基于STEM教育的課程開發與實踐研究

居玲玲

目前，STEM教育已經在廣泛應用于世界各國的教育之中，高中物理是一門重要的理工類學科，在高中物理教學中進行基于STEM教育的課程開發與實踐，可以幫助學生更深入地理解高中物理知識在科學、工程、數學和技術領域中的重要作用，加強學生理論和實踐的結合，提高學生的物理知識應用能力.

一、STEM教育理論

STEM教育即科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科的總稱，以培養學生學科素養為教學目的，強調學生的主動性和創造性.通過STEM教育，可以增強學生的跨學科問題探究能力，運用多種學科理論進行生活中各種現象的探究和解釋，增強學生的自主學習能力和思維創新能力.

隨著新課程改革的推進，培養學生核心素養成了我國教育的主要目的，STEM教育也隨之興起，進入了中學教育的視野，目前STEM教育在我國剛剛發展起來，各方面還有待完善，因此，基于STEM教育的課程開發與實踐研究具有實際的價值和意義.

二、課程開發與實踐——“自制拱橋”

高中物理知識比較抽象，學生很難將物理理論知識和實際的工程技術聯系起來，對物理在實際生活中的應用沒有深入地探究，缺乏理論聯系實際的能力.因此，基于STEM教育的課程開發與實踐研究，以高中學生為對象，通過選取學生熟悉的具體項目——“自制拱橋”，引導學生進行設計和操作，將抽象的物理知識融于實際的實踐課程中，不僅能提高學生對物理知識的理解，同時也能提高學生的跨學科研究能力.

1.方案設計.拱橋是生活中常見的橋梁，茅以升曾在“中國石拱橋”中運用科學的數據對拱橋的結構、受力、功能、外觀等方面進行論述，通過“自制拱橋”活動課程，可以將科學、技術、工程、數學等知識融于一體，讓學生在設計和制作中領悟其中的知識，達到學以致用、知行合一的目的.“自制拱橋”中所涉及的STEM教育內容如下：

教師根據“拱橋”的要求，引導學生分組進行合作探究，學生進行分工合作，對活動中需要的知識和數據進行查詢和計算，這樣既能促進學生的積極性，提高學生的合作探究能力，也能讓學生在“做”中學，通過方案的設立理解拱橋中蘊含的豐富知識，培養學生的學科素養.

2.課程實踐.“趙州橋”和“盧溝橋”是中國石拱橋的代表，經歷歲月的洗禮而依舊發揮著橋梁的作用，體現了我國古代人們的智慧，展現了中華民族的匠人精神.那么，拱橋中蘊涵著哪些理論知識呢？

拱橋原理：拱橋一般是由具有一定弧度的石塊組成，這樣的結構將橋面的壓力和石塊的重力轉化為軸向壓力，由于石頭的形變很小，因此拱橋能夠承受很大的壓力，并保持橋面平整.如右圖所示，當拱橋受到壓力的時候，可以通過組成拱橋的石塊將拱橋的壓力轉化為軸向壓力并傳導到地面，因此拱橋并不怕壓.

拱橋制作：學生在設計好的圖紙上，根據拱橋的弧度進行材料的選取，并完成拱橋制作，然后對拱橋進行承壓測試，分別將質量不同的物體放到拱橋上，來測試拱橋的形變，驗證弧度、跨度和拱橋承壓能力之間的關系，從而得出各種實際的數據.

思維拓展：按照拱軸線的型式拱橋可分為拋物線拱橋、圓弧拱橋和懸鏈線拱橋三個大類，根據所學的知識，探討一下拋物線拱橋、圓弧拱橋、懸鏈線拱橋的優缺點和適用范圍.

本文主要以“自制拱橋”為例進行高中物理STEM教育的課程開發和實踐，將有關科學、技術、數學、工程的知識進行整合，提高學生的知識綜合運用能力.STEM教育以高中物理知識為依托，從生活中進行材料的選擇，引導學生進行小組合作學習，既能充分發揮學生的主動性，提高學生的設計能力和操作能力，同時也促進了學生的探究能力，培養學生的思維能力和創新意識.STEM教育由于具有很強的跨學科、綜合性等特點，對教師的專業能力和跨學科能力有一定的要求，高中物理教師也應該多進行學習和交流，不斷提升綜合素質，為學生進行精彩課堂的呈現，有效提高教學效率.