STEM教育理念下物理科技制作的研究

余秀玉

摘要：物理是以實驗為基礎的自然學科，注重知識體系的建構;STEM教育旨在融合個學科自然知識去解決實際問題，從而提升學生綜合素養和綜合能力。本文從在中午物理學科中以科技制作作為抓手實施STEM教育的必要性、利用物理科技制作推進STEM教育的優勢、以及物理科技制作的教學安排和實踐效果等進行觀點的闡述。

關鍵詞：STEM教育;物理教育;科技制作

STEM是科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），數學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，其中科學在于認識世界、解釋自然的客觀規律;技術和工程這是在尊重自然規律的基礎上改造世界、實現對自然界的控制和利用、解決社會發展過程中遇到的難題;數學則作為技術和工程學科的基礎工具。

物理是一門以觀察和實驗為基礎的自然學科，旨在探究萬物之理。新課程標準下，物理教學，不再是簡單的知識驗證或者證偽，而是注重知識的建構過程。即從實際生活中常見現象中發且提出問題，做出合理的猜想，繼而進行科學探究，建構知識體系，最終運用所學知識解決生活中實際問題，甚至能設計制作出具有一定實用意義的器物。

一、在中學物理學科中以科技制作為抓手實施STEM教育的必要性

（一）STEM教育是時代需要，更是強國的基礎。

放眼國際社會，了解STEM教育的發展和地位。2006年美國總統布什在《美國競爭力計劃》中提出：知識經濟時代教育目標之一是培養具有STEM素養的人才，并稱其為全國競爭力的關鍵。2011年奧巴馬總統在《美國創新戰略》中指出，美國未來的經濟增長和國際競爭力取決于其創新能力。“創新教育運動”就是加強STEM教育。2016年我國教育部出臺《教育信息化“十三五”規劃》中明確指出利用有效信息技術推進“眾創空間”建設，探索STEM教育……

由此可見STEM教育是教育的趨勢，能否培養一批具有STEM素養的理工科高素質人才是提升國家競爭力的關鍵。而作為基礎教育階段中STEM教育更是確定領導地位的保障。

（二）STEM教育理念與物理學科培養目標高度一致。

STEM教育的目標培養能應用跨學科知識和技能配合工程思維去創新發明，解決生活實際問題的創新型人才。STEM教育偏向于理工科，與物理學科培養目標不謀而合。新課程標準下，學生的學習過程經歷著問題的提出、探究方案的設計、實驗探究、科技創新，體驗著科學探究的艱辛和興奮。其中既有建構科學知識，又有技術的運用，也有工程和數學的創新和實踐。放眼物理史，不乏STEM教育的踐行大師。愛迪生發明電燈，對燈絲的尋找到最終確定;萊特兄弟秉著飛翔的愿望從踐行仿生學制作出第一部飛機。這些科學家從發現到發明的過程就是完美的STEM。實施物理科技制作就是STEM教育的踐行。

二、利用物理科技制作，推進STEM教育的優勢

（一）物理科技制作，能引起學生探知自然規律的欲望。

孔老夫子說：學而時習之，不亦說乎。文字解說是：學習了之后又時不時的復習，不是很高興嗎？說實在，學習之后時不時的復習，這個行為過程中，找不出高興的地方。其實孔老夫子的意思是：你學了新知識，能在合適的時候用到它，不是很高興嗎？這也符合教育學原理：如果你能經常使用一些知識，你就會越來越喜歡這些知識。通過簡單刻板的文字練習去復習知識，必定會心生厭倦。物理科技制作，讓知識變成了實實在在的物品，學生體驗了一把設計師、工藝師的癮。在作品展示時學生們都非常的驕傲和積極，可見制作給學生帶來了發自內心的喜悅，從而激發了探知自然規律的欲望。

（二）科技制作，加強了學科融合，能全面提升STEM素養。

科技作品的誕生，其功能的實現，不僅僅歸功于物理知識，還需要有工程技術的支持，數學的協助，以及其他學科的融合。這簡直就是stem教育理念的完美體現。比如制作小型飛空火箭，借用泡騰片與水產生的氣體壓力，再利用力的相互作用讓火箭騰空。泡騰片與水的比例決定產氣量，就涉及化學科中飽和度的知識。不僅僅如此，一個作品從結構的合理性，比例的協調性、美觀度還需要學生具有工程技術，數學能力以及繪畫能力。一個作品的完成，預示著一次綜合能力的磨練與提升。

（三）科技制作，促進小組合作學習的開展，讓學生真正成為課堂的主人。

傳統教學中，幾乎學生都是被動的接受知識，課堂只是教師滔滔不絕的個人表演，學生的嘴巴被關上了，手腳給束縛了，思維也被定格了。學生在課堂上沒有參與權，主動性不高，學習效率通常比較低下。而科技制作中，都是以小組為單位，為了共同的目標，進行合作學習，交流設計，互相協助進行產品的制作、修改以及展示。在小組里每個人都有明確的分工，每個人都有權利有義務出謀獻策，他們就是整個課堂的主人。

三、物理教學過程中實施科技制作的教學安排和實踐效果

筆者在2018學年物理八/九年級教學過程中實施了科技制作。對象是來自增城中學八/九年級的在校學生共620人。

（一）科技制作學期安排表

（二）經過一個學期的試驗，在學期末利用問卷調查和訪談的

方法分析學生對科技制作實施的接受程度，結果如下：

由問卷和訪談的結果分析中可以看出，學生普遍對物理教學中實施的科技制作很感興趣。尤其對體驗和展示自己作品興趣濃厚，這與中學生喜愛分享、喜歡表現自我能力有很大的關系。科技制作中充分發揮了學生自主性，讓學習過程變得生動有趣，多數作品都可以帶到實際生活中使用，更增加了他們的成就感，因此學生也對物理系統知識的學習產生更加濃厚的興趣。

四、總結

從上述數據與筆者上課過程中的觀察，筆者認為物理教學中實施科技制作，使知識運用到實際生活，體現了知識改造生活服務生活的作用。學科之間的融合要求并提高了學生綜合能力。小組合作的形式完全體現了學生本位的理念，激發了學生的參與熱情和自主性，進而帶動了學生深入學習課堂知識熱情，激發學生探索物理真知的欲望。整個物理科技制作過程體現了STEM教育理念和培養方向，很好的提升了中學生STEM素養。

參考文獻：

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（作者單位：廣州市增城區增城中學）