基于STEM理念的高中物理實(shí)驗(yàn)校本課程研究

(江蘇省姜堰中學(xué)，江蘇 泰州 225500)

STEM教育是通過科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多學(xué)科融合，關(guān)注最新技術(shù)及其實(shí)踐的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生能夠應(yīng)用跨學(xué)科知識綜合解決實(shí)際問題，成長為復(fù)合型創(chuàng)新人才。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》聚焦學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，為了進(jìn)一步發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主體作用，引導(dǎo)學(xué)生主動探究，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，同時為打破教師專業(yè)發(fā)展瓶頸，促進(jìn)教師和學(xué)生的共同主動發(fā)展，我校開發(fā)了基于STEM理念的高中物理實(shí)驗(yàn)校本課程，取得一定成效。

1 校本課程開發(fā)的宗旨

開發(fā)基于STEM理念的高中物理實(shí)驗(yàn)校本課程的宗旨如下：

(1) 研究高中物理實(shí)驗(yàn)的教育教學(xué)價(jià)值，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，促進(jìn)教師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、創(chuàng)新能力的提升，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

(2) 探索高中物理實(shí)驗(yàn)多元化教學(xué)模式和評價(jià)體系，引領(lǐng)教師改變傳統(tǒng)的教學(xué)習(xí)性，培養(yǎng)學(xué)生探究精神和創(chuàng)新能力。

(3) 探索運(yùn)用課外實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生水平提升的途徑，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生主動發(fā)展。

(4) 探索高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新途徑，形成具有鮮明特色的物理實(shí)驗(yàn)校本課程，促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的顯著提高。

2 校本課程的構(gòu)建與實(shí)施

2.1 依托信息技術(shù)，開發(fā)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

課題組成員將物理課本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行拓展延伸，開發(fā)更多的物理實(shí)驗(yàn)資源，將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來。如，傳統(tǒng)教學(xué)中“牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)比較繁瑣，但是使用力傳感器后，有效地突破了教學(xué)難點(diǎn)：合力的測定，化繁為簡，明顯地降低了實(shí)驗(yàn)難度，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

2.2 做實(shí)課本的拓展性實(shí)驗(yàn)

我們根據(jù)教材內(nèi)容，對學(xué)生進(jìn)行社會調(diào)查方面的指導(dǎo)，有計(jì)劃地組織學(xué)生進(jìn)行社會調(diào)查，如“橋梁中的力學(xué)原理”“自行車力學(xué)原理”“航天科技中的物理知識”“電磁感應(yīng)在汽車上的實(shí)際應(yīng)用”等，并對學(xué)生提交的拓展性實(shí)驗(yàn)報(bào)告按照等級進(jìn)行評比，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生做好課本拓展性實(shí)驗(yàn)的興趣。

2.3 面向未來教育，開發(fā)工坊實(shí)驗(yàn)課程

我們以“趣玩—智造—思創(chuàng)”的教學(xué)框架為基礎(chǔ)，在實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、動手能力和項(xiàng)目學(xué)習(xí)能力的同時，致力于打造面向未來的個性化特色校園文化，積極開展工坊實(shí)驗(yàn)課程，不是在傳統(tǒng)的教室上課，而是在充滿如木板、銼刀、電線、電路板、芯片等工坊里實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)造。物理學(xué)科設(shè)置了不同主題的工作坊，讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)自主完成他們感興趣的、和生活相關(guān)的項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)過程中掌握各種跨學(xué)科的知識，分享在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中的體會。

2.4 開發(fā)和地方資源相結(jié)合的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)

我們充分發(fā)揮地方資源獨(dú)特優(yōu)勢，突出文化建設(shè)，努力挖掘?qū)ｎ}場館、項(xiàng)目資源、鄉(xiāng)土資源等，使之成為培養(yǎng)學(xué)生愛好與特長、培育學(xué)生核心素養(yǎng)的重要平臺。如在溱湖國家濕地公園掛牌成立了“開放實(shí)驗(yàn)室”課外實(shí)踐基地，并開展溫度、濕度、飽和汽與未飽和汽等多樣性的研究。

2.5 開發(fā)和日常生活相結(jié)合的生活化實(shí)驗(yàn)

讓學(xué)生把校內(nèi)學(xué)習(xí)與社會、家庭中的學(xué)習(xí)結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)理性和實(shí)踐創(chuàng)新精神。物理社團(tuán)開展了以“探究生活中科學(xué)原理”為主題的綜合實(shí)踐活動，選取與日常生活中的物理相關(guān)的多個主題，重在學(xué)生的親身體驗(yàn)、操作，豐富學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)。

2.6 開發(fā)符合學(xué)生興趣和特長需要的個性化實(shí)驗(yàn)

我們利用周末舉辦物理實(shí)驗(yàn)室開放日活動，教師根據(jù)學(xué)生知識狀況和能力發(fā)展需要，指導(dǎo)活動計(jì)劃。研究內(nèi)容從驗(yàn)證性走向探究性、從課本走向生活，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由單一走向開放，實(shí)驗(yàn)手段由傳統(tǒng)走向數(shù)字化，如“紙質(zhì)橋梁制作”“用DIS研究平拋運(yùn)動”“太陽能發(fā)電并離網(wǎng)技術(shù)”等。

3 校本課程開發(fā)過程中教師的收獲

3.1 豐富了“探究精神，創(chuàng)新能力”的思想內(nèi)涵

“探究精神，創(chuàng)新能力”的培養(yǎng)是物理教學(xué)的核心，基于STEM理念的高中物理實(shí)驗(yàn)校本課程堅(jiān)持以“促進(jìn)有效教學(xué)”為價(jià)值追求，以“提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力”為目標(biāo)，著力打造科學(xué)合理的新型課堂教學(xué)模式。學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提高和學(xué)習(xí)能力的增強(qiáng)是“探究精神和創(chuàng)新能力”培養(yǎng)的必然結(jié)果，“創(chuàng)新實(shí)踐”的主要學(xué)習(xí)方式是探究式學(xué)習(xí)，其創(chuàng)新的程度決定著學(xué)生學(xué)習(xí)效率和能力的高低。教師給學(xué)生足夠的時間和空間，使學(xué)生放開探究、質(zhì)疑、展示，體現(xiàn)真正的開放。但教師的放開絕不是放任不管，教師適時地調(diào)控和引領(lǐng)能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更有效。

3.2 探索出實(shí)踐育人的基本范式

3.2.1 增強(qiáng)內(nèi)需，變他主為自主

傳統(tǒng)教學(xué)以教師講授式為主，學(xué)生參與度不高，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新實(shí)踐重視學(xué)生的主動探究和發(fā)現(xiàn)，教師發(fā)揮主導(dǎo)作用、是引導(dǎo)者，學(xué)生是發(fā)現(xiàn)者、學(xué)習(xí)的主人。開展形式多樣的物理實(shí)驗(yàn)活動，開拓了學(xué)生視野，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和內(nèi)驅(qū)力；將演示實(shí)驗(yàn)改為分組實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生動手的機(jī)會，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動意識和效能感。

3.2.2 自由組合，從單干到合作

采用組內(nèi)合作、組間競爭的方式進(jìn)行教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體。小組合作學(xué)習(xí)可彌補(bǔ)分組實(shí)驗(yàn)中學(xué)生個體能力不足的缺陷，通過小組合作探究的形式能提升學(xué)生問題解決的能力，學(xué)生在小組學(xué)習(xí)中學(xué)會交流與合作，體驗(yàn)科學(xué)研究的過程。

3.2.3 問題引領(lǐng)，變驗(yàn)證為探究

教師的教學(xué)設(shè)計(jì)必須要優(yōu)先考慮學(xué)生的“探究”與“發(fā)現(xiàn)”。教師將多個驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改成探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生人人參與，親身體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過程。讓學(xué)生由過去的被動式學(xué)習(xí)變成了現(xiàn)在的主動探究式學(xué)習(xí)，在獲得更多情感體驗(yàn)的同時培養(yǎng)批判性思維能力，提高分析、解決問題的能力。

3.3 促進(jìn)了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的變革

STEM理念下的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求教師“放開、放手、放心”，學(xué)生“學(xué)會、會學(xué)、樂學(xué)”，生成“主動、互動、靈動”的開放課堂。開放課堂包括教學(xué)情境、教學(xué)時空、教學(xué)方式、教學(xué)評價(jià)的開放。以教學(xué)情境開放為先導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生積極思考，形成問題意識；以開放教學(xué)方式為手段，變接受式學(xué)習(xí)為發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生探究熱情和活力；以開放教學(xué)時空為條件，把課堂教學(xué)的時間和空間向外拓展，讓學(xué)生自主建構(gòu)邏輯化的知識網(wǎng)絡(luò)；教學(xué)評價(jià)的開放讓教師在教學(xué)過程中，從學(xué)習(xí)動機(jī)、態(tài)度、興趣、方法、能力、進(jìn)步程度等視角，對學(xué)生進(jìn)行全方位、多元化評價(jià)，讓每個學(xué)生都能獲得學(xué)習(xí)的滿足感、愉悅感和成功感，促進(jìn)學(xué)生主動發(fā)展和差異發(fā)展。

3.4 促進(jìn)了教師的專業(yè)發(fā)展，提升了校本教研的質(zhì)量

近幾年，通過開發(fā)高中物理實(shí)驗(yàn)校本課程，學(xué)校物理教師實(shí)驗(yàn)技能得到進(jìn)一步提高，教學(xué)水平明顯增強(qiáng)，多名物理教師獲省級獎或成為省、市級教學(xué)骨干。課題組開發(fā)了具有我校特色的高中物理實(shí)驗(yàn)教材：《生活中物理元素》(上冊、下冊)、《高中物理拓展性實(shí)驗(yàn)》、《高中物理學(xué)史》等，課題組主持的多項(xiàng)省市級課題順利結(jié)題，并被評為優(yōu)秀課題。

4 校本課程開發(fā)過程中學(xué)生的收獲

4.1 優(yōu)化了學(xué)習(xí)方法，促進(jìn)了主動發(fā)展

借助創(chuàng)新實(shí)踐活動，開設(shè)形式多樣的趣味實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生大開眼界；將演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)的樂趣，以趣激學(xué)；引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，在觀察、體驗(yàn)與思考中發(fā)現(xiàn)、提出問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究精神，增強(qiáng)了學(xué)生的責(zé)任感，變被動參與為主動探究，變機(jī)械模仿為主動創(chuàng)新。問卷調(diào)查顯示：95%的學(xué)生對STEM理念下物理實(shí)驗(yàn)比較喜歡，88.7%的學(xué)生認(rèn)為自己體驗(yàn)到了活動過程中的艱辛與快樂。

4.2 開放了學(xué)習(xí)時空，改進(jìn)了學(xué)習(xí)方式

STEM理念下物理學(xué)習(xí)以自主、探究、合作為主要學(xué)習(xí)特征，學(xué)生有了活動與創(chuàng)造的時間，學(xué)生樂于發(fā)展；學(xué)生有了思維的空間，學(xué)生能夠發(fā)展；學(xué)生有了自主的權(quán)利，學(xué)生主動發(fā)展。通過校本課程的開發(fā)，學(xué)生能夠變注重學(xué)習(xí)結(jié)果為注重學(xué)習(xí)過程，變接受式學(xué)習(xí)為探究式學(xué)習(xí)，做學(xué)習(xí)的主人。“制作馬鈴薯電池”等活動使學(xué)生從分科的學(xué)習(xí)走向綜合的學(xué)習(xí)，“靜電除塵儀器”等的制作使學(xué)生從被動接受走向主動建構(gòu)知識。學(xué)生在活動中學(xué)習(xí)與思考，在活動中總結(jié)與提高。

4.3 開展了創(chuàng)新實(shí)踐，提高了核心素養(yǎng)

“探究精神，創(chuàng)新能力”是對課堂教學(xué)的延續(xù)、擴(kuò)展和加深，能最大限度地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)資源效益，為學(xué)生提供創(chuàng)新實(shí)踐和主動發(fā)展的空間，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。通過校本課程中的活動，學(xué)生獲得了親身參與研究探索的情感體驗(yàn)，增強(qiáng)了創(chuàng)新實(shí)踐的責(zé)任心和使命感，養(yǎng)成了合作交流與分享等良好品質(zhì)習(xí)慣，訓(xùn)練了獲取信息、分析信息的能力，培養(yǎng)了觀察能力、分析能力、創(chuàng)新能力。調(diào)查中顯示：91.4%的學(xué)生認(rèn)為我校開設(shè)的物理實(shí)驗(yàn)校本課程有利于他們了解科學(xué)研究的一般過程，86.3%的學(xué)生認(rèn)為有利于培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。

4.4 提升學(xué)生探究精神，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力

近幾年來，我校每年均有40多名學(xué)生在省奧林匹克物理、科技競賽中獲獎。2015年我校學(xué)生研制的“家用太陽能智能并離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”獲第20屆江蘇省青少年科技創(chuàng)新科技成果一等獎，“人體感應(yīng)聲光警示可伸縮路錐”等多項(xiàng)成果獲省新科技成果二等獎。2016年學(xué)生創(chuàng)新作品“便攜式測量數(shù)據(jù)記錄器”獲江蘇省第25屆科技競賽二等獎。2017年課題組作品“植根鄉(xiāng)土開放實(shí)驗(yàn)科技活動方案”獲江蘇省第26屆科技競賽二等獎。

5 校本課程開發(fā)的反思

5.1 校本課程開發(fā)的不足

本課程開發(fā)，也存在以下不足：一是項(xiàng)目研究成果推廣的深度和廣度不夠。二是項(xiàng)目研究對師生的量化評價(jià)、質(zhì)性評價(jià)落實(shí)還存在較大困難。項(xiàng)目組在評價(jià)時側(cè)重學(xué)生的參與過程及作品展示的評價(jià)，仍缺少一套科學(xué)的、系統(tǒng)的師生評價(jià)體系。

5.2 校本課程開發(fā)的深化

今后，校本課程的開發(fā)改進(jìn)措施如下：一是聚焦核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，豐富研究內(nèi)涵。項(xiàng)目組將進(jìn)一步精選、重組教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)活動，切實(shí)引導(dǎo)物理教學(xué)更加關(guān)注學(xué)科思想與思維方式融合，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。二是踐行“跨界融合”理念，開拓實(shí)驗(yàn)課程研究新路徑。本項(xiàng)目今后將通過前沿的科研問題，開展跨學(xué)科的實(shí)踐活動，融合人與裝備，融合教師、學(xué)生、內(nèi)容、環(huán)境之間關(guān)系，融合教育共治、多邊互動、虛擬與現(xiàn)實(shí)等，逐步形成智慧學(xué)習(xí)大環(huán)境，開展泛在學(xué)習(xí)和智能化學(xué)習(xí)。三是打造“創(chuàng)新夢工廠”，促進(jìn)“探究精神，創(chuàng)新能力”發(fā)展升級。下階段本項(xiàng)目組打算為學(xué)生提供“創(chuàng)意設(shè)計(jì)、實(shí)體加工、項(xiàng)目學(xué)習(xí)、個性制造、專題研究”之空間，進(jìn)一步踐行STEM理念，打造“創(chuàng)新夢工廠”，尋求實(shí)驗(yàn)教學(xué)新的創(chuàng)新和突破。四是實(shí)施項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，促進(jìn)物理教與學(xué)方式的變革。下階段我們將引導(dǎo)學(xué)生自我規(guī)劃、自己動手完成與生活、社會相關(guān)的項(xiàng)目性學(xué)習(xí)，努力把學(xué)生培養(yǎng)成具有良好人格品性、較強(qiáng)執(zhí)行能力、較好思維品質(zhì)、較深創(chuàng)造潛能的新時代人才。