浅谈STEM在高中物理实验教学活动中的应用策略

程 霞

（甘肃省武威第一中学，甘肃武威 733000）

实验是高中物理的核心内容，优化高中物理实验教学、构建理论与实践结合的教学模式，能够有效增进学生对物理理论的理解，同时深化其实践素养。根据当前教学情况，STEM理念与高中物理实验教学的结合可以很好地促进上述内容的落实，值得教师展开深入研究。

一、传统模式下高中物理实验教学的不足之处

虽然传统模式下的高中物理教学对实验活动给予了一定的关注，但是在组织和实践方面，明显存在不足，如理论指导过多、学生动手操作机会不足、课堂氛围较为沉闷等。一些教师认为，学生只有完全掌握了理论知识才能做好实验，因此在组织实践活动之前向学生灌输大量的理论知识。甚至还有一些教师，为获得良好课堂反馈，手把手地教学生怎样做实验。虽然在该模式下，学生能够更迅速地掌握实验操作方法，得出正确的实验结果，但是由于理论灌输过多与教师的介入，使得学生失去实验操作兴趣，甚至在教师监督下产生实验操作压力，在无形中阻碍了学生参与课程活动的积极性，对其可持续发展大为不利。

二、高中物理实验教学融入STEM 理念的优势

将STEM 理念应用于高中物理实验教学中，实际上就是以科学、技术、工程、数学四方面知识的融入来丰富课程活动，不仅可以优化物理实验教学结构，还可以促进学生思维多元发展。尤其是运用工程思维、数学思维、科学思维构建实验模型并分析最终结果，可以充分激发学生的学习思维，从而主动对所获得的知识展开多角度思考，各项思维能力均能在原有基础上得到提升。

三、STEM 理念在高中物理实验教学中的应用

（一）基于教学模式重构进行理念应用

通过心理学知识我们可以知道，高中物理教师如何选择实验教学指导方法，与其教育理念、构建教学模式的习惯有关。因此，将STEM 理念应用于高中物理实验教学中，首先应打破教师原有的思维束缚，重构教学模式、重塑教育理念。只有教师在内心深处认同了STEM 理念在高中物理实验教学中的应用意义，才能更加积极主动地加以应用，并围绕其制订新的教学计划。

但是就目前来说，无论是教师还是学校，在该方面都做得不是很好。对此，学校和教师均应做出调整。学校需要做好管理工作，组织高中物理教师对STEM 理念、STEM 与高中物理实验教学的关系展开探究，引导教师在教研活动中合作探究STEM 理念与高中物理实验教学的结合方法。而教师应主动对新形势下的高中物理实验教学新要求、STEM 理念内涵及实践价值展开学习，充分了解相关教育元素，在对其形成正确认识的基础上，利用STEM 理念衍生手段重构教学模式。如此，教师教育理念随教学模式的重构发生积极变化，从而主动加强对STEM 理念的创新应用，课程实践活动在STEM 理念的创新支持下才会有序推进。

（二）基于学生科学素养培育设计课程

物理是探究物质运动一般规律和物质基本结构的一种科学，是自然科学的带头学科。这也就意味着，高中生对物理知识的探究、对该学科实验活动的参与，是一个科学探究过程，应以发展科学素养为目标。而这一科学素养的发展，与STEM理念中的“S”形成了统一。由此启发教师，应用STEM 理念组织高中物理实验教学活动，应以培育学生科学素养为基础进行课程设计。同时，教师不得不思考一个问题：“高中生的科学素养在哪些状态下可以实现更好的发展？”教师可以在学生参与物理实验活动的过程中，不断围绕学生的操作过程和结论提出问题，引导学生对操作过程、最终结论展开分析，探究如何将物理实验应用于社会科学实践当中，并鼓励学生分享自己的分析结果，也可以积极提出不同想法。通过循序渐进的思考和分析，学生不断在物理实验科学探究中进行更有深度的科学分析，科学素养得到提升。而这种科学素养的提升可以反作用于学生对物理知识的科学探究，让他们在实验操作过程中有更积极的表现和更丰富的收获。

（三）基于完善教学设施促进实验教学

STEM 在高中物理实验教学中的应用效果，受学校物理实验教学设施影响颇大，若学校能够为师生提供完善的实验设施，师生融合STEM 思想的实践学习条件更优越，自然有望全面提高教学效果。与此相反，若学校物理实验教学设施落后，无法为师生提供完成某部分物理实验的必备材料和设施，必然会阻碍教学活动的展开，影响课程效果。而分析当前高中物理实验STEM 教学情况不难发现，教学设施不完善问题依然存在，部分教师在教学中不得不面对器材不足、材料缺失问题，以至于无法很好地将STEM 理念渗透在教学中。针对此情况，学校应主动解决教师开展物理实验教学活动面临的问题，适当投入资金以完善教学设施，定期修理、更新损坏的物理实验设备，尽可能为师生实验提供更丰富的物理材料，降低师生搜集物理实验材料的难度。师生处于良好的实验环境当中，在STEM 理念应用下形成更积极的实验活动体验，进而在完善的设施与丰富的材料支持下参与更多元的实验，获取更全面的物理实验知识，增强学习成效。值得一提的是，此教学环境有助于教师专业水平的提升，而只有教师提升专业水平，才能为学生提供更科学的物理实验学习指导，采取更合理的方式应用STEM 进行教学，从而促进高中物理STEM 应用下实验教学质量的提升。

（四）基于信息技术手段组织教学活动

传统模式下的高中物理教学效果差强人意，存在实验活动组织低效的问题，并缺乏对信息技术手段的合理应用。对此，应用STEM 理念重构高中物理实验教学，教师应提高对信息技术手段运用的重视，通过信息技术与课程活动的有机融合提高实验指导、组织的有效性。而基础教育中的信息技术手段内涵十分丰富，是对所有在网络环境下衍生出的新教学方法的统称。因此，基于信息技术组织高中物理实验教学活动时，教师可以适当进行多种尝试。

首先，教师可以通过多媒体动画导入课程。高中生虽然已经形成较为成熟的思维模式，习惯了从教材中探究知识，但是只引导他们通过教材了解物理实验，其效果难免会较为逊色。反之，若对多媒体动画加以应用，以动画展示形式将物理实验对应的现象呈现出来，可以让学生的注意力更加集中，有效增强其知识探究与实践操作热情。所以说，教师可以先在网络中搜集一些与教材内容对应的物理现象，再将其通过多媒体动画呈现出来，以起到优化课程导入的作用。

其次，教师可以通过电子白板讲授实验步骤，帮助学生了解实验操作过程。相较于传统的口述如何做，一边在电子白板上进行模拟操作，一边向学生介绍操作重点，能够让学生对实验操作过程和重点形成更加准确的理解。在条件允许的情况下，教师甚至还可以邀请学生通过计算机软件进行模拟操作，将计算机平台视为实验室，以信息化操作代替动手实践。这样，教学和实践过程更加简洁，学生既能够通过模拟操作感受物理知识的生成过程，理解其基本内涵，也可以通过信息技术与物理实验的深度融合加强对信息技术重要性的认识，从而同步提高信息素养。

再次，以信息技术为支持将STEM 应用在高中物理实验教学中，教师还可以开辟线上教学渠道，延展学生学习空间，这也是传统模式下的高中物理实验教学所缺失的。在传统模式下，高中物理实验学习局限在常规课堂与实验室中，并未向生活进行合理的延伸，这也导致实验学习、实验操作缺乏持续性，知识与经验积累存在断层，制约了教学有效性的整体提升。而信息化教学手段为教师解决此问题创造了便利条件。高中物理教师可以尝试基于STEM 理念构建物理实验线上教学平台，在信息技术支持下，通过线上教学平台向学生分享精彩的物理小实验，鼓励他们在家庭、生活中设计物理实验。学生实验学习空间被拓宽，成长与进步的可能性也就更大。

（五）基于工程理念指导物理实验操作

STEM 理念应用下的高中物理实验教学，基于工程理念引导学生进行实践操作也是个不错的选择。尤其是在一些力学课程中，通过融入工程思维构建力学模型，可以让学生更加迅速地找到实验重点，有助于他们对相关知识的研究和分析。将技术手段与工程理念相结合，学生还可以通过信息技术构建物理实验模型，这同样可以对其动手操作能力的提升起到一定的促进作用。然而综观当前的教学活动，大多数教师都忽略了这一内容，他们更习惯于直接组织学生进行动手操作，并未及时提醒学生运用工程理念进行实验设计和分析。所以，对于一些在工程理念指导下可以变得更加简单的实验，学生依然采用复杂的方法进行设计和操作，使得整体学习呈现出低效特征，学生工程素养的发展受到了限制。面对该情况，针对STEM 理念在高中物理实验教学中的应用，教师一定要提高对工程理念的关注。久而久之，学生不断在课程实践活动中深化工程理念，借助工程方法建构实验模型，其实验学习效率与效果必然会获得质的提升。

（六）基于数学思维优化物理实验教学

常言道：“学好数理化，走遍天下都不怕。”数学与物理本身就是相辅相成、殊途同归的，均指向了对科学的大胆探索。将STEM 理念应用在高中物理实验教学活动中，教师还可以渗透数学思维，借助数学思维优化实验教学。但需要注意的是，这一思维的渗透，既指向对物理实验活动数据的整理，也指向对实验操作结果的分析，是记录与思考的结合。但是在现阶段的具体实验中，出现了明显的重记录轻分析、重分析轻记录等记录与思考不平衡问题，导致数学思维渗透效果受到消极影响，阻碍了学生物理实验学习和数学思维、学科素养的发展。对此，教师必须做出调整，提醒学生一边做实验一边记录各项数据，指导他们根据最终的实验结果和中间记录的各项数据，对操作结论展开分析。如此，学生在STEM 理念支持下的物理实验学习才会更加完整。依托于完整的数据、及时的分析，学生实践学习结论准确性得以提升，数学思维与学科素养均有望实现更好的发展。

（七）基于学生主体地位深化理念应用

说到底，提高对物理实验课程活动的重视、将STEM 理念应用在高中物理实验教学中，都是新课程改革提出的要求。因此，在高中物理实验教学中应用STEM 教学理念，教师还应该注意遵循新课程改革要求，在满足其基本要求的基础上调整课程活动组织方式。对此，最重要的一项内容，就是尊重学生在课程活动中的主体地位，尊重物理实验中学生主体参与特性，让学生自主进行实验操作并探究相关物理知识。事实上，也只有这样，学生才能真正在实验操作中实现生成性学习，充分感受到物理的魅力并理解实验的本质。反之，若教师经常介入学生的实验操作中，并直接告诉学生应该怎样做、不应该怎样做，学生看似在进行自主操作，实际上并未进行主动思考，教学预期目标依然难以实现。必要时，教师可以鼓励学生在合作状态下自主参与实验活动。通过合作，学生不断帮助其他学生解决自主操作问题，并且在其他学生的启发下对实验展开多角度思考，收获也会更加丰富。但是综观当前高中物理实验学生合作学习小组的建设，或多或少地存在着和谐性不足、学生配合缺乏默契等问题，这主要与教师未在学生小组建设之前全面分析学生间的差异与特点有关。小组内成员物理实验素质与对STEM 的认识差异过大，最终导致了上述问题的出现。因此，教师应优化学生学习小组建设方法，在建设合作小组之前，对每一名学生的物理实验特质、思维习惯与性格特点等展开分析，然后将相似的、能够自主进行高效交流的学生划分在同一小组中。如此，学习小组内学生间的合作默契度提升，其实验学习关系更加和谐，融合STEM 的高中物理实验教学效果自然会更好。

综上所述，传统高中物理教学存在的STEM 理念渗透不足、实验组织形式较为单一问题，在一定程度上限制了学生物理实验素养乃至学科综合素质的发展，使物理实验教学难以满足新课程改革要求。因此，在新的基础教育形势下，高中物理教师应加强对STEM 理念的合理应用，借助信息技术手段、工程理念、数学思维指导学生进行物理实验学习，并以此培育其科学素养，通过重构教学模式实现教学效果的最优化。