融入STEM元素的體育教學實踐探索

《義務(wù)教育體育與健康課程標準》（2022年版）（以下簡稱新課標）強調(diào)體育與健康課程應融合多學科，促進學生全面發(fā)展，并注重培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。教學內(nèi)容需結(jié)合德育、智育、美育、勞動教育和國防教育，涉及數(shù)學、物理、化學、生物等學科。STEM教育，即跨學科教育，通過整合多學科領(lǐng)域解決獨立學科問題。體育教師可借鑒STEM教學視角，引導學生進行跨學科學習，實現(xiàn)深層次的學習與理解。新體育課程體系在多方面有重大創(chuàng)新，要求教師改變教學方式，運用多學科融合理念培養(yǎng)學生的綜合性技能。

一、體育教學融入STEM元素的實踐路徑

STEM元素融入體育教學，既響應了新課標的號召，也順應了時代的發(fā)展趨勢。體育教學與STEM元素融合緊密，科學（Science）助力科學鍛煉和運動表現(xiàn)；技術(shù)（Technology）利用穿戴設(shè)備、AI、VR/AR、云計算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)為體育教學提供支持；工程（Engineering）應用于運動裝備研發(fā)、運動反饋系統(tǒng)及體育工程建模與仿真；數(shù)學（Mathematics）則應用于運動項目中的平面幾何、拋物線、函數(shù)等計算。這種模式能直觀展示運動背后的科學原理，幫助學生科學地認識體育運動，并潛移默化地領(lǐng)悟數(shù)學、生物、物理和化學等知識，提升綜合應用各學科知識的能力，同時改善學生的健康狀況。

在實踐研究中，我們對昆明市第十中學八年級的10個班級進行了一學年的課堂跟蹤研究。通過觀察學生在體育學科中運用基礎(chǔ)知識和技能的情況，我們發(fā)現(xiàn)符合體育教學科學發(fā)展的路徑包括體育基礎(chǔ)理論下的STEM元素融合、體育技能與STEM元素的整合運用等。STEM課程通常采用任務(wù)驅(qū)動型教學模式，例如，將體育理論與多個主題思想聯(lián)系起來，學生在任務(wù)驅(qū)動下運用科學、技術(shù)、工程和數(shù)學知識與技能。這種模式確保了學生在體育思維、創(chuàng)新學習和綜合技能等方面核心素養(yǎng)的開發(fā)。此外，我們嘗試將體育學科與科學、技術(shù)、工程等應用相融合，形成符合新課標目標導向、問題導向、創(chuàng)新導向為原則的體育教學模式。教師借鑒數(shù)學、工程、技術(shù)、物理等學科的應用思想，將不同學科的內(nèi)容整合到體育教學中，設(shè)計一些探究性問題，讓學生在體育問題情境中探究學習。

二、體育教學融入STEM元素的應用舉隅

在新課標的指導下，體育教學中融入STEM元素需要遵循五個遞進式教學環(huán)節(jié)：問題情境—解釋交流—得出結(jié)論—能力轉(zhuǎn)化—激勵評價。這五個環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，共同促進跨學科知識的探索與整合。每個環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，以確保問題能夠逐步融入體育教學情境中。這種教學設(shè)計不僅為教師提供了引導學生提出運動措施與方案的“學習支持”，而且有助于學生更好地掌握運動技能，提升運動素養(yǎng)。如圖1所示，具體教學流程清晰地展示了這一過程的結(jié)構(gòu)和邏輯。

1.問題情境

在體育課前，教師需了解學情，并緊密結(jié)合生活實際來創(chuàng)設(shè)問題情境。在引入體育項目式STEM學習時，應注重創(chuàng)造富有吸引力的學習環(huán)境，設(shè)計有趣且具有導向性的問題。將STEM體育課程的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為有意義的交流活動和反復驗證的過程，旨在激發(fā)學生的探究意識并促進他們總結(jié)課堂知識。這樣的教學方式有助于培養(yǎng)學生形成多元化的運動思維。

2.解釋交流

交流探索和獲取問題解釋是“五環(huán)”教學設(shè)計中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)引導學生仔細觀察、描述探究過程，進行交流與探討，以及在邏輯推理中進行分類比較、尋找規(guī)律和事物之間的關(guān)系，可以促進學生高階思維的發(fā)展，并進一步促進學生構(gòu)建知識體系和掌握多元化技能。

3.得出結(jié)論

在完成探究后，通過提問（或教師設(shè)問）、作答、虛擬演示、練習和辯論等環(huán)節(jié)，學生進行結(jié)論的梳理。由于探究問題具有開放性，因此得出的結(jié)論也會是多種多樣的。教師可以通過播放視頻和虛擬演示操作來直觀展示體育運動解決方案，并補充存在的缺陷與漏洞。在探索概念時，教師應強調(diào)學科之間的融合與聯(lián)系，為學生提供STEM跨學科素養(yǎng)、解決問題能力、創(chuàng)新能力的發(fā)展機會。

4.能力轉(zhuǎn)化

教師根據(jù)STEM素養(yǎng)的要求，為學生安排調(diào)查任務(wù)，引導他們不斷體驗和內(nèi)化新知識。在促進跨學科知識轉(zhuǎn)移和應用方面，教師應給予學生適當?shù)乃伎紩r間和思維空間，以總結(jié)規(guī)律并內(nèi)化概念。學生應使用高階思維方式來解決相關(guān)的新問題和新現(xiàn)象，優(yōu)化和感悟?qū)π轮R的理解，并結(jié)合相關(guān)技能完成多角度的能力轉(zhuǎn)化。

5.激勵評價

教師和學生應共同構(gòu)建一套STEM體育核心素養(yǎng)評價體系。該體系應充分體現(xiàn)多元化思維，并貫穿整個教學過程。同時，教師也應建立一套評價標準，用于評估問題的創(chuàng)設(shè)。此外，結(jié)合體育信息和智能學習技術(shù)，教師可以制定一套更具個性化和綜合性的STEM素養(yǎng)評價標準。在此評價體系中，除了過程性和總結(jié)性評價外，教師還應對階段提升性、科學素養(yǎng)、創(chuàng)造能力和跨學科融合能力等進行評估。

體育教學是一種在學與練同步進行中，深入理解運動科學原理的過程。在進行動作練習時，學生能夠獲得運動體驗，而“持續(xù)練習”則是一個不斷嘗試與改正的過程，同時也伴隨著對個人的運動思考、運動規(guī)律和經(jīng)驗的深刻理解。STEM教育元素的特性在于其能夠激發(fā)思考并整合其他學科的理論作為“支撐”，將運動體驗融入特定的情境中，運用多學科知識綜合解決運動問題。通過體驗式學習、競賽和游戲，教師可以創(chuàng)造出豐富的實踐理論，并通過借鑒、模仿和創(chuàng)新運動方式，形成獨特的運動效果。具體案例請參考表1。

通過對“接力跑教學探究”“籃球教學實踐”“推鉛球動作的實驗探究”三個案例的深入對比分析，我們可以清晰地看到STEM教育在培養(yǎng)學生的邏輯思維能力方面具有顯著優(yōu)勢。STEM教育不僅能夠幫助學生開拓視野，提升運動技能，還能對體育教學產(chǎn)生深遠的影響。然而，將STEM教育應用到體育課程中，對教師的專業(yè)素養(yǎng)和跨學科知識融合能力提出了更高的要求。

四、體育教學融入STEM元素的思考

實踐證明，體育教學中蘊含著豐富的STEM元素，但尚未得到充分認識和挖掘。在體育教學中，除了傳授知識和技能，教師還應注重多學科知識的滲透和聯(lián)系。正如楊國強教授所說，我們需要一個新版本的STEM教育（體育S、交流T、表達E和積極主動性M）。無論STEM以何種形式融入體育教學，都將激發(fā)學生的興趣和參與度，促進學科交叉點的產(chǎn)生。這符合新課標的要求，可以提高教學質(zhì)量和效率，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和自主學習能力。

融入STEM元素的體育教學課程設(shè)計要滿足以下要求：首先，制定綜合課程計劃。隨著課程目標由三維目標向核心素養(yǎng)目標轉(zhuǎn)變，充分利用課標新增的“跨學科主題教學”領(lǐng)域，將STEM元素與體育課程緊密結(jié)合。結(jié)合計算機編程、科學技術(shù)和數(shù)學知識，讓學生在運動中體驗科學技術(shù)的實際應用。其次，提升教師跨學科素養(yǎng)。教師的知識儲備是教學質(zhì)量的關(guān)鍵。除了專業(yè)深度，教師還應具備廣博的跨學科知識，能夠利用現(xiàn)代科技如虛擬現(xiàn)實、運動追蹤等技術(shù)增強教學的互動性和趣味性，促進學生積極參與。再次，設(shè)計STEM體育項目。新課標提倡大單元教學，旨在培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。圍繞這一目標，教學設(shè)計需關(guān)注核心素養(yǎng)，傳統(tǒng)項目設(shè)計已無法滿足需求。融入STEM元素的教學模式能夠通過各個教學環(huán)節(jié)的設(shè)計，創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學生在情境中思考和解決問題，提升學生解決問題的能力。因此，在每個學期，教師應滲透和融合一個主題或項目群，將STEM元素與體育項目結(jié)合，制定具有科學性、技術(shù)性和可操作性的STEM體育項目，如機器人足球、智慧跑步統(tǒng)計等，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科學素養(yǎng)。第四，強化跨學科教學。體育教師應與其他學科教師合作，將STEM元素融入跨學科課程，如在歷史課程中探討運動的演變和發(fā)展或在物理課程中探究運動軌跡和力學原理等。第五，鼓勵體育科學研究。教師應支持學生參與運動相關(guān)的科學研究，如運動生理學、運動心理學、運動力學、基礎(chǔ)化學、運動營養(yǎng)學等，培養(yǎng)其科研能力，并將科學知識應用于體育運動中。最后，注重綜合素質(zhì)培養(yǎng)。除了體育技能，教師還要注重對學生團隊合作、領(lǐng)導力、溝通能力的培養(yǎng)，促進學生的全面發(fā)展。

在新課標指導下，體育與STEM教育的融合已成為教育改革的重點。通過實踐，我們發(fā)現(xiàn)這種跨學科整合不僅能激發(fā)學生學習興趣、拓寬知識視野，還能培養(yǎng)其實踐能力和創(chuàng)新意識，提高綜合素養(yǎng)。總體而言，體育與STEM的結(jié)合是未來體育教育的大勢所趨，需要廣大教育工作者共同努力，探索更有效的實施策略。