基于“STEM”理念的高中物理實驗校本化探索與實踐

摘要：科技創新與社會發展需要復合型創新人才.踐行STEM課程理念，立足學生的主動發展，通過開發數字化實驗，做實課本知識的拓展性實驗，開展工坊實驗，開發與地方資源相結合的應用性實驗、日常生活相結合的生活化實驗，開發符合興趣和特長需要的個性化實驗等，構建與實施高中物理實驗校本化課程，促進師生共同發展，培養復合型創新人才.

關鍵詞：STEM理念；高中物理實驗；校本化課程；創新能力培養

作者簡介：魯世明（1968-），山東龍口人，教育碩士，中學正高級教師，研究方向：物理學科教學.

“人”是教育的出發點，也是教育的歸宿.STEM教育是通過科學、技術、工程、數學等多學科融合，在看似“雜亂無章”的環境中，關注最新技術及其實踐的應用，培養能夠綜合應用多學科知識解決實際問題的復合型創新人才.近年來我國也開始重視STEM教育，以提高學生的科學素養與創新能力.普通高中新課程標準聚焦學生學科核心素養培養，為了給學生提供合適的教育，進一步發揮學生學習主體作用，引導學生主動探究，促進學生將學習與實踐有機結合，提高學生創新能力，為每一個學生未來發展提供更大空間和更多可能，同時為打破物理教師職業發展瓶頸，進一步促進教師和學生的主動發展，我校踐行國家課程校本化，開發了基于STEM理念的高中物理實驗校本化課程，取得了一定成效.

1校本化課程開發的宗旨

開發基于STEM理念的高中物理實驗校本化課程，擬在現代教育思想的引領下，踐行STEM課程理念，立足學生的主動發展，通過高中物理實驗教學的創新研究，探索高中物理實驗教學的新途徑，促進物理實驗教學中學生學習方式和教師教學方式的根本性轉變，該課程開發的目標是：（1）探索研究高中物理實驗的教育價值，實施情感、態度、價值觀教育.提升物理教師實驗教學的教育價值理念，提升學生的意志品質和科學素養；（2）探索研究高中物理實驗的教學價值，促進教師實驗指導、實驗開發能力的提升，促進學生學習方式的變革，培養學生自主學習、合作學習、探究學習的習慣；（3） 探索研究多元化高中物理實驗教學模式和評價體系，引領教師教學方式和評價方式的變革，樹立重視學生本位、重視科學探究的物理實驗教學觀，改變傳統的教學習性，培養學生探究精神和創新能力；（4）探索研究課外實驗促進學生水平提升的途徑，提高學生實驗設計和創新開發能力，促進學生主動發展；（5） 探索形成促進學生主動發展的高中物理實驗教學的創新途徑，促進學校物理實驗教學水平的提高，形成具有我校特色的物理實驗教學校本課程.

2校本化課程的構建與實施

21依托信息技術，開發數字化實驗

課題組成員將物理課本實驗內容進行拓展延伸，開拓更多的實驗資源，將盡可能多的數字化實驗應用到課堂教學中來.如傳統教學中牛頓第二定律實驗比較復雜，但是使用數字化傳感器后，有效地突破了教學難點，變抽象為直觀，明顯地激發了學生學習物理的興趣.

2.2做實課本知識的拓展性實驗

我們根據教材內容，對學生進行社會調查方面的指導，有計劃、有組織地進行社會調查，如“橋梁中的力學原理”“自行車力學原理”“航天科技中的物理知識”“電磁感應在汽車上的實際應用”等，并對學生提交的200多份拓展性實驗報告按照等級進行了評比，進一步激發學生做實課本拓展性實驗的興趣.

23面向未來教育，開展工坊實驗課程

我們以“趣玩—智造—思創”的教學體系框架為基礎，在實現培養學生創新意識、動手能力和項目學習能力的基礎教育目標的同時，致力于幫助學校打造面向未來的個性化特色校園文化，積極開展工坊實驗課程，不是在桌椅整齊的教室上課，而是在充滿木板、銼刀、畫筆、電線、電路板、芯片，以及豐富的教育科技產品的工作坊里創造.物理學科設置了不同主題的工作坊，在規定時間內完成主題創造，注重學習的過程，讓學生自己動手完成他們感興趣的，并且和他們生活相關的項目，從過程中學習各種學科以及跨學科的知識.在工坊實驗中分享制作過程，敢于讓學生們犯錯，讓他們嘗試不同的想法，讓學生學會聽取不同的觀點.

24開發與地方資源相結合的應用性實驗

充分發揮地方資源獨特優勢，突出文化建設，努力挖掘歷史資源、專題場館、項目資源、鄉土資源等，為培養學生的興趣、愛好、特長、專業、職業，使之成為培育核心素養的重要平臺.如在溱湖國家濕地公園掛牌成立了“開放實驗室”課外實踐基地，并開展溫度、濕度、飽和汽與未飽和汽等多樣性的研究.

25開發與日常生活相結合的生活化實驗

讓學生把學校中的學習與社會、家庭中的學習結合起來，培養學生的科學理性和實踐創新精神.物理社團開展了以“走進生活”為主題的綜合實踐活動，選取與生活中的物理有關的多個主題，重在學生的親身體驗、實際操作，為學生接觸真實世界獲得直接經驗.

26開發符合興趣和特長需要的個性化實驗

利用周末時間舉辦物理實驗室開放日活動，開放日活動做到“四有”，即有計劃、有時間、有內容、有指導.教師根據學生知識狀況和能力發展需要指導活動計劃.研究內容從驗證性走向探究性、從課本走向生活，實驗設計由單一走向開放，實驗手段由傳統走向數字化，如“紙質橋梁制作”“用DIS技術研究平拋運動”“太陽能發電并離網技術”等.

3校本化課程開發過程中的教師收獲

31豐富了“探究精神、創新能力”的內涵

“探究精神、創新能力”的培養是物理教學的核心.基于STEM理念的高中物理課程校本化堅持以“促進有效教學”為價值追求，以“提升學生學習能力”為目標，著力打造更加科學合理的新型課堂教學模式.組織形式的開放，可全面建構師生、生生、師生加專家等形式的學習共同體；通過開放的教學情境，讓學生涌動問題意識，解放學生的口，學生敢問善問；開放的教學時空，讓學生創新知識建構的方式；開放的教學方式，讓學生釋放探究活力，解放學生的腦，學生勤思善思；解放學生的手，學生想做能做；開放的教學評價，對學生進行全方位、多元化的綜合評價，促進學生的差異化發展.

32探索出實踐育人的基本模式

321增強內需，變他主為自主

傳統教學以講授式為主，學生參與度低，主動思維少，不利于創新型人才的培養.創新實踐教學以學生的主動探究和主動發現為主，學生是學習的主人，教師在教學過程中起主導作用，教師是引導者，學生是發現者.借助多種物理實驗活動，開設形式多樣的實驗，開拓學生視野，激發學習的內驅力；將演示實驗改為分組實驗，增加學生動手的機會，讓學生做中思、做中學、做中悟，增強了學生學習的主動意識和學習效能感.

322自由組合，從獨立到合作

通過組內合作、組間競爭的方式進行教學，以培養學生的團隊協作的精神，構建學習共同體.分組實驗中由于學生的實驗能力的缺失和實驗觀察缺乏系統性，小組合作學習可彌補這種缺陷.在進行研究性學習時，由于個人所能接觸或關注的資料或問題較少，通過小組合作探究的形式能提升解決問題的能力.學生在小組學習中學會合作、分享，體會科學研究的過程.

323問題引領，變驗證為探究

教師的教學設計必須首先要考慮學生的“探究”與“發現”.教師將本節課的教學目標進行拆解，設計出若干小問題，以便于推進課堂教學；將驗證性實驗重新設計成探究性實驗，讓學生積極參與、分組討論，最后通過實驗來驗證猜想.讓學生由過去的被動應付式變成了現在的主動探究式，養成批判性思維，提高分析問題的能力，獲得更多的情感體驗.

33促進了物理實驗教學方式的變革

STEM理念下的物理實驗教學要求教師“放開、放手、放心”，學生“學會、會學、樂學”，生成“主動、互動、靈動”的開放課堂.開放課堂是指 “教學情境”的開放、“教學方式”的開放、“教學時空”的開放、“教學評價”的開放.以教學情境開放為先導，引發學生問題意識的涌動，使情境成為激發學生思考、涌動問題意識的土壤；以開放教學方式為手段，變固化的教學流程為靈活的探究活動；變接納式學習為發現式學習，激發學生探索熱情，釋放探究活力；以教學時空的開放為條件，把課堂教學的時間向課前課后延伸，空間向教室外拓展，創新知識建構方式，讓學生自主建構起結構化的、邏輯化的知識網絡.

34促進了教師的專業發展，提升了校本教研的質量

2016年8月，學校專門組織物理青年教師進行實驗技能比賽，強化對實驗技能的掌握運用；2017年課題組教師面向全市開設基于“探究精神、創新能力”的開發課程公開課，獲得在場教師的高度評價；近兩年多名物理教師獲省級獎或成為省市級教學骨干.課題組開發形成具有姜中特色的高中物理實驗課程：《生活中物理元素》（上冊、下冊）《高中物理拓展性實驗》《高中物理學史》（熱、力、光、電）等；課題組主持的《促進學生主動發展的高中物理實驗教學創新研究》等多項省市級課題結題并被評為優秀課題.

4校本化課程開發過程中的學生收獲

41優化了學習方法，促進了主動發展

借助創新實踐活動，開設形式多樣的趣味實驗，讓學生大開眼界；將演示實驗改為分組實驗，讓學生親手操作體會到實驗的樂趣，以趣激學.引導學生關注身邊的事物，在觀察、體驗與思考中發現問題、提出問題，激發了學生的學習熱情和探究的欲望，增強了學生的投入意識和責任感，變被動聽講為主動參與，變刻板模仿為大膽創新.問卷調查顯示：95%的學生對STEM理念下的物理實驗比較喜歡，887%的學生認為自己體驗到了活動過程中的艱辛與快樂.

42開放了學習時空，改進了學習方式

STEM理念下物理學習以自主、探究、合作為主要學習特征，學生從大量機械重復練習中解放出來，學生有了活動的時間，學生樂于發展；學生有了思維的空間，學生能夠發展；學生有了自主的權利，形成主動發展氛圍.

通過基于STEM理念高中物理實驗校本化課程的開發，學生能夠變注重學習結果為注重學習過程，變接受式學習為探究式學習，做學習的主人.“馬鈴薯能否做電池”等活動從分科的學習走向綜合的學習；“溱湖濕地”“神十筑夢”等活動從依賴教師的學習走向以學生為主的學習；“靜電除塵裝置”等從被動地接受走向主動建構知識.學生在活動中學習，在活動中思考，在活動中總結提高.

43開展了創新實踐，提高了核心素養

“探究精神、創新能力”是對課堂教學的延續、擴展和加深，能最大限度地發揮實驗資源效益，為學生提供創新實踐和自我發展的空間，有助于培養學生的創造性思維.學生在與自然、生活、社會的接觸中，常會對特定的情景仔細觀察，提出探究的問題，形成探究的思路，自己設計實驗，探索解決問題的途徑.

通過基于STEM理念的高中物理實驗校本化教學活動，學生獲得了親身參與研究探索的情感體驗；增強了對社會的責任心和使命感；養成了合作分享、積極進取等良好品質；訓練了獲取信息、分析信息的能力；培養了觀察能力、分析能力、創新能力.調查顯示：914%的學生認為物理校本化課程有利于他們了解科學研究的一般過程，823%的學生認為有利于培養創新精神與實踐能力，提高了核心素養.

44提升學生探究精神，提高了學生的創新能力

近兩年來，2016、2017年我校每年均有40多學生獲省奧林匹克物理、科技競賽一、二、三等獎.2015年我校學生研制的“家用太陽能智能并離網發電系統”獲第二十屆江蘇省青少年科技創新科技成果一等獎，“人體感應聲光警示可伸縮路錐”等多項成果獲省新科技成果二等獎.2016年，學生創新作品“便攜式測量數據記錄器”和 “紅綠燈翻轉模擬系統”獲江蘇省第25屆科技競賽二等獎；2017年，課題組作品“植根鄉土 開放實驗科技活動方案” 榮獲江蘇省第26屆科技競賽二等獎；學生創新作品“丁達爾現象演示與應用” 榮獲江蘇省第五屆青少年發明家評選活動二等獎.

5校本化課程開發的反思

51校本化課程開發的不足

本課程開發，取得了一定成果的同時，也存在以下不足：

一是項目研究成果推廣的深度和廣度不夠.課程開發的實施與當前中學教學的矛盾主要表現在兩個方面，其一是探究活動的耗時性與課堂教學實效性的矛盾，其二是探究活動的個性化學習與班級授課制的矛盾.這些矛盾限制了項目推廣的深度和廣度.

二是項目研究對師生的量化評價、質性評價落實還存在較大困難.在研究過程中，項目組通過“做中學，學中做”轉變教師教學方式和學生學習方式，在評價時側重學生的參與過程及作品展示過程，但仍缺少一套科學的、系統的師生評價手段.

52校本化課程開發的深化

本課程開發需要進一步深化，今后具體操作改進如下.

521聚焦培養核心素養，豐富研究內涵

2017年教育部對普通高中課程標準進行了修訂，各學科凝練提出了本學科的核心素養，下階段項目組將聚焦培養學生核心素養，精選、重組教學內容，設計教學活動，切實引導物理學科教學在傳授學科知識過程中，更加關注學科思想、思維方式，把立德樹人根本任務落到實處.

522踐行“跨界融合”理念，開拓研究新路徑

本項目在下階段研究過程中，將踐行“跨界融合”的實驗教學理念，通過前沿的科研問題，增強學科間的橫向聯系，開展跨學科的實踐活動，融合人與裝備，融合教師、學生、內容、環境之間關系，融合教育共治、多邊互動、虛擬與現實等，逐步形成智慧學習環境，支持泛在學習和智能化學習.

523打造“創新夢工廠”，促進“探究精神創新能力”發展升級

下階段本項目組打算在保持傳統的基礎之上，為學生提供創意設計、實體加工、項目學習、個性制造、專題研究之空間，進一步踐行STEM理念，打造“創新夢工廠”，并以此為載體，突破單一學科的限制，整合資源，跨界融合，不斷尋求實驗教學的創新和突破.

524實施項目化學習，促進物理教與學方式的新變革

項目化學習是以問題解決為歸宿，以跨學科學習為課程，以合作探究為目標的學習模式，下階段我們將進行物理教與學方式的新變革，引導學生自我規劃、自主學習、獨立思考、獨立研究，自己動手完成與生活、社會相關的項目性學習，努力把學生培養成具有良好人格品質、較強執行能力、較好思維品質和較強創造潛能的新時代人才.

參考文獻：

[1] 黃璐、裴新寧科學理性主義視野下的STEM教育思考：知識融通 [J].比較教育研究，2018（6）：27-34.

[2] 劉燁STEM理念下的物理創新實驗校本課程開發和研究 [D].上海：上海師范大學，2017.