指向STEM教育理念的物理教学设计

宋定飞

[摘  要：STEM教育是基于科学、技术、工程、数学的综合课程，物理教学中融合STEM教育理念，可以较好地实现跨学科教学，增强学生物理观念，培养学生的科学探究能力和实践操作能力，进一步提升学生的科学素养。

关键词：STEM;物理;教学设计]

创新驱动未来，时代的发展越来越需要创新人才，特别是跨学科人才。在物理教学设计中渗透STEM教育理念，将有利于加强物理观念教学，有利于培养学生的科学思维和科学方法，进一步提升学生的科学素养。下面以“远视眼的矫正”为例，谈谈stem教育理念在物理教学设计中的实践。

1基于STEM教育理念的目标设计

《义务教育物理课程标准（2011年版）》提出物理课程基本理念：要面向全体学生，提高全体学生的科学素养;要贴近学生生活，体现从生活走向物理，从物理走向社会;要进行科学探究，体现学科渗透，重视科学方法和科学思维的培养，与STEM教育的理念是一致的。基于二者共性，在“远视眼的矫正”中设计了如下目标。

S（科学）：认识凸透镜的结构和对光线的作用，运用观察法探究凸透镜成像情况，学会记录物距和像距，理解凸透镜像规律。

T（技术）：解决凸透镜在眼睛模型前方不同位置成像分析问题，弄清清晰像的判断问题。

E（工程）：根据任务清单，利用透镜等器材会组装凸透镜成像装置，学会组装远视眼矫正模型。

M（数学）：推导出物距和像距的关系，推导出远视眼镜和凸透镜焦距的关系。

2任务式驱动，亲身实践和体验

2.1科学观察，认识物理本质。

组织学生进行水杯观字，每两位学生分发一个玻璃水杯，用玻璃水杯装满水，一侧用纸张写上一个“水”字，透过水杯观字，观察“水”字的大小;调节字与杯之间的距离，当“水”字距离水杯变远时，观察“水”字大小的变化。用放大镜代替水杯，进行同样的操作，观察“水”字大小的变化。在镜面贴上薄纸进行触摸，寻找感受程度;利用凸透镜分别观察课本上的字和远处的大树？提问学生看到像的变化。

点评：提供时间和空间，让学生进行交流和讨论，学会将观察现象及时记录和分析，培养学生自主学习和实践能力。通过观察和接触，学生自己发现镜中间厚两端薄，系凸透镜。其实水杯与凸透镜有相似之处，用水杯观字就相当于使用放大镜，观察到放大的像，但凸透镜总能成放大的像吗？组织学生通过实验亲身实践，引领学生认真观察，学会用转换的思维进行科学分析，增强学生认识，形成正确的物理概念。

2.2科学探究，体验工程过程。

展示问题清单：凸透镜的焦距如何测量，会成什么像，成像有什么规律吗？要获得凸透镜的成像规律，需要哪些器材？为了使像成在光屏的中心上，蜡烛、透镜、光屏三者的高度有什么要求？

分组自主探索：根据班级学生情况，结合学习基础、学习态度分好小组，以小组为单位进行科学探究。先测出凸透镜的焦距f，安装器材，在光具座上依次放上蜡烛、凸透镜和光屏，选确定测量物距和像距的方法，进行实验，不断改变蜡烛与透镜的距离，观察成像情况并记录在相应表格里。

点评：通过实践操作，培养了学生的动手能力，在工程实践中形成好的探究习惯，使发现问题和解决问题的能力提到提升。

2.3数学分析，获得成像规律。

利用数学知识，对探究过程中得到的数据描绘在坐标轴上，分小组进行讨论。推导得到相关结论：当u>2f时，f2f，成倒立放大的实像;当把蜡烛放在焦距以内时，光屏上没有像，通过透镜看蜡烛的像是正立、放大的虚像。从坐标轴分析得到，物距减小，像距增大，像也增大;u=2f是放大与缩小实像的分届点，u=f是实像与虚像的分届点。

点评：利用数学知识进行分析，提升学生的数据处理能力，学会从数字中寻找规律，得到定性的结论，还能从数字中发现实验过程时存在的不足。

3行动研究，学会技术处理

3.1制作项目，探究眼睛的视物原理。

引领学生观察眼睛模型挂图，观察眼睛的结构。弄懂眼睛是如何看到物体的原理。组织学生模拟画制眼睛的结构，并进行分享与交流，

技术应用：晶状体相当于一个凸透镜，视网膜相当于光屏，当物体的像成在视网膜上时，我们就看见物体了。来自物体的光線通过瞳孔，经过晶状体成像在视网膜上，成倒立、缩小的实像，而人看到的却是正立的像，这是由于人和人脑中的视觉神经的自动调整作用所致。利用凸透镜成像模拟眼睛成像，从而来理解眼睛成像及调节特点的方法，在物理上运用得非常广泛，称为模型法。在凸透镜的像距一定时，调节焦距，也可以使不同物距的物体在光屏上成清晰的像。

3.2应用技术，探索远视眼的矫正。

结合眼睛模型图，认识远视眼的成因，思考远视眼是否有办法进行矫正，如何矫正？组织学生分小组进行讨论。

技术解答：远视眼是由于晶状体太薄，近处物体的像成在了视网膜后面而看不清。根据远视眼的成因组织学生猜想远视眼的矫正方法，凸透镜对光线有会聚作用，可用凸透镜将光线会聚，使近处物体传来的光线仍能会聚在视网膜上，从而看清近处的物体。

根据讨论结果，借助探究凸透镜成像的工程操作过程，再次进行实践训练。在原来基础上，增加一个凸透镜或凹透镜，放在原凸透镜的前面，不断调节它们间的距离，观察光屏上的成像情况。

4结束语

STEM教育融合工程与技术，结合数学分析，重在实践。物理教学中融合STEM教育，增强真实性、科学性、实践性，帮助学生在真实情景中获取物理观念，增加了学习的针对性。

参考文献

[1]唐建华.物理复习课中开展基于项目的STEM教育[J].物理教学， 2019（6）：77-79.

[2]虞秋霞，刘源.渗透STEM教育的初中物理探究活动设计[J].物理之友， 2019（9）：47-49.

本文系2019年度泉州市基础教育课程教学研究立项课题《基于STEM教育理念的物理教学实践研究》QJYKT2019-110研究成果

泉州第十一中学  福建  泉州  362011