STEM教育方法与高中物理教学的深度融合

陈强

【摘 要】本文论述STEM教育方法与高中物理教学的融合办法，提出创造渗透机会，构建教学融合基础;整合教学资源，优化教学融合程序;推出互动活动，促进教学融合;升级评价机制，提升教学融合品质;关注实践对接，打造教学融合品牌等教学建议，以期让学生在自觉学科融合性学习中建立核心素养。

【关键词】高中物理 STEM教育 教学融合

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2021）38-0088-02

STEM教育思想最早由美国政府提出，旨在加强科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）、数学（mathematics）的交叉融合教育，带有较强的启蒙性、融合性、实验性等特点。在物理教学中渗透STEM教育理念，符合学科教学特点，对全面促进学生综合能力的成长有重要的意义。教师要展开创意设计，借助更多教辅手段，创设渗透机会、整合教学资源、推出实验活动、升级评价体系、关注实践对接，在更多方面进行融合探索，为学生提供更多操作体验的机会，满足学生的学习诉求。特别是对高三学生来说，他们已进入备考关键环节，如果能够帮助他们建立起关联性认知意识，对其学科核心能力的提升有重要意义。

一、创造渗透机会，构建教学融合基础

在当前的高中物理课堂教学中，教师大多还在强化知识的传授，教学模式过于单一，教学与学生生活实践脱节，而STEM教育理念的适时渗透，能够促进课堂教学与实践对接，实现跨学科学习，全面提升学生学科综合能力。科学、技术、工程、数学与物理学科有较多融合点，教师要从教学实际出发，创设更多STEM教育渗透机会，构建教学融合基础，为学生学科能力培养提供更多帮助。

如教师在设计鲁科版高中物理《光的折射定律》这部分内容的教学目标时，要参照科学、技术、工程、数学等学科内容进行设计。如关于光的折射定律，目标是能解释和计算相关数据，这里涉及科学和数学等学科内容;关于折射率和光速的关系以及根据光的折射定律画出光路图的问题，涉及技术和工程等学科内容;利用插针法测定玻璃的折射率，涉及工程和数学等学科内容。在解读折射率的意义时，教师对介质折射率原理进行分析解读，利用水中物体展开观察活动，利用图示法进行引导，先介绍操作步骤——这与工程设计操作很相似，测试实验过程虽然简单，但跨学科特点比较鲜明——让学生厘清折射率和光速的关系。教师与学生一起研究实验步骤，并指导学生展开实验推演，给学生提供实践操作的机会，让学科学习带有实践意味。

在这个教学案例中，教师从教学目标设计到教学过程，处处都渗透了STEM教育理念，为学生提供了更多实践操作的机会，开阔了学生的视野，并为学科认知构建创造了良好的环境。想要创设渗透机会，教师要做好机会选择，让学生自然接受，在实践操作中形成跨学科融合意识。STEM教育理念与物理学科有较多对接点，教师要做好教学调研，从不同角度展开渗透。

二、整合教学资源，優化教学融合程序

高中物理教学中要想全面渗透STEM教育理念，教师要做好对接处理，围绕具体的学习内容，研究设计教学目标，推出教学活动，突出学生的主体地位，引导学生借助数学、工程、技术等学科内容，对物理学习内容进行深入研究，自然形成教学对接点，提升学生知识应用能力。信息技术的广泛应用，为学科融合提供了更多帮助，教师借助多种信息渠道展开信息搜集，为学科资源整合创造了良好的条件。

教师在设计教学方案时，要做好教学资源的整合工作，让学生在学科学习过程中自然接受STEM教育理念。如教学《光的偏振》时，教师推出“偏振光和立体电影”材料，让学生先开展梳理阅读，与教学内容进行对接。在问题探索环节，教师设计一些专业问题：如横波和纵波有什么区别？什么是光的偏振现象？什么是自然光？光的偏振现象有哪些应用？学生阅读相关材料后，对光的偏振应用有了一定认知，对教师提出的问题也有了自己的答案。为了让学生对横波的偏振现象有深刻理解，教师推出实验方案：将一根软绳的一端固定在墙壁上，用手拿住另一端抖动绳子，可以看到横波现象。学生开始进行现场操作，很快就对横波现象有了直观认知。教师继续推出实验任务：让光源的光通过一片偏振片。学生先进行猜想，如认为光线会随着偏振片的转动而改变，随后教师组织学生现场进行实验验证。结果与学生的猜想有较大差距：不管偏振片如何转动，光线都不会发生改变。

在这个教学案例中，教师推出一些实验内容，给学生提供直接观察和操作的机会。立体电影的介入，使跨学科学习成为现实。电影制作播放原理涉及艺术、技术等方面的内容，在实验操作过程中也涉及技术和工程内容，这些都带有STEM教育理念渗透的意味。学生对跨学科学习有浓厚的兴趣，教师对此需要有理性认知。

三、组织互动活动，促进教学融合

在物理学科教学中，教师推出一些实验、互动性学习活动，能够给学生带来不一样的学习体验。在组织教学活动时，教师要有对接融合意识，对学习活动进行延伸设计，借助科学、技术、工程、数学等学科知识进行组织，给学生带来更多历练机会，让学生在自主、合作、探究的学习过程中成长综合能力。学习活动没有需要遵守的固定格式，教师针对高三学生学习要求进行具体设计，能够提高教学的适配性，为高考做好必要的准备。

物理概念和定义大多带有生活实践意味，教师在教学执行环节，有意识地进行对接处理，体现了跨学科特点。如教学《动量定理》时，由于这部分内容涉及动量、冲量、矢量等概念，还有计算问题，这些与数学、技术、工程等学科有密切关联，还涉及碰撞、缓冲等生活现象，凸显出学科的综合性特点。为了激发学生的探索热情，教师在教学环节设定了探索学习任务：以学习小组为单位展开分析，运用动量定理定性分析有关现象，归结出动量定理计算的一般步骤。学生进入互动学习环节，教师深入学生群体之中，与学生一起展开研究。经过讨论和梳理，各个小组都能够对相关内容进行梳理和展示，合作学习获得较好成效。

在这个教学案例中，教师组织学生展开互动学习，涉及数学、工程等学科内容，使跨学科学习顺利推进。STEM教育理念渗透有不同取点，教师在教学过程中进行自然融合处理，能够收获意想不到的效果。高中物理学科教学需要对接高考，对学生解决问题的能力进行对应考查，开展多种学科融合性学习，给学生带来更多学习启示，全面提升其综合能力。

四、升级评价机制，提升教学融合品质

物理学科教学评价机制亟待升级。教师从教学评价的角度展开融合设计，目的是要给学生带来全面的、科学的、客观的评价，让学生树立学习信心，为学生实践能力形塑创造良好条件。STEM教育理念追求学科实践，教师围绕学生实践能力成长情况进行科学评估，考查学生解决问题、分析问题的能力，能够促使学生形成科学务实的学习观念，在理论联系实践的过程中提升学科素养。

教师在执行教学评价方案时，要关注学生的学习现实。高中学生对教师简单的鼓励性评价没有太大感觉，教师需要从更专业的角度展开设计，让评价成为激发学生深入探索的动力，使其在跨学科学习中提升综合素质。如《核力与核能》这部分内容属于选学内容，教师先组织学生进行阅读学习，并投放一些思考问题让学生展开深度思考，并开展互动交流，交换讨论意见。如学习“原子核中质子与中子的比例问题”“结合能”“质量亏损”等专业内容时，学生在阅读的基础上展开深思，课堂交互活动顺利展开。教师对学生的学习表现进行评价，同时要求学生结合生活学习认知展开拓宽思考，为学生提供学习启示。由于教师的評价比较到位，很多学生给出了具有创意的思考归结：“物质的质量包括静止质量和运动质量，物体在静止状态下会发生质量亏损，这些亏损的质量转化为辐射能量，这个减少是物理性减少，不是化学反应。”

教师引导学生展开深入思考，利用多种评价手段激发学生深度研究的热情。从学生解读的情况可以看出，教师评价带来了更多内驱动力。学生对物理现象进行归结，结合其他学科内容展开对接思考，形成系统性学习认知，这说明教师的设计和组织是比较有成效的。学生对跨学科学习有较强的参与兴趣，因此教师进行对应设计非常有必要。

五、关注实践对接，打造教学融合品牌

STEM教育理念不仅追求跨学科教学，还强调实践方案的落实。教师在设计执行教案时，要关注学生的实践性学习。物理实验、生活物理、生活观察、手工制作、社会调查、信息搜集、案例分析等，都属于物理学科实践范畴，教师要做好对接处理，为学生提供更多实践体验的机会，在跨学科实践中培养学生的物理学科核心素养。受时空条件的限制，学生实践机会较少，教师有意识地融入STEM教育理念，科学应用信息技术，能够有效降低实践不足的影响。

物理学科与学生生活连接紧密，教师在进行教学实践任务安排时，要让学生应用生活认知展开学科学习。如教学《光电效应》时，教师在课堂导学环节先进行演示实验，用弧光灯照射锌板，使验电器张角增加到30°，再用丝绸摩擦过的玻璃杯靠近锌板，这时验电器的张角会增大。教师在展示过程中投放问题：“这个实验说明什么问题？”学生经过思考和讨论给出解答：“在光照下，锌板失去了电子而带正电荷。”教师顺势推出新概念——光电效应。为了激发学生参与实验操作的积极性，教师布置了探索性实验任务：“进入学习小组，展开光电效应实验操作。先进行集体讨论，设计实验方案;然后进行实验分工，厘清实验步骤;最后是实验操作，进行实验结论分析。”学生接受任务后，积极行动起来，课堂研究气氛逐渐浓厚。

教师利用演示实验进行引导，给学生提供学习思考的机会。这个实验与学生生活形成对接，与技术、工程相融合，带有STEM教育理念属性。在设计探索性实验时，教师让学生自行设计、自行操作、自行归结，给学生提供深度探索的机会，最后由教师进行教学验收，使学生在探索中形成丰富的学科认知。

物理学科教学启动后，教师适时渗透STEM教育理念，能够创造更多学习动机，开阔学生的学习视野，有效培养学生良好的学习习惯。STEM教育与物理学科教学有较多融合点，知识有衔接、实验有对接、实践有融合，教师要进行教学探索，为学生顺利进入跨学科学习创造良好条件。STEM教育与物理学科的多点对接和融合，让学科教学呈现出崭新局面，使学生在学科学习中有更多选择。

【参考文献】

[1]肖化，郭晓敏，曾辉，等.基于STEM教育理念培养高中生科学探究素养[J].物理教学探讨，2021（4）.

[2]李忠.高中物理教学中渗透STEM教育的思考[J].名师在线，2020（33）.

[3]王亚龙，石红.基于STEM教育理念的高中物理教学设计：以“反冲运动火箭”为例[J].湖南中学物理，2019（9）.

【作者简介】陈 强（1987— ），男，福建宁德人，大学本科学历，一级教师，现就职于福建省莆田市莆田砺青中学，主要研究方向为高中物理教学与研究。

（责编 唐玉萍）