融合STEM教育理念的初中物理課程教學策略

摘要：在新一輪科技革命背景下，培養具備創造力、批判性思維、解決真實問題能力的學生已經成為現階段教育的重中之重.《義務教育物理課程標準（2022年版）》中明確提出了“跨學科實踐主題”這一學習要求，旨在引領學生通過跨學科學習，學會運用多個學科知識分析問題、解決問題，并從中實現學生的全面發展.文章簡述了STEM教育的內涵與特征，結合課堂教學實踐，針對STEM教育下課堂教學方案的設計展開探究，以期為一線教育工作者提供借鑒與參考.

關鍵詞：STEM；初中物理；跨學科；核心素養

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2025）08-0104-03

收稿日期：2024-12-15

作者簡介：金俊杰，本科，一級教師，從事初中物理教學研究.

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）作為現階段課堂教學的綱領性文件，立足于物理學科的特點，確立了物理核心素養的人才培養目標.在這一背景下，教師在開展課堂教學時，不僅要聚焦學科知識的傳授和技能的訓練，還應引領學生在體驗實驗探究的過程中促進實驗探究能力、問題解決能力的全面發展.STEM教育理念和《課程標準》所倡導的理念不謀而合，更加關注學生的創新能力、問題解決能力、實踐能力等，旨在提升學生的綜合素養.因此，面對物理核心素養的教學要求，基于STEM教育的內涵，重塑物理課堂教學新生態，已經成為當前課堂教學的重中之重.

1STEM教育內涵解析

源于美國的STEM教育理念，使得教學不再局限于某一個學科，而是一種綜合性的教學觀念.筆者結合以往學者的研究，認為STEM教育立足于數學、科學、技術和工程學科知識，充分體現了協作性、綜合性、設計性、趣味性、實踐性等特點.筆者以貼近現實的探究任務作為驅動，指導學生在實踐中建構知識，在運用知識解決問題的過程中促進高階思維能力、創新能力、跨學科綜合能力的全面提升，真正落實核心素養下的人才培養目標[1].

鑒于STEM教育的內涵，該教學模式主要具備以下幾個特征：（1）跨學科性.STEM教育將科學、技術、工程、數學四個學科內容整合到一起，具備跨學科綜合性.這一特點意味著教師在開展課堂教學時，不能將全部注意力和精力都投入某一個學科中，而是要打破學科之間的界限，圍繞某一個具體的問題，將這四個學科知識聯系起來，使得學生站在全局的角度分析問題，解決實際問題.（2）情境性.在STEM教育理念下，教師在設計課堂教學方案時，并非將抽象、孤立的知識直觀地呈現出來，而是為學生創設出具備趣味性、挑戰性、生活性的問題，使得學生在情境中掌握學科知識的建構，促進知識遷移能力的提升[2].（3）體驗性.STEM教育極具體驗性，主張學生在動手、動腦等活動中獲得原本抽象的知識，并在獲取知識的過程中經歷親身參與和體驗問題分析、解決等過程，最終在體驗學習中獲得綜合性發展.（4）趣味性.STEM教育中，教師在為學生設計情境時，常常會選擇有趣、有挑戰性的問題，并融合多門學科知識.同時，教師所設計的問題常常能夠激發學生的內在動機，可促使學生產生強烈的探究欲望.（5）協作性.協作貫穿STEM教育始終，在收集和分析學習資料，提出假設、驗證假設，評價學習成果中都離不開師生之間、生生之間的討論、交流等.

2STEM教育理念下初中物理課程教學實踐探究筆者以八年級上冊第五章《透鏡及其應用》教學為例，展開深層次探究.

2.1教學準備階段

有效教學離不開高質量的教學準備工作.在基于STEM教育理念構建物理課堂教學方案時，應對教材內容、學生的實際情況展開深層次解讀，并聚焦物理核心素養的內涵，確定具體的STEM教學目標.在《透鏡及其應用》這一章的STEM教學活動開展之前，教師應遵循上述原則，做好充足的準備工作.

2.1.1研究教學內容及課程標準

就人教版物理教材來說，本章共包括5節內容，教學內容安排契合了讓學生從生活現象到物理研究的學習規律，和初中生的認知發展區相吻合.同時，根據《課程標準》中的要求，本章教學應要求學生做到四個了解、一個探究、一個意識.其中，四個了解主要包括：凸透鏡和凹透鏡對光的作用、凸透鏡成像規律和應用、人眼球成像原理、近視與遠視形成原因和矯正方法；一個探究主要是指探究凸透鏡成像規律；一個意識是養成科學用眼的意識.

2.1.2分析學生基本學情

學生剛剛接觸物理兩個月時間，能夠初步感受到物理的趣味性和實用性，基本上熟悉了一些物理學習方法，但是，學生的觀察能力、分析和表達的能力相對比較弱，仍然需要進一步訓練.

2.1.3確定STEM教學任務

鑒于STEM教育的內涵，為了培養學生質疑探究、協作溝通、批判創造等素養，教師基于教學內容，為學生設計了“制作望遠鏡”的STEM教學任務.在這一教學活動中，科學（S）涉及物理學科中有關凸透鏡成像、視角、力學等知識點；技術（T）體現在物鏡和目鏡設計、望遠鏡鏡頭分析、草圖設計、選材制作、精良改進等；工程（E）以工程項目作為載體，制作鏡筒、組裝鏡頭；數學（M）體現在物鏡和目鏡焦距長短關系、物鏡和目鏡焦點位置關系的分析.

2.1.4確定教學目標

結合上述分析結果，鑒于八年級學生的認知發展水平，就將“制作望遠鏡”STEM教學目標確定為：①科學目標：掌握凸透鏡成像規律、知識和應用；了解凸透鏡的使用及成像規律；基于探究學習體會科學是人類創造的基礎.②技術目標：能科學選擇望遠鏡鏡頭；能正確組合兩個凸透鏡；能體會到物理知識在工具設計和制作中的決定性作用.③工程目標：能根據設計圖，科學選擇材料、工具，對工程中遇到的問題進行解答.④數學目標：運用數學知識分析、判斷、解決問題；結合數學知識記錄數據，計算圓的周長；體驗數學知識的實用性，感悟數學知識在定量設計中的作用.

2.2實施教學過程

在STEM教學中，教學過程是達成教學目標的必經階段，也是培養學生核心素養的重要途徑.鑒于此，教師必須突破傳統教學組織形式的束縛，堅持以生為本的理念，指導學生在合作探究、動手實踐中開展學習.在“制作望遠鏡”的STEM教學中，教師從引入、探究、解釋、設計、拓展和評價六個維度，對其進行如下設計.

2.2.1引入

這一階段是教學活動的初始環節，主要是根據教學內容創設出與學生認知發展區相契合的教學情境，以此喚醒學生學習動機，或引發學生的認知沖突，使其在情境的驅動下，積極主動參與到學習中.在本次STEM教學中，教師以嫦娥仙子在廣寒宮中翩翩起舞為切入點，向學生闡明科學家早就利用儀器觀測到月亮的表面，并將其呈現在學生面前，向學生提出問題：你知道科學家是利用什么儀器觀測月球的嗎？接著，教師又為學生呈現《亮劍》中“團長李云龍潛伏在草叢中拿著望遠鏡觀察敵軍動向”的視頻，引導學生猜測李團長通過望遠鏡觀察到的物體是真實的還是物體的像.這一情境極具趣味性，和學生真實的生活經驗相契合，可激發學生的探究熱情，喚醒其內心驅動力，使其快速進入探究學習中.

2.2.2探究

在STEM教學中，本階段是核心，學生在任務的驅動下，基于教師的引導，立足于自身已有的知識和經驗作出必要的假設并開展實驗求證.在本次STEM教學中，教師聚焦探究問題，為學生搭建了適合其認知水平的三個探究任務：①通過望遠鏡看到的物體是真實的物體還是物體的像？②望遠鏡成的像和實際物體之間的大小關系如何？③望遠鏡是不是將被觀測物體和人之間的距離縮短了？接著，教師為學生展示望遠鏡圖片，引領學生初步感受望遠鏡成像的特點，指導學生以小組為載體，在任務的驅動下，結合凸透鏡成像的知識，通過改變焦點位置、物距和像距之間的距離，針對成像特點進行分析，并在此基礎上設計出望遠鏡能夠清晰觀測到遠處物體的光路圖，進而完成望遠鏡原理圖的設計.

2.2.3解釋

解釋是這一教學活動中的關鍵環節，主要是引領學生分組闡述整個探究過程和探究學習結果，指導學生結合自己的理解闡述其對概念的認知.在本次STEM教學中，教師指導學生以小組為載體，圍繞整個探究學習過程進行總結，在利用望遠鏡對物體進行觀察時，遠處的物體貼近鏡片，物鏡相當于照相機，使得遠處的物體在右側焦點成倒立、縮小的實像；目鏡如同放大鏡，使左焦點附近的實像成正立放大的虛像.

2.2.4工程

在這一環節中，教師應先指導學生明確設計原理，引領學生利用提供的材料開展制作和改進.在本次STEM教學活動中，教師為學生提供了凸透鏡、紙板、PVC管、膠帶、熱熔膠等材料，指導學生以小組為載體，親自動手制作望遠鏡.同時，教師做好巡視工作，面對束手無策的學生，教師應對其進行鼓勵和幫助；面對在制作中焦點位置、焦距關系處理不恰當的學生，應對其提供必要的指導和幫助，確保每一個小組都能順利完成任務.

2.2.5拓展

這一環節是在學生探究的基礎上，提出新的任務，引導其開展更深入的探究學習，進而形成全新的方案.在本次STEM教學中，教師在學生現有的探究學習基礎上，再次向學生提出問題：老師有一個疑問，望遠鏡成縮小的像，但是為什么看起來好像是變大了呢？接著，教師引導學生結合爬完山回去的經歷，在回頭望時發現山變得越來越小，直至消失不見.這種現象是不是因為伴隨著人的遠離，山逐漸變小了.之后，指導學生再次開展探究，使得學生明白一個物體能否被看見，是由物體的大小和人眼之間的距離共同決定的.

2.2.6評價

這是教學活動中最后一個環節，主要是給小組提供展示的空間和機會.在小組展示的過程中，師生雙方圍繞教師所提供的評價量表展開自我評價、相互評價等，最終在評價中進行完善與發展.在本次STEM教學活動完成之后，教師指導學習小組圍繞制作的望遠鏡進行展示、評比，引領學習小組針對制作過程中面臨的困難進行總結.

3結束語

綜上所述，STEM教育理念契合了《課程標準》的要求，倡導學生在跨學科主題學習中完成知識的建構以及綜合素養的發展.鑒于此，初中物理教師必須突破傳統教學理念的束縛，基于STEM教學的內涵，科學確定STEM教學主題，設計教學目標，組織教學活動，使得學生在STEM引領下積極主動參與課堂探究學習，促進物理核心素養的形成與發展.

參考文獻：

［1］ 周曉霞.基于STEAM教育理念的初中物理教學策略研究[J].學周刊，2024（17）：83-85.

[2] 夏語明.基于STEM理念的初中物理教學實踐研究：以“制作簡易密度計”為例[J].理科愛好者，2024（1）：58-60.

［責任編輯：李璟］