基于STEM理念的初中物理教學設計初探

區燕珍

【摘要】 科學技術的快速發展，預示著社會對人才的綜合能力要求更高，主張學科融合的STEM教育在中學科學教育中發揮著越來越重要的作用。本文結合初中物理教學實施，分析初中生的特點，結合STEM的教育理念，對初中物理熱學部分內容的教學進行重新設計，結合課堂中教學實際，對教學效果進行了分析總結。

【關鍵詞】 STEM教育 物理教學 核心素養

【中圖分類號】 G633.7

【文獻標識碼】 A

【文章編號】 1992-7711（2020）01-155-020

一、引言

隨著社會的發展，從知識經濟時代到后工業時代再到現在的互聯網時代，低創造性的職業、崗位逐步被機械化取代，知識在互聯網上外掛，對學習者知識記憶等低階認知要求逐步降低，社會對人才需求趨向于綜合性。目前單科教學的方式難以達到對綜合性人才的培養要求，尤其是高素質的工程人才。而以學科整合為背景的STEM教育在中學科學教育中發揮著越來越重要的作用。物理作為理工科課程，在初中的物理教學中融入STEM概念，并基于STEM概念開展相關知識的教學顯得很有必要。

二、STEM概述

STEM 是由科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）的首字母組成。在飛速發展的科技創新背景下，STEM 教育的出現意在彌補傳統教育所出現的問題，與當前中國分科教學相比，STEM 教育突破了學科之間的獨立性且重新定義了科學、技術、工程和數學的集成內涵，預示著學科教育應多關注學科之間的聯系。

三、新課程標準對初中物理教學的要求

我國2011年頒布的《義務教育物理課程標準》中明確指出義務教育階段的物理課程作為科學教育的組成部分，是以提高全體學生科學素養為目標的自然科學基礎課程。此階段的物理課程不僅應注重科學知識的傳授和技能的訓練，而且應結合實驗，注重與生產、生活實際、時代發展的聯系，讓學生經歷實驗探究過程并關注技術應用帶來的社會進步和問題，使學生掌握科學探究方法，提高分析問題及解決問題的能力，提升學生的學習興趣和探究能力，培養他們的創新意識和科學素養。2016年9月教育部發布了《中學生發展核心素養》，明確了學生發展的六大核心素養，其中物理學科核心素養由“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”“科學態度與責任”等4個方面的要素構成。

四、初中物理教學現狀分析

物理作為自然科學的一部分，與生活、科技、社會發展關系密切。新課改強調物理知識在科學技術、生產活動、社會生活中的應用。鼓勵教師在日常教學中整合教學內容、設計并開發課程，培養學生的核心素養。但在考試評價的背景下，教師更過于注重強調概念、定義和解題方法，教學脫離了真實的生產生活情景，使得學生學習興趣下降，利用物理知識解決實際問題的能力有待提高。雖然，在某些習題或者教學環節中，對稍微結合現實生活情景，但也知識粗略帶過，并沒有深入地讓學生體驗物理與現實社會生活的機密聯系。

五、基于STEM理念的物理教學開展的重要性

為了深入實施《中國制造2025》，進一步提高制造業人才隊伍素質，實現制造強國的戰略目標。2016年12月由國家教育部、人資部、工信部共同編制《制造業人才發展規劃指南》（下文簡稱《指南》）。《指南》中提出了制造業人才發展的主要任務，要求在基礎教育階段的實踐活動課程、通用技術課程中加強學生制造業基礎知識、能力和觀念的啟蒙和培養。由此可見，無論是物理新課程標準還是《指南》中，都對基礎教育階段培養學生的核心素養提出了要求。

在STEM教育中所包括的工程與技術理念，符合基礎教育培養學生“科學思維”、“實驗探究”和“科學態度與責任”的教學目標要求。結合物理學科特點與學生發展階段特點，讓學生在“玩”中學、在“做”中練、在“設計”中應用，提高解決實際問題能力的策略。在STEM教育理念指導下，利用解決問題、設計項目等活動的設置，可以培養學生的工程技術素養。在初中物理教學中融入STEM教育理念，既能提高學生對物理知識的學習興趣，又有利于培養學生科學思維和創新能力。同時有助于提高課堂教學的效率，給物理教學提供新思路，給學生提供更完善的知識背景，提高學生的核心素養，為學生之后的學業選擇、職業選擇以及終身學習打下基礎，從而培養具有 STEM 綜合素養的人才。

六、基于STEM理念的物理教學設計實例——自制便攜冰箱

基于STEM理念的物理教學設計應包含一下幾個方面：學情分析與教學目標：了解學生最近學習或準備學習的課程的相關主題，對學生的學習內容、課程內容、以及學科概況有宏觀上的了解從而確定符合學生現狀的教學主題，明確合適的教學目標。 教學問題設計：所設計的教學問題要基于現實世界和情況，能夠吸引學生的興趣，激發他們探索和深入了解相關知識，而且需要團隊成員之間的合作來解決。 教學步驟的構建：教師可以通過分解問題構建教學步驟，分析問題解決的阻力，合理安排教學實踐開展的順序，協助學生解決教學問題，從而達到教學目標。 多元化評價：學生通過學習設計出解決問題的方案后，提供平臺讓學生展示、測試、交流、優化方案，并對相關知識進行拓展運用等。

（一）分析學情與確定教學目標

八年級的學生即將要開展物理科的學習，對物理科學習的內容、為什么要學習物理、學習物理有什么實質好處等各個方面都充滿疑惑和好奇。通過主題為“自制便攜冰箱”的項目課程的學習，以期達到以下幾個教學目標：

（1）讓學生將真實生活中遇到的問題與物理知識產生聯系，讓學生體驗到物理與日常生活緊密聯系，并不神秘，消除學生對物理的陌生感。

（2）掌握并應用相關的物理知識：熱傳遞、比熱容、溫度計、物態變化。

（3）制造一個實用便攜的冰箱，在制作和優化項目作品的過程中培養學生的核心素養。

（二）提出教學問題

通過視頻資料展現真實生活情景，提出制作便攜冰箱的項目主題、吸引學生興趣、激發學習熱情：炎炎夏日小明與伙伴們到郊外游玩，休息時想喝冷飲降溫，但是經過幾個小時的游玩后，原來冰冷的飲料已經被曬熱，食物也變味腐壞。如果有一個能夠行走的冰箱，就可以解決這些問題。請同學們利用提供的工具制作一個便攜冰箱吧。

（三）設計教學步驟

教師作為引導者，通過提出以下問題，協助學生整理思路，開展項目活動。

1.冬天，當我們想隨時喝到溫水時，會使用保溫杯裝水。請同學們思考下面的問題：

（2014年廣州市初中畢業生學業考試第23題）有兩個容積相同的保溫杯，設計實驗比較哪個杯的保溫效果好。

（1）需要的實驗器材：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? .

（2）寫出實驗步驟和判斷哪個杯保溫效果好的根據。

學生在解決問題的過程中，學習并掌握了人教版物理八年級上冊第三章第1節《溫度計》的相關內容：知道溫度及攝氏溫度的規定;通過“用溫度計測量水的溫度”的實驗，了解溫度計的結構及工作原理并且會使用溫度計測量溫度，感受物理與生活的緊密聯系。同時了解水溫降低的原因：不同溫度的兩個物體接觸后會發生熱傳遞，使高溫的水放出熱量溫度降低。讓學生再次感悟到物理與生活息息相關，無處不在，同時引發學生思考如何減緩熱傳遞，使保溫杯的保溫效果更好。從而引出下一個學習內容：

2.請學生說說生活中見到過的隔熱材料或隔熱方式，課后鼓勵學生利用資源豐富的互聯網查找相關信息，引導學生正確使用網絡，增長見聞，幫助學習。

3. 通過視頻了解冰箱的基本結構和制冷原理。并具體展開學習人教版物理八年級上冊第第三章相關的物態變化的內容，知道同種物質在固、液、氣三個狀態轉變的時會吸熱或者放熱，為自制冰箱奠定初步理論基礎。

4.為自制冰箱挑選制冷劑的過程當中，通過對人教版物理九年級全一冊第十三章《比熱容》的學習，讓學生了解到不同物質吸熱能力不同。學生綜合考慮制冷材料的熔點、沸點、比熱容等各方面因素，參考網上查詢的資料，最終確定冰箱的制冷劑。

5.整個項目學習、制作的過程中，各小組成員分工合作，設計、挑選材料、組裝、外形美化等充分發揮小組成員的個人特長，讓每一個成員都參與其中，并為之自豪。

6.冰箱完成后，完善作品。

（四）開展教學評價

各個小組作品完成后，讓小組每一個成員就其負責的方面向全體同學介紹作品并分享制作心得。各個小組都分享完成后，教師再次作為引導者，引導學生從冰箱的重量（便攜性）、保溫時長（實用性）、容量、外形等多個方面以產品拍賣的方式評選一個最佳作品，每個小組可以獲得拍賣價格對應的飲料和食物，放在制作的冰箱中，冷凍后食用。項目結束后，鼓勵學生吸取其他小組的冰箱的優點，繼續完善自己小組的作品，并在實際生活中使用。在不斷的使用過程中繼續提升，改良，拓展。

（五）教學反思

“自制便攜冰箱”項目課程的教學，主要以物理知識和工程技術為主線，讓學生在工程制作的過程意識到學習物理知識的需要，然后按照學生的需求教授相應的物理知識，對初中八九年級的物理熱學知識整合作為模塊一起講授，使得學生對知識的掌握成塊狀，并且綜合運用，突破了物理熱學知識的分散造成學生學習困難的難點。在項目課程開展的過程中學生會主動利用網絡搜索相關信息，以改良自己制作的冰箱，體驗了產品制作到完善的全過程，對于學生日后的工程制作有很好的示范作用。冰箱的制作涉及各個方面，最大程度地激發了小組每個成員的參與積極性，充分發揮每位小組成員的特長，體現出現在社會當中不同的人擔任的角色。但是物理課時有限，關于冰箱的制作則需要學生在課后的時間自覺到實驗室制作，教師也利用課后的時間及時指導學生的制作，最后在物理課堂上進行展示與交流。

七、結語

多學科融合的STEM教育理念的指導下，開展初中物理教學，有利于培養學生的核心素養，培養高素質綜合性人才。但符合我國目前教育制度的STEM教育模式仍不成熟，借鑒不足的背景下，需要教師認真整合本學科的教學內容的同時，也需要具備其他相關學科的知識，合理設計教學項目，在不斷的嘗試與反思中，不斷完善。

【注：本文系廣東教育學會教育科研規劃小課題“基于STEM教育理念的初中物理教學設計研究”成果（課題編號：GDXKT20582）】

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]王玲玲，基于STEM的小學科學課程設計研究[J].華東師范大學，2015（5）.

[2]教育部，《義務教育物理課程標準（2011年版）》，http：//www.hteacher.net/jiaoshi/20120202/20600.html.

[3]柴秀芹、王鳳程，基于核心素養的高中物理實驗課教學——“驗證機械能守恒定律”教學設計[J].中學物理教學參考，2017（5）：24-25.

[4]教育部、人力資源和社會保障部、工業和信息化部，《制造業人才發展規劃指南》，https：//wenku.baidu.com/view/0c9956c16aec0975f46

527d3240c844768eaa061.html.

[5]汪依凡.基于STEM的初中物理教學策略與設計研究[J].揚州大學，2018（5）.