STEM教育理念觀照下的初中物理教學設計

王麗華

【摘 要】將科學教育、技術教育、工程教育、數學教育與初中物理教育相融合，以STEM教育理念來指導初中物理教學設計成為將物理單科教育演變為綜合化教育的新思路。本文分析了STEM教育理念對初中物理教學的啟示，并以該理論為指導提出教學設計的基本模式。

【關鍵詞】STEM教育；初中物理；教學思考

近年來，教育界對STEM教育與課程整合的重視程度不斷加強，相關理念已經滲透進中學的科學教育之中。STEM是科學（science）、技術（technology）、工程（engineer）和數學（mathematics）的縮寫，該教育理念強調將四門學科組合起來，以科學知識作為核心，以數學為基本工具，引導學生參與到工程和技術的實踐之中，培養他們的問題解決能力。那么STEM教育理念給我們的初中物理教育帶來怎樣的啟示？物理教師應該如何在教學中對學生進行STEM教育呢？

從課程實施來看，STEM更注重物理學習的實踐性以及物理規律的關聯性。和當前所倡導的“探究式學習”相比，STEM也強調學生在學習中的主體地位，其不同之處在于STEM更關注物理規律在問題解決過程中的整合與應用。學生通過對問題的分析和研究，采用不同的知識和研究方法來探索問題，從而活化自身對課本知識的理解，這有助于學生實踐意識的提高，也有助于他們遷移能力的發展。

那么，STEM教育理念指導下的初中物理教學應該如何設計呢？例如，“汽化”是“物態變化”一章的重要內容，本節內容涉及到概念和實驗較多，歷來都是初中物理的教學重點。下面筆者就按照上述教學模型，以本節內容為例來進行教學設計。

一、導入環節：創設情境，啟發學生發現問題

在課堂導入階段，教師要從學生已有的經驗中選取素材，創設情境由學生自主發現問題，展開科學探究。教師用手指蘸水在黑板上畫了一個笑臉，很快這個笑臉就消失了，這是為什么呢？學生答道：這是因為水變成水蒸氣。教師要求學生再舉出一些例子，并引導學生結合實例總結“汽化”的定義。圍繞學生所列舉的實例，教師引導他們展開更加細化的研究，進而將汽化現象分為兩類：沸騰和蒸發。為了進一步激活學生的思維，教師裝作一不小心將一杯水灑在地上，以此啟發學生發現問題：怎樣可以加快地面上水的蒸發速度？這其實也就對應本節課的一個核心問題：蒸發的快慢與哪些因素有關？

二、合作探究：圍繞問題，開展實踐研究

教師引導學生，分析問題，并展開合作探究，鼓勵學生在相互探討中獲得啟發，進而實現問題解決。學生圍繞問題，聯系生活中的經驗展開思考和交流，在討論中他們形成如下猜想：影響蒸發快慢的因素可能有溫度、表面積、空氣流動快慢等等。當然他們的探索并沒有止步于此，為了驗證自己的猜想，他們繼續以控制變量法來建構驗證方案：（1）為驗證溫度的影響，他們提出在玻璃上滴上兩滴等量的水，然后用酒精燈對其中的一滴加熱，比較蒸發快慢；（2）為驗證表面積的影響，針對同樣的兩滴水，在其他條件不變的前提下，他們增大某一滴的表面積，比較蒸發快慢；（3）為了驗證空氣流動帶來的影響，他們在一滴水附近架起電風扇，由此來比較蒸發快慢。

以上只是筆者選取學生所提出的部分方案，類似的設想還有很多，STEM教育理念要求學生以合作學習的方式來組織解決問題的方案，并完成探究任務。為此，教師要依據學生的實際情況進行分組，讓每一組都有善于組織籌劃的學生，有強于操作和實踐的學生，有理論知識扎實、數學能力突出的學生，這樣的分組有助于學生學會如何在團隊中發揮自己的優勢，同時還能培養學生的團隊合作意識。此外教師也要鼓勵學生采用STEM方面的知識和方法來解決問題，比如上述過程中學生設計實驗其實就與技術和工程有一定的關聯。

三、組間交流：分享不同觀點，拓展研究視角

“整合”是STEM教育理念的核心所在，這里的整合不僅是學科知識的整合，從廣義層面來看，它也包括對不同觀點的整合。在合作探究中，每一個小組的方案設計與實驗結果都會出現一些偏差，教師要引導學生針對存在的問題展開探索和討論，通過分析、對比和反思來達成認識上的一致。此外，討論的范圍還不僅僅局限于本節所討論的“汽化”的知識，學生也可以在問題探索中將認識拓展到其他領域：比如為什么灌開水時，皮膚接觸到蒸汽時可能產生嚴重的燙傷？水沸騰時，水蒸氣將水壺壺蓋頂起時能量轉化有著怎樣的規律？夏天扇扇子可以讓人感到涼爽，是不是扇扇子導致房間溫度降低了呢？諸如此類的問題都可以成為學生組間交流的內容。

總之，只要交流環節沒有偏離教學目標，教師就要讓學生自由地發表自己的觀點，同時也鼓勵他們對別人的觀點進行客觀而合理的評價，這也是STEM教育開放性的一種體現。

四、評價總結：糾正錯誤，在反思中深化認知

在探究的評價環節，教師要引導學生對學習情況進行評價和總結，教師不僅要對優秀的實驗設計和具有創新性的實驗觀點進行鼓勵，也要對學生暴露出的錯誤進行分析和糾正。學生的很多認識都是來自于生活經驗，某些內容還存在科學性錯誤，對此教師要堅持以學生為主體，引導他們展開分析和探索，讓他們自己發現問題的存在，進而實現問題的解決。當然，在學生討論結束時，如果他們在某些問題上依然存在爭議，教師可以通過實驗和舉例的方法來幫助他們進行糾正，當然實驗觀察和實例分析還是以學生為主體來進行。

與以往的教學理念相比，STEM教育的最大優勢就在于其充分體現探究過程的多元化和靈活性，讓學生領略到整合跨學科知識和能力的重要性。在科技高速發展的今天，以正確的理念來建構課堂對學生的發展非常重要，STEM教育綜合當前最先進的教育理論，對學生的學習過程進行了系統化、多元化、方法化的處理，引導學生在合作探究中強化他們的學習興趣，培養他們的科學思維品質，提升他們的STEM素養，這與我們初中物理的培養目標是統一的。

【參考文獻】

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