應(yīng)用跨學(xué)科知識(shí)，依托真實(shí)情境和典型問題激發(fā)學(xué)生的探究積極性。因此，在物理課堂教學(xué)中，教師需利用真實(shí)的生活情境還原孤立、抽象、復(fù)雜的物理知識(shí)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出引發(fā)學(xué)生探究欲望的情境性問題。其中，新知引入在教學(xué)過程中發(fā)揮著十分重要的作用，如果教師能夠巧妙設(shè)計(jì)課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，將會(huì)迅速激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善課堂教學(xué)效果。在具體實(shí)踐中，教師要深入了解班級(jí)學(xué)生的前認(rèn)知及接受能力，剖析章節(jié)重點(diǎn)知識(shí)，采用圖片、視頻、教具等表現(xiàn)方式重現(xiàn)真實(shí)的問題情境，喚起學(xué)生的探索欲望，為后續(xù)教學(xué)活動(dòng)的開展打下良好的基礎(chǔ)。例如，在學(xué)習(xí)“超重與失重”知識(shí)時(shí)，教師可提前準(zhǔn)備體重秤等材料，引導(dǎo)學(xué)生測(cè)量、記錄自己的體重。在測(cè)量的過程中，學(xué)生可以做出起立、下蹲等動(dòng)作，對(duì)體重秤的示數(shù)變化進(jìn)行觀察。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)示數(shù)發(fā)生變化后，他們會(huì)產(chǎn)生濃厚的探索興趣，這時(shí)教師就可以引導(dǎo)學(xué)生思考示數(shù)變化的原因，逐漸引出章節(jié)新知。總之，問題情境能夠讓學(xué)生產(chǎn)生探索的欲望，增強(qiáng)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與物理課堂的生命力。

（三）設(shè)置疑問，討論交流

STEM理念倡導(dǎo)教師改變自身的角色定位，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性作用。因此，教師要著重發(fā)揮自身的引導(dǎo)職能，結(jié)合真實(shí)問題或任務(wù)提出若干個(gè)子問題，引導(dǎo)學(xué)生在自主思考的基礎(chǔ)上與小組成員交流、討論與分享，逐漸理解新的概念知識(shí)，掌握相應(yīng)的技能方法。現(xiàn)階段，部分教師沿用傳統(tǒng)教學(xué)方式，課堂氣氛較為沉悶，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。針對(duì)這種情況，教師要積極應(yīng)用提問策略，優(yōu)化課堂氛圍，不要只看重問題數(shù)目，要著重關(guān)注問題質(zhì)量，判斷設(shè)計(jì)的問題是否緊密關(guān)聯(lián)課時(shí)重點(diǎn)內(nèi)容、是否能夠引發(fā)學(xué)生的思考欲望及互動(dòng)興趣、是否能夠幫助學(xué)生梳理重點(diǎn)知識(shí)。根據(jù)提出的問題，教師可以組織學(xué)生合作討論和研究，鼓勵(lì)各個(gè)組員踴躍發(fā)表意見，逐步達(dá)成共識(shí)。在這一過程中，學(xué)生的參與需求得到滿足，學(xué)習(xí)成就感得到增強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。相較于常規(guī)的提問教學(xué)方法，小組討論的優(yōu)勢(shì)眾多：一方面小組討論真正體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，有助于強(qiáng)化學(xué)生的參與感和獲得感；另一方面小組討論能夠同步培養(yǎng)學(xué)生的思考意識(shí)、協(xié)作精神，有助于促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（四）答疑解惑，引導(dǎo)總結(jié)

受認(rèn)知能力、思維方式等因素的影響，學(xué)生往往只能獲取片面的結(jié)論，還有諸多問題沒有得到有效解決。因此，教師要及時(shí)答疑解惑，帶領(lǐng)學(xué)生解決探究交流過程中形成的問題，且對(duì)此節(jié)課的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行梳理和總結(jié)，幫助學(xué)生對(duì)相關(guān)概念與知識(shí)體系進(jìn)行建構(gòu)。在答疑解惑過程中，教師要善于應(yīng)用啟發(fā)式策略，引導(dǎo)學(xué)生逐漸找到問題解決思路，一步一步地解決問題，這樣學(xué)生才能夠牢固建構(gòu)知識(shí)體系，發(fā)展思考探究能力。之后，教師要對(duì)此節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，幫助學(xué)生內(nèi)化吸收知識(shí)，建構(gòu)完整的知識(shí)體系。例如，在教學(xué)“電場強(qiáng)度”知識(shí)時(shí)，教師對(duì)電荷之間的相互作用進(jìn)行了演示，很多學(xué)生無法理解“電荷沒有接觸卻產(chǎn)生相互作用力”。結(jié)合學(xué)生的疑惑，教師可設(shè)計(jì)啟發(fā)性問題，如我們?cè)谝酝膶W(xué)習(xí)過程中是否遇到過類似的情況？磁體之間的作用力是怎么產(chǎn)生的？在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生逐漸利用類比思想理解和掌握電場知識(shí)。

（五）引入項(xiàng)目，探索實(shí)踐

STEM理念倡導(dǎo)項(xiàng)目化教學(xué)，依托項(xiàng)目實(shí)踐探索活動(dòng)全面培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用、探究創(chuàng)新等能力。因此，教師在完成基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)后，需積極引入適宜的遷移拓展項(xiàng)目，為學(xué)生提供探索實(shí)踐的機(jī)會(huì)。在選擇項(xiàng)目時(shí)，教師需充分考慮班級(jí)學(xué)生的實(shí)際情況，認(rèn)真貫徹最近發(fā)展區(qū)原則，科學(xué)管控項(xiàng)目的難度，促使學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)得到有效激發(fā)。教師在開展項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，不能向?qū)W生直接講解操作步驟，讓學(xué)生按照固定的程序進(jìn)行實(shí)踐，這樣只能夠?qū)W(xué)生的動(dòng)手操作能力進(jìn)行培養(yǎng)，無法促進(jìn)學(xué)生知識(shí)整合能力、創(chuàng)新能力的發(fā)展。在具體實(shí)踐中，教師要向?qū)W生提供自由發(fā)揮、自主創(chuàng)造的空間，鼓勵(lì)學(xué)生按照自己的想法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案開展動(dòng)手活動(dòng)，這樣學(xué)生的創(chuàng)造力才能夠得到培養(yǎng)。同時(shí)，教師要靈活引入小組合作形式，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教師布置的問題任務(wù)認(rèn)真搜集相關(guān)資料，與小組成員加強(qiáng)交流討論，構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，之后與小組成員共同進(jìn)行實(shí)踐。在這一過程中，教師要對(duì)各組學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)展進(jìn)行密切關(guān)注，從教學(xué)資源方面提供支持。如果小組學(xué)生遇到了難以解決的問題，教師要及時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生調(diào)整思路和方法，最終完成項(xiàng)目任務(wù)。例如，在教學(xué)“電磁感應(yīng)”知識(shí)時(shí)，教師先帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)教材中的基礎(chǔ)知識(shí)，之后設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)密切的探索項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)能夠判斷感應(yīng)電流大小的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生經(jīng)過查閱資料、相互交流，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案：先連接自制線圈與小燈泡，再快速插入與拔出磁鐵，通過對(duì)小燈泡的亮暗程度進(jìn)行觀察，即可判斷電路中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流及其大小。學(xué)生通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，既可以深入理解與牢固掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，又能夠鍛煉培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。

（六）多元評(píng)價(jià)，促進(jìn)成長

為充分體現(xiàn)STEM理念的應(yīng)用價(jià)值，教師要及時(shí)優(yōu)化教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，建設(shè)多維評(píng)價(jià)模式，發(fā)揮教學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)教學(xué)活動(dòng)的導(dǎo)向功能。

1.拓展評(píng)價(jià)主體。依據(jù)STEM理念，教師需在課堂教學(xué)中組織小組討論、項(xiàng)目探究等諸多類型的活動(dòng)。在活動(dòng)實(shí)施過程中，教師無法全面了解各個(gè)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況。如果單單由教師進(jìn)行評(píng)價(jià)，就難以有效反映學(xué)生能力發(fā)展以及學(xué)習(xí)表現(xiàn)情況，所以教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生積極地參與其中，并結(jié)合自我評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)、生生互評(píng)等形式客觀全面地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)。

2.豐富評(píng)價(jià)指標(biāo)。為全面了解學(xué)生各項(xiàng)能力的發(fā)展情況，教師需設(shè)計(jì)多個(gè)維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如活動(dòng)參與表現(xiàn)、回答問題積極性、協(xié)作意識(shí)、創(chuàng)新精神等。通過豐富評(píng)價(jià)指標(biāo)，我們能夠保證評(píng)價(jià)的全面性。

3.具體真誠評(píng)價(jià)。教師在評(píng)價(jià)學(xué)生時(shí)，要采用真實(shí)的態(tài)度和具體的語言，不能簡單地用“你真棒”等話語進(jìn)行敷衍。如一些學(xué)生能夠從新的角度思考問題，教師可先肯定學(xué)生的創(chuàng)新精神，再評(píng)價(jià)思路是否正確、答案是否準(zhǔn)確等。如果學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤，教師不能單單進(jìn)行批評(píng)，而是要巧妙融合夸獎(jiǎng)與批評(píng)，先發(fā)現(xiàn)、夸獎(jiǎng)學(xué)生的長處，再采用適宜的方式指出學(xué)生的缺點(diǎn)與不足，這樣學(xué)生更容易接受教師的意見。由此可見，采用具體、真誠的評(píng)價(jià)方式可以充分發(fā)揮評(píng)價(jià)的功能作用。此外，教師要充分考慮學(xué)生的性格差異，采用針對(duì)性的評(píng)價(jià)策略。如一些學(xué)生性格較為靦腆，教師要多采用鼓勵(lì)評(píng)價(jià)形式，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。

三、結(jié)語

綜上所述，STEM理念與物理課程改革要求相適應(yīng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)整合、創(chuàng)新實(shí)踐等多方面能力。作為高中物理教師，我們要積極學(xué)習(xí)STEM教育相關(guān)的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)及學(xué)生情況高度融合物理教學(xué)與STEM教育，切實(shí)提高物理學(xué)科授課質(zhì)量，全面促進(jìn)學(xué)生進(jìn)步。

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