芻議基于STEM教育的高中物理教學

周 波

(重慶市長壽中學校 重慶長壽 401220)

STEM教育注重科學與工程思維，學生在實際問題中運用物理知識解決實際問題，是我們需要關注的。國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和跨越式發(fā)展在現(xiàn)代屬于關鍵時期，STEM教育的出現(xiàn)能夠培養(yǎng)更多高素質(zhì)、高技能型人才，普通高中應該進行實踐研究，探索出能夠培養(yǎng)國家需要的課程方案。

一、基于STEM教育的高中物理教學特征

在STEM教育理念中，高中物理教學是讓學生學習物理科學知識，并打破傳統(tǒng)物理教學的思維教育，把物理學科融入工程、數(shù)學等學科中，并有效結合應用，給學生帶來體驗的同時，鍛煉學生工程思維、創(chuàng)新意識。基于STEM教育的高中物理教學有以下特征：

(一)融合性

傳統(tǒng)物理教學是將物理學科獨立，無法融入其他學科中，導致物理教學和其他學科產(chǎn)生了隔離，學生無法綜合運用其他學科知識。STEM教育理念的引入，能夠有效提升物理教學綜合性，打破單一學科的教學模式。教師也可以綜合生活化案例、網(wǎng)絡教學資源等，為學生提供全面、具有實踐性的教學課堂。將STEM教育融入各個學科中建立起STEM物理教學與各個學科的聯(lián)系，提高學生對綜合知識的掌握能力[1]。例如，在研究豎直平面內(nèi)的圓周運動脫軌問題時，按照一般的教學方法，學生理解困難，且不具實踐體驗性。教師可以以此問題為主題，設計一堂基于STEM教育的物理課堂：以3D打印設計為基礎，設計一個豎直平面的軌道讓學生進行實踐探索。引導學生思考如何能夠展示物體脫軌的位置。例如，物體沾墨水記錄下運動軌跡；引導學生思考探究結果與理論計算結果為何有所差別；軌道不固定、軌道不光滑需要進行拋光處理，沾墨水會帶來阻力等。這個案例在3D打印設計和打印中體現(xiàn)了建模和打印的實際操作，軌跡的記錄體現(xiàn)了技術和方法，軌道的拋光處理體現(xiàn)了工程思維，推理過程體現(xiàn)了數(shù)學邏輯知識。通過一個研究主題，融合多學科可以培養(yǎng)學生工程思維、發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。

(二)合作性

隨著STEM教育的引入，教師的身份和教學理念應加以轉(zhuǎn)變，應以學生為主體，教師為主導，基于項目合作展開課堂。改變了教師原來的教學方法，增進了學生教師間的交流，加強了學生之間的合作意識，靠師生共同合作，努力完成教學目標。例如，學生做探究性物理實驗，需要小組合作進行。根據(jù)實驗原理設計實驗方案、選擇實驗器材。然后，小組交流討論確定最優(yōu)方案。確定方案后，合作進行實驗探究，才能順利完成實驗。

(三)情境性

STEM教育涉及科學、工程、技術和數(shù)學，需要動手實踐達到教學目標，在教學中呈現(xiàn)真實的教學情境教學任務，讓學生能夠發(fā)現(xiàn)真實存在的問題，并著手解決問題。情境性是STEM理念應用下，高中物理教學最明顯的特征，主要體現(xiàn)在可以模擬實際生活中的案例，或者通過實驗教學，讓學生體驗物理教學的內(nèi)涵，學生自主分析和解決問題都要從實際的物理場景展開探索，可以提高學生的知識水平和運用知識的能力。例如，學習摩擦力和勻變速運動時，可以設計探究汽車超速問題。在某一路況發(fā)生車禍存在剎車痕跡，需要確定汽車是否超速，這就是真實情景問題。然后，居于真實問題設計探究方案進行實地考察研究。

二、基于STEM教育的高中物理教學新探

現(xiàn)代高中物理教學存在許多不足之處，傳統(tǒng)物理教學中內(nèi)容與方式單一，學生自身被動接受理論知識，高中物理教學與現(xiàn)實生活存在一定的差距，對學生身體健康有影響，不利于學生未來的發(fā)展。STEM教育理念的引入是正確的選擇，改變了物理教學的現(xiàn)狀，可從以下幾種措施看出教學理念未來的發(fā)展觀：

(一)明確教學目標

STEM教育理念的引入讓物理教學從單一的課本內(nèi)容教學轉(zhuǎn)化為對物理規(guī)律的探究，以實驗探究為活動，并體現(xiàn)工程設計、數(shù)學應用、技術操作，完成教學目標。這里的目標指：知識目標、動手能力、處理數(shù)據(jù)能力、分析總結能力、分析注意事項能力、創(chuàng)新能力。

(二)虛擬仿真軟件合理運用

高中物理探究實驗很多，但是受學校器材引進不齊的影響及實驗環(huán)境的影響，很多實驗不能在高中階段進行。例如，探究相遇追擊問題，受環(huán)境的限制，以及實驗器材的限制，不能真實進行實驗；又如，天體運動的研究也是不能做真實的實驗研究的；帶電粒子在勻強電場或勻強磁場中的運動，現(xiàn)實中很難保證勻強電場和磁場，粒子運動軌跡觀察不清晰等。對這些不能在真實情景中做的實驗，我們可以利用虛擬仿真軟件進行設計實驗，在理想狀態(tài)下測量數(shù)據(jù)、觀察現(xiàn)象。可以教師設計實驗，也可以學生學習后自我設計實驗探究。設計的過程可以鍛煉學生邏輯思維、軟件應用能力、問題的設計和處理能力，體驗現(xiàn)實和理想狀態(tài)的區(qū)別。

(三)確立科學地評價標準

傳統(tǒng)的物理教學中，是以學生考試成績?yōu)樵u價標準，學生能否取得良好成績，是考驗學生學習效果的唯一途徑，這與STEM教育理念不相符合，不利于學生的全面發(fā)展。因此，對學生的評價不可只察學生對知識掌握的程度和成績，而應深入考查學生對知識運用的能力，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，設計研究方案的能力等。

三、結束語

隨著STEM教育理念的引進，傳統(tǒng)物理教學模式有了改變，學生學習效果也隨之提升。學生能在學習物理知識同時，提升了實踐綜合能力。教師應積極推進高中物理教學改革創(chuàng)新，實現(xiàn)教育教學的發(fā)展，為提升學生的能力奠定良好的基礎。