STEM理念下高中物理创新实验校本课程探析

王明华

【摘 要】STEM理念融入了科学思想观、技术素养、工程建模思想、数学分析思想四部分内容，应用该理念的目的是全面提升学生的综合能力，帮助学生在物理学习中形成物理思维意识，学会创新实验方法。该理念涉及创新的时代精神，要求学生在实验中自主探索、自主学习，进而发挥校本课程的价值。基于此，本文就STEM理念下高中物理创新实验校本课程的实践措施进行探讨。

【关键词】STEM理念;高中物理;创新

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2021）10-0070-02

“众创空间”要求学生在新时代背景下掌握信息技术，将模拟实验平台与物理创新精神相融合，养成良好的学习观念。在创新实验校本课程中，教师需发挥学生主体作用，突破传统实验课程、理论课程的限制，引导学生实现“共同发展”的目标，利用模拟化的物理实验平台凸显特色的物理课程，激发学生的物理学习积极性。

1   STEM理念下高中物理实验课程的建设目标

STEM理念的物理教学，就是将信息化实验平台、科学技术与物理教育相结合，提升学生对课堂的探究兴趣及积极性，打造一个高效的物理学习校本课堂氛围。该理念下，学生需在教师的指导下学到有关运动学、力学的知识，在实验探究中进行合作学习，养成创新学习的意识。另外，在多元化评价、建模中，教师要改变以口头讲解为主体的教学模式，让学生投入更多时间在创新中，为学生的个人发展提供良好的条件[1]。总之，教师要巧设高质量的校本课程模式，让学生进行实验探究，全面地对实验方法、实验内容以及实验现象进行总结，进而提高实验课程的教学效率。

2   STEM理念下高中物理创新实验校本课程的意义

STEM理念要求教师整合不同学科元素及学科内容，创设实验空间及探究氛围，将物理理论知识融入实验，让学生明白“思維”形成的重要目的。STEM理念是一种思维教育形式，强调教师对学生的引导培育，凸显综合性的教学方向。校本课程中，教师要制定课程评估方式及实验流程，重视对课程内容的总结与创新，引导学生在小组学习、问题探究中学习，帮助学生快速、全面、高效地解决实际问题，通过培养学生的独立思维，让学生在独立的场景中分析、总结，提高学生的动手实操能力。

3   STEM理念下高中物理创新实验校本课程的方法

3.1  渗透信息技术元素，开展模拟教学

教师可以利用创新型的信息技术形式，在Arduino信息传感平台进行知识点扩充，让学生掌握更有效的实验理解及探究思维，帮助学生建立实验思维。需要注意的是，每项实验课程的基础课时应超过3个课时。更新实验内容时，应在3D数据软件的统计、标识、校准过程中减少实验误差。

如在鲁教版“超重和失重”的教学中，教师可运用微课说明超重、失重的诱发原因，在模拟实验中分析两种现象的合力变化规律及实验原则，然后要求学生进行体验模拟，学生初步建立实验思路，利用3D打印及计算机技术展示实验流程。在此过程中，学生可在软件中进行模拟实验，体会平台中模拟实验对象的受力特征。学生可依据实验模型进行体验感知，感受重力、拉力的变化状态，然后得到初步的运动理论模型[2]。如电梯加速上升时，电梯处于超重状态，原因是电梯中的物体受的重力比受到的外力 N 小，但是当电梯快速下降时，电梯中的物体受的重力大于外力 N 。针对这一实验模型，学生会明白乘坐下降的电梯时产生的明显的“悬空感”正是一种失重的现象。教师可先融入基本的实验步骤，再要求学生运用信息化技术建立基本实验模型，帮助学生在全面理解物理知识的同时形成物理思想观念。此外，教师可再提出以下问题：“万有引力就是重力吗？”“GPS技术是卫星定位系统，那么与地球同步的卫星有哪些特点？”“电梯上升中，有哪些运动规律？”除提出一系列物理问题，还可要求学生自主设计实验模型，让学生在科学探究中发现实验规律及实验模型，帮助学生在建模中掌握物理知识。如在电梯上升的探索实验中，可引导学生利用VR技术进行实践体验，分析各个阶段的运动状态、运动方式，并做好记录。通过分析，学生可发现电梯上行运动共分为三个阶段，第一阶段是向上加速运动的阶段，这一过程中，电梯处于超重状态;第二阶段是匀速运动阶段，此时重力和外力 F 是相等的;最后一个阶段是匀减速运动阶段（即将到达指定楼层），此时电梯处于失重状态。运用计算机技术设计实验，再细致测量、计算、统计，能促使学生在模拟空间中宏观、全面地了解实验重点。

3.2  拓展实验内容，营造探究性氛围

拓展实验课程内容，打造趣味性的实验课程模式，合理运用实验教学发展学生的探究能力及创新能力，有利于全面激发学生的个性。从宏观角度讲，物理实验要求学生清晰认知到实验规律，掌握电学、力学、热学等方面的基本理论知识，同时对这些理论进行拓展，运用主题实验进行创新探究，这有利于学生掌握化学、生物、光学等多个学科的理论知识，并方便学生在实验中分享自己的见解。

如在鲁教版“机械功”的教学中，教师可向学生说明功、机械能之间的关系，运用Arduino传感技术（仿真模式下）讲述动能、势能的关系，利用模拟实验的方法阐释机械能的变化关系。在此过程中，教师可利用“自行车力学原理”说明自行车轮轴运动过程中的规律，要求学生分析前轮、后轮、车架、刹车、链条之间的运行方式，并利用传感、控制技术凸显这一运行关系。其中，将整个实验以仿真实验的形式开展，要求学生模拟自行车的正常运动，有助于学生观察自行车机械能的转化关系。教师还可以结合模拟情境提出问题：“骑自行车上坡前要加紧蹬几下脚踏板，这是为什么？”对这一问题，可要求学生运用科学实验的方法进行分析，同时撰写实验报告，促使学生在趣味性的实验中完成练习。通过实验，学生可发现，加紧蹬几下脚踏板是为动能转化势能的过程提供方便。根据实验，学生能联想到下坡时不需要蹬脚踏板的原因是势能可通过轮轴转化为动能，故此时只需要控制自行车的行进方向即可。拓展教材内的实验，要求学生在实验中进行学习、体验、实践、分析，有利于激发学生的探究欲望[3]。

3.3  融入生活化情境，凸显物理课程优势

为提高校本课程的综合运行效率，教师要重视培养学生的物理核心素养，积极创设特色的物理实践课程内容，打造特色的教学形式，在教学中有效融合与渗透科学的思想价值观。在此过程中，教师应推动实验课程的研究与创新，构建和谐的学习氛围，要求学生依据实验活动进行探究理解，提高学生的综合能力。从宏观角度讲，利用以应用为主体的教学实践，并对实验内容进行创造，有利于培养学生的个性，落实对学生品德素养、创造能力的培养渗透，帮助学生形成良好的品格，达到新时代人才的培养目标。

如在鲁教版“磁与现代科技”的教学中，教师可提出生活中常见磁悬浮列车等所应用的物理原理，并提出“制作电磁铁实验”内容。在此过程中，教师可以引导学生设计一个闭合回路，借助DIS传感器机装置说明电磁感应、磁感强度的重要作用，自主设计、纪录磁铁周围感应电流强度的大小变化与电磁感应之间的关系。还可以引导学生对实验进行创新，感受数控工艺、电铃制作的方式。通过整合现有的教学资源，要求学生在实验中理解、总结电磁学这一知识点的应用技巧。通过客观的实验原理，总结生活中常见的物理现象，再要求学生在实验中进行研讨，有助于扩充学生物理学科知识储备。总之，教师应设定以目标为导向的实验方式，指导学生在实验证明中掌握实验规律，同时运用数字化的教学方式，增强课程的多样性，并积极运用DIS技术整合与电磁学相关的理论，如带电小球的运动、磁场特点等，改变单一的教学思路，激发学生的开放性思维。

综上所述，新时期在高中物理实验校本化课程创新中，教师应积极渗透STEM理念，打造有特色的实验课程模式，激发学生的探究欲望，让学生快速、全面地融入学科学习。另外，教师要注意校本课程的创新，通过创新、改革实验内容，提高学生的综合能力。

【参考文献】

[1]王国宏.基于STEM理念的高中物理实验校本化探索与实践[J].名师在线，2020（5）.

[2]苑素霞，周厚兵，陈叶青，等.STEM教育理念下的大学物理实验教学探析——融入项目式学习[J].广西物理，2019（Z1）.

[3]鲁世明.基于STEM理念的高中物理实验校本化探索与实践[J].中学物理，2018（21）.