STEM 教育理念在物理實驗教學中的應用探索

楊志萍

（甘肅省武威市天祝縣第二中學，甘肅 天祝 733299）

物理是一門以觀察、實驗為基礎的自然學科，具有極強的探索性。而在物理教學中，探究實驗是其重要的組成部分。教師應通過有效的初中物理實驗教學，激發學生的學習興趣，幫助學生掌握實驗技巧，促進學生思維能力和實踐能力的提高。初中物理實驗教學的目的恰恰與STEM 教育理念不謀而合。因此，教師要認識到物理實驗教學的重要性，還要在此基礎上將STEM 教育理念融入到實驗教學中，不斷提升實驗教學的有效性。

一、STEM 教育理念與初中物理實驗教學

1.STEM 教育理念解析

STEM 教育理念是素質教育背景下出現的一種新型教育理念。與傳統的人才培養理念不同，STEM教育集科學、技術、工程和數學四大學科于一體。其中，S是指科學（Science），T 是指技術（Technology），E是指工程（Engineering），M 則是指數學（Mathematics）。在STEM 教育理念下，教師不僅要向學生傳授相關的知識，還要幫助學生形成學科知識的融合和應用能力，發散學生思維，逐漸提升學生的創新能力和邏輯思維能力。

2.STEM 教學理念在初中物理實驗教學中的應用價值

物理實驗研究旨在加強知識與能力之間的聯系，這與STEM 教學理念不謀而合。因此，教師在初中物理實驗教學中可充分借助STEM 教學理念引導學生將各個學科的知識融合到物理實驗中，發揮物理實驗的育人價值。首先，STEM 教學能夠將各個學科的知識融合到物理實驗中，激發學生的物理學習興趣，讓學生產生探究物理知識的動機。STEM 教學理念的應用，可將課本上的知識點與物理學習進行有效的結合，引導學生在學習中了解課本外的知識，發現物理學習的趣味性，感受知識之間的聯系，積極參與到物理實驗中。其次，有助于提高學生的實踐操作能力。初中物理實驗教學的核心就是提高學生的動手操作能力，而STEM 教學理念的應用能使學生積極查找資料，并參與到物理實驗每一個環節中，提高學生的實踐操作能力。再次，有助于培養學生的自主探究意識。教師在開展物理實驗教學時，應緊緊圍繞“自主、合作、探究”的原則，引導學生在自主參與的過程中提升物理核心素養。STEM 教學理念的應用，可以將物理實驗與學生日常生活進行有效的連接，給學生創設良好的思考和動手情境，讓學生將自己的觀點和思路與大家分享，拓展學生的視野，提高學生的自主學習能力、創造能力和邏輯思維能力。

二、STEM 教育理念在初中物理實驗教學中的具體應用

1.創設問題情境，導入實驗

在STEM 教育理念下，教師在開展初中物理實驗教學時，為了激發學生自主開展實驗探究的愿望，可結合實驗的內容、特點、學生的認知規律和實際情況等，利用生活中常見的物品，給學生創設貼近生活的情境，并提出開放性的問題，遷移學生已有經驗和知識，讓學生產生進一步探究的動力。這樣，學生才能積極思考，融合各個學科的知識進行探索，達到理想的學習效果。以教學“壓強”為例，教師在組織學生開展探究實驗“影響壓力作用效果的因素”時，可借助氣球、釘子、木板等生活中常見的物品，給學生創設一個對比情境。（篇幅所限，圖略）在相同的力壓下，a 出現了破裂的現象；在不同的壓力下，b、c 出現了不同程度的變形。教師將學生引領到這一特殊生活情境中，提出問題:“為什么在力的作用下，作用效果會出現如此大的不同？”通過這一對比情境，學生能夠直觀感受同一壓力在不同物體上的作用效果，進而理解主要是壓強不同造成的。這一對比實驗情境的設置，能使實驗情境具有極強的可驗證性，促進學生逆向思維的發展。

2.聯系相關學科知識，構建知識體系

在STEM 教育理念下，教師在開展物理實驗教學時，可在創設教學情境之后，結合其他學科知識，給學生設置多層次、多維度的練習，引導學生在物理實驗情境中逐漸進入到對物理實驗的思考中，讓學生在問題的引導下完成知識的建構，使學生在物理實驗的學習中獲得核心素養的培養。以探究實驗“影響壓力作用效果的因素”的教學為例，教師在創設教學情境之后，為了培養學生的綜合思維能力，就可結合STEM理念給學生設置相關問題:“重力與壓力之間有什么區別？釘子的個數改變了什么？在本次實驗情境中為什么選用氣球？是什么因素導致力的作用效果不同？”之后，教師可引導學生借助其他學科知識，對問題進行思考，再引導學生開展實驗，探究影響壓力作用效果的因素。

3.圍繞STEM，開展合作探究

在STEM 教育理念下，教師在開展物理實驗教學時必須改變傳統的演示實驗教學，引導學生積極主動地參與到物理實驗操作中，使學生在實驗過程中提升動手操作能力和思維能力等。具體來說，在STEM 教育理念下，教師在開展物理實驗教學時，應從以下幾個方面進行。第一，準備實驗器材。例如，在開展探究“影響壓力作用效果的因素”之前，教師可先引導學生準備好相關的實驗器材，包括海綿、不同質量的砝碼、相同的長方體、礦泉水瓶、小木桌、彈簧測力計、刻度尺等。第二，設計實驗方案，明確實驗步驟。在STEM教育理念下，教師可借助小組合作，引導學生通過合作、討論等形式，共同制定本次實驗的方案，并確定具體的實驗步驟。第三，小組合作開展實驗。教師可借助小組合作的形式，引導學生通過合作共同完成整個實驗的探究過程。例如，在探究“影響壓力作用效果的因素”時，教師就可借助小組合作的實驗學習模式開展教學。小組中有的學生負責觀察，有的學生負責記錄數據，有的學生負責操作，通過共同探究，完成本次實驗探究。第四，組間交流，拓展實驗研究內容。在小組合作完成本次實驗之后，教師可讓各小組對實驗數據進行交流，鼓勵小組成員共同討論和思考，引導學生積極反思、糾正錯誤，最終形成實驗結論。在這一過程中，學生的自主學習能力和物理核心素養都能夠得到培養。

4.立足STEM 教育理念，完善教學評價

在STEM 教育理念下，教師不僅要認識到物理實驗教學的重要性，還要積極構建與其相適應的評價體系，借助科學、全面、有效的教學評價，使物理實驗教學評價指標更加標準化、具體化，進而提高物理實驗教學效果。這就要求教師在具體實驗教學中，結合學生的實驗參與程度、實驗過程中的具體表現，對學生進行全面、客觀的評價，使物理實驗教學評價更加有效，達到培養學生物理核心素養的目的。

三、結束語

綜上所述，實驗是初中物理教學的重要組成部分之一，借助STEM 教育理念加強物理實驗教學，是提升學生物理核心素養的重要途徑。因此，教師在開展初中實驗教學的時候，應立足于STEM 教育理念與物理實驗的內在聯系，并緊緊圍繞STEM 教育理念，更新和優化物理實驗教學手段，不斷提升物理實驗課堂教學的有效性。