STEM教育理念观照下的初中物理教学设计

王丽华

【摘 要】将科学教育、技术教育、工程教育、数学教育与初中物理教育相融合，以STEM教育理念来指导初中物理教学设计成为将物理单科教育演变为综合化教育的新思路。本文分析了STEM教育理念对初中物理教学的启示，并以该理论为指导提出教学设计的基本模式。

【关键词】STEM教育；初中物理；教学思考

近年来，教育界对STEM教育与课程整合的重视程度不断加强，相关理念已经渗透进中学的科学教育之中。STEM是科学（science）、技术（technology）、工程（engineer）和数学（mathematics）的缩写，该教育理念强调将四门学科组合起来，以科学知识作为核心，以数学为基本工具，引导学生参与到工程和技术的实践之中，培养他们的问题解決能力。那么STEM教育理念给我们的初中物理教育带来怎样的启示？物理教师应该如何在教学中对学生进行STEM教育呢？

从课程实施来看，STEM更注重物理学习的实践性以及物理规律的关联性。和当前所倡导的“探究式学习”相比，STEM也强调学生在学习中的主体地位，其不同之处在于STEM更关注物理规律在问题解决过程中的整合与应用。学生通过对问题的分析和研究，采用不同的知识和研究方法来探索问题，从而活化自身对课本知识的理解，这有助于学生实践意识的提高，也有助于他们迁移能力的发展。

那么，STEM教育理念指导下的初中物理教学应该如何设计呢？例如，“汽化”是“物态变化”一章的重要内容，本节内容涉及到概念和实验较多，历来都是初中物理的教学重点。下面笔者就按照上述教学模型，以本节内容为例来进行教学设计。

一、导入环节：创设情境，启发学生发现问题

在课堂导入阶段，教师要从学生已有的经验中选取素材，创设情境由学生自主发现问题，展开科学探究。教师用手指蘸水在黑板上画了一个笑脸，很快这个笑脸就消失了，这是为什么呢？学生答道：这是因为水变成水蒸气。教师要求学生再举出一些例子，并引导学生结合实例总结“汽化”的定义。围绕学生所列举的实例，教师引导他们展开更加细化的研究，进而将汽化现象分为两类：沸腾和蒸发。为了进一步激活学生的思维，教师装作一不小心将一杯水洒在地上，以此启发学生发现问题：怎样可以加快地面上水的蒸发速度？这其实也就对应本节课的一个核心问题：蒸发的快慢与哪些因素有关？

二、合作探究：围绕问题，开展实践研究

教师引导学生，分析问题，并展开合作探究，鼓励学生在相互探讨中获得启发，进而实现问题解决。学生围绕问题，联系生活中的经验展开思考和交流，在讨论中他们形成如下猜想：影响蒸发快慢的因素可能有温度、表面积、空气流动快慢等等。当然他们的探索并没有止步于此，为了验证自己的猜想，他们继续以控制变量法来建构验证方案：（1）为验证温度的影响，他们提出在玻璃上滴上两滴等量的水，然后用酒精灯对其中的一滴加热，比较蒸发快慢；（2）为验证表面积的影响，针对同样的两滴水，在其他条件不变的前提下，他们增大某一滴的表面积，比较蒸发快慢；（3）为了验证空气流动带来的影响，他们在一滴水附近架起电风扇，由此来比较蒸发快慢。

以上只是笔者选取学生所提出的部分方案，类似的设想还有很多，STEM教育理念要求学生以合作学习的方式来组织解决问题的方案，并完成探究任务。为此，教师要依据学生的实际情况进行分组，让每一组都有善于组织筹划的学生，有强于操作和实践的学生，有理论知识扎实、数学能力突出的学生，这样的分组有助于学生学会如何在团队中发挥自己的优势，同时还能培养学生的团队合作意识。此外教师也要鼓励学生采用STEM方面的知识和方法来解决问题，比如上述过程中学生设计实验其实就与技术和工程有一定的关联。

三、组间交流：分享不同观点，拓展研究视角

“整合”是STEM教育理念的核心所在，这里的整合不仅是学科知识的整合，从广义层面来看，它也包括对不同观点的整合。在合作探究中，每一个小组的方案设计与实验结果都会出现一些偏差，教师要引导学生针对存在的问题展开探索和讨论，通过分析、对比和反思来达成认识上的一致。此外，讨论的范围还不仅仅局限于本节所讨论的“汽化”的知识，学生也可以在问题探索中将认识拓展到其他领域：比如为什么灌开水时，皮肤接触到蒸汽时可能产生严重的烫伤？水沸腾时，水蒸气将水壶壶盖顶起时能量转化有着怎样的规律？夏天扇扇子可以让人感到凉爽，是不是扇扇子导致房间温度降低了呢？诸如此类的问题都可以成为学生组间交流的内容。

总之，只要交流环节没有偏离教学目标，教师就要让学生自由地发表自己的观点，同时也鼓励他们对别人的观点进行客观而合理的评价，这也是STEM教育开放性的一种体现。

四、评价总结：纠正错误，在反思中深化认知

在探究的评价环节，教师要引导学生对学习情况进行评价和总结，教师不仅要对优秀的实验设计和具有创新性的实验观点进行鼓励，也要对学生暴露出的错误进行分析和纠正。学生的很多认识都是来自于生活经验，某些内容还存在科学性错误，对此教师要坚持以学生为主体，引导他们展开分析和探索，让他们自己发现问题的存在，进而实现问题的解决。当然，在学生讨论结束时，如果他们在某些问题上依然存在争议，教师可以通过实验和举例的方法来帮助他们进行纠正，当然实验观察和实例分析还是以学生为主体来进行。

与以往的教学理念相比，STEM教育的最大优势就在于其充分体现探究过程的多元化和灵活性，让学生领略到整合跨学科知识和能力的重要性。在科技高速发展的今天，以正确的理念来建构课堂对学生的发展非常重要，STEM教育综合当前最先进的教育理论，对学生的学习过程进行了系统化、多元化、方法化的处理，引导学生在合作探究中强化他们的学习兴趣，培养他们的科学思维品质，提升他们的STEM素养，这与我们初中物理的培养目标是统一的。

【参考文献】

[1]董莉，蒋德琼.有关高中物理教学中渗透STEM教育的思考[J].物理通报，2017（s1）

[2]马成，吴畏.美国高中STEM教育中的生物学案例及分析[J].生物学教学，2017（7）endprint