基于学科核心素养的初中物理stem教育.pdf

New Generation 66 2022 年 24 期 总第 653 期 新一代 New Generation 学科教育 G 基于学科核心素养的初中物理 stem 教育 张可（南京市第二十九中学致远初级中学 江苏 南京 210029）摘 要：新的课程标准要求教师要重视知识的传授和综合素质的培养。因此在中学物理教学中应脱离单一的学科范畴，在 STEM的理念下进行多学科的综合，真正实现以学科的核心素养为中心，以数学为工具，让学生主动投入到工程和技术的课堂，这就要求把四个科目（S 是科学，T 是技术，E 是工程，M 是数学）有逻辑的结合。关键词：中学物理；学科核心素养；STEM 教育；课堂教学 STEM 理念源自美国国家基金会，将 Science、Technology、Engineering、Mathematics 四种学科相融合，旨在学生的科学知识，应用技术、工程应用、数学计算实现全面提高，加强了跨学科融合能力，提高学生参与课堂的积极性。希望通过创新教学模式，引导学生感受物理之美，提升学科兴趣。STEM 教育思想下的教学，并不只是四个科目的组合，而是把各个科目结合起来，形成一个整体式教学，因此在这样的教学思想下学生的学习将不会只是一个简单的学习，而是要通过整合和连接来完成。一、中学物理教学中 STEM 教育思想的重要性（一）培养分析能力和探究学习能力 就拿物理实验来说，在 STEM中学生在获得相关的结果后，可以使用验证方法进行反向推理，而不是简单的检验实验数据是否正确，既可以让学生复习实验的操作流程，又可以通过计算来提高对实验结果的分析，从而达到 STEM教学理念的目的。因此在运用 STEM 教育思想进行教学时，首先要建立一个有价值的问题，然后针对问题设计出相应的研究计划，在确保方案的正确性的情况下，指导学生进行实验，获得最后的数据，再由学生进行验证和分析，从而使学生了解物理实验的基本原理，从而提高分析和解决问题的能力。（二）培养学生的创造性思维 以物理实验教学为例，基于 STEM 教育理念，教师放手让学生设计实验，把学生划分为小组，不同的个体之间可以交流自己的看法，对不同的意见进行讨论，使每位同学充分发挥自己的创造力，加入实验方案的设计中，学生还可以将不同的知识融为一体，通过知识的结合来解决问题，从而提高学生的联想能力和创造力。进行讨论时，就在反复推演出最严谨的实验方案，进一步培养学生的科学思维，为“S”（科学）辩证打好基础。另外教师要重视独立思考，独立实践，独立创造的能力，增加自主学习的时间，赋予学生独立实践的权利，扩展物理思维。从而提高他们的创造力和思考能力。最后教师可以检验和分析学生的创新成果，确保学生的完成学习目标。（三）提高中学物理教学质量 义务教育物理课程标准指出，在中学物理教学中，要注重培养学生的实验、探究、研究、分析、解决问题的能力；这一时期的物理教育，要重视学生的认知特点，与学生生活、现代社会、科技发展相结合，加强社会责任感，树立正确的世界观。而且随着科学技术的进步，人类的智慧也在不断的提升，简单的重复劳动在不断减少，创造性的工作也在不断的增加。如何适应社会发展，如何培养具有创造性的、适应社会发展的创新型人才是时代对教育的新要求。结合义务教育物理课程标准和现代科学技术发展对人才素质的需求，将 STEM 教育纳入现行教室改变原有的教学方式，提中学物理教学质量是一条很好的途径。二、初中物理教育现状（一）中学物理教学内容广泛，教学时间短 中学物理是以小学科学为基础，学生进入中学后第一次对物理学进行了系统的理论学习。中学物理课程涵盖了声学、热学、光学、运动学、力学、电学等多方面，而八年级的物理课程一周三节，九年级一周四节，这就必然会对中学物理的教学造成一定的影响。（二）物理实验课管理难度大，教学效果不佳 目前一些学校班级人数较多，实验室设备较少，这样导致实验课管理困难。在准备教学之前，老师要花费很多的时间和精力来进行实验设备的准备。在实验教学中，由于实验课上的学生较多，他们难以抑制自己的好奇心和兴奋，往往会在实验过程中不按照要求进行操作，不能完成实验，反而在课堂上进行与实验无关的交流，这势必会影响到实验的效果，有些老师甚至会说：“有时间去做实验，不如多做一些题目。”（三）缺乏实验设备，无法开展实验教学 比较中国的历史和今天，中国的经济状况有了很大的改变，但教育资源仍然不均衡，尤其是在农村。目前我国中学物理教学存在着较大的问题，即缺乏专门的实验仪器，使教师难以进行实验教学。而物理是一门以实验为基础的学科，如果不能通过实验来观察，那么老师们就直接会把实验的现象告诉学生，如果有条件的话，还可以通过视频来进行，而不是通过操作来实现，这种方法无法有效地促进学生的实际操作和学科素质的提高。（四）教育观念落后，缺乏学科素养培养 现阶段的传统教学依然以考试分数为重，把教师与学生“地位颠倒”，学生被动地跟随教师的教学进度学习，完成上课老师传授的内容，虽然完成了课堂任务，但是抑制了独立思考、独立实践、独立创造的能力，缺少在学习中找到概念与原理关联，实现有架构的记忆，使得学习效果大打折扣。这样也导致课堂 New Generation 67 2022 年 24 期 总第 653 期 新一代 New Generation 学科教育 G 出现了分化情况，学习情况较好的学生可以轻松攻克教学重点和难点，基础较差的学生则很难按时完成学习任务，拉大两者的差距。其实无论是在课堂教学还是其他模式的教学，都应该把学生放在学习的主体地位，增加自主学习的时间，赋予学生独立实践的权利，扩展物理思维。三、中学物理教学中 STEM 的教学策略研究（一）重视知识技能在物理课程中的应用 中学物理的学科特性十分突出，与学生的生活息息相关，因此在运用 STEM 模式进行教学时，不仅要注重基础知识的传授，还要注重将知识与技能相结合的综合教学，其具体的教学方式就是将所学到的知识转换为相应的技巧。在此过程中老师主要负责对学生进行指导，并不断改进提升学生技术应用能力，使他们对知识的实际运用有更深刻的认识，对中学物理的认识更加深入。比如，在开展“平面镜像”的相关内容的教学中，教师可以运用 STEM 模式进行教学，使学生能够根据自己的实际情况进行实验研究。老师可以为学生提供实验所需要的仪器，并让他们通过实验来了解所学的内容，让他们对平面镜像的运动规律进行分析，使他们能够从实际操作中总结出一些规律，从而掌握相关的知识。（二）注重培养学生的探究意识 物理知识需要学生具备较强的思维能力，所以在学习过程中要不断地探究和学习物理，以提高对物理的认识和掌握。在这种情况下 STEM 可以有效地指导学生进行探究学习，并在学习的过程中培养学生探究意识。在探究活动中，要注意把它与学生的学习能力、所掌握的学科知识有机地联系起来，使学生学会知识的迁移，从而使学生的探究能力得到进一步的提升。比如，在“摩擦力”教学中，教师可以让学生在实际操作中了解摩擦的发生情况，从而使他们更好地掌握摩擦的有关知识。在课堂上老师可以准备木棒、玻璃棒、橡胶棒、棉布、纱布、白纸等等，让同学们通过这种方式来探索摩擦的发生，通过这种方式，让学生对物理知识进行独立的探索，从而提高物理课堂的实践性激发学生的求知欲。（三）提高学生学习和探索物理兴趣 在 STEM 教学中，教师要利用学生的实际操作与探究，增强学生对物理学的认识，从而提高他们的学习效率。例如，教师在“串联和并联”的教学中，教师可以把生活中的某些物理现象和学生联系起来，使他们能够考虑到家里的灯光是否是串联的或者并联的。聚会上的彩灯是并联连在一起的，还是串联的，为什么要这么做？通过对生活现象的分析，使学生能体会到物理与生活的联系，从而使他们享受到学习的乐趣。（四）设定具体教学情境 STEM 教育倡导不同学科的有机结合，重视学生的实践和创造性，重视学生的多元化发展。STEM 教育提倡设定具体的教学情境进行兴趣教学。STEM 是一种能够引起学生兴趣的有趣的教学方法。在 STEM 系统中教师可以将枯燥乏味的物理知识运用到有趣的实际问题中，从而激发学生的学习积极性。物理教师可以将 STEM 和游戏结合起来，将课程中的必要知识用到有趣的游戏中，营造出一种轻松愉悦的气氛，激发学生对物理的热爱，让他们在不知不觉中学会，从而提升物理的教学质量。STEM 是一种培养学生学科素质的教育方式，它使学生对课堂教学有了全新的理解和理解，例如在物理课中，老师会用生活中实例来给学生讲解，而不是让学生去想象，从而引起学生的兴趣。比如教授“曲线运动”知识时，根据生活中许多学生爱好打篮球的情况，分析篮球运动员投篮的表现，引导学生发现投篮的过程就是一次曲线运动，带领学生运用曲线运动的知识计算需要多大的初速度才能投进篮筐中。这样的教学情景符合学生的水平，激发学生主动参与，让学生身临其境去感受知识,发展物理思维,更好的培养学生的行为习惯。（五）借助网络资源，丰富学习资料 目前科学与信息技术在物理教学中的运用越来越广泛，比如中学物理课堂上使用的白板技术，物理讲授的过程中都会涉及到大量的理论知识，这个时候用多媒体讲义来讲解，不但可以让学生充分了解理论，还能激发学生的兴趣，让他们记忆深刻，这就是 STEM 的优势。让学生领略物理规律之美。运用生动的教学方式，可以大大提高学生的学习效果，加快课堂进度。比如物理教师可以针对学生的特点，在网络上寻找与课程有关的视频资源，进行编辑整理形成趣味教学视频来调动学生的积极性。丰富物理知识储备，教师指导学生深度参与，加深学习印象。除此之外，物理学习效果不仅与教师的教学方法有关，还和学生平时的时间投入密切相关，物理教学的重点之一是解决物理问题，其中包括巧用物理公式，构建物理模型。目前阶段物理教学还是围绕抽象的物理概念。新课程要求教师不止步于用教材上的题目教学，而是为学生提供更加丰富的学习资料，开阔学生视野，让学生更好地了解物理的实际应用。教师在选择物理学习资料时，应该注意展示资料和教材的关联性，应具有启迪性，科学性，有助于对教材的进一步掌握，是对教材学习的适当延伸，促进了学生对原有知识的深度理解，满足了对学生全面发展的需求。教师和运用科技把那些晦涩难懂的知识变成生动、有趣的东西，使学生对物理学有更深刻的认识。（六）构建学习共同体，促进合作交流 除此之外，目前学生的学习方式还过于保守，物理学习靠题海战术，而一个合作化的学习环境，不仅有利于思想上的交流，也有助于养成主动学习的习惯。基于 STEM 教育理念，把学生划分为小组，不同的个体之间可以交流自己的看法，对不同的意见进行讨论，取长补短，相互补充，为“S”（科学）辩证打好基础，促进“帮扶学习现象”。教师可以组织学生以小组为单位绘制一张思维导图让学生进行讨论。同时教授学生们画思维导图的技巧，再引导学生思考为什么要这样绘制思维导图，知识点之间有什么联系，学生相互交流，加强对物理概念和公式的理解，实现学生对该板块的深度理解和学习，促使学生加深对知识的理解。（七）注重实验教学 STEM 教育要求学生将所学的知识应用到物理实验中，在物理教师的指导下，通过实际操作来解决问题，STEM 系统强 New Generation 68 2022 年 24 期 总第 653 期 新一代 New Generation 学科教育 G 调的是自己学习，不是依赖于教师，而是通过学习和实践来解决实际问题。在中学物理课上加入一些实验，可以极大地激发学生的学习积极性，促进素质教育的成效，许多研究表明，学习的兴趣是提高学习效率的主要因素，兴趣是最好的教师。但是当前中学物理教学中仍有“理论与实践”相脱离的情况。一些教育注重理论，忽视了学生的实际动手能力，造成了他们的实际动手能力较差。因此，在教学过程中，应注重培养学生的综合实践能力，增强其核心素养，使其早日进入全面的素质教育。（八）优化学习方式，实现知识迁移 物理学习同样需要构建知识网络，明确新旧知识关系，有助于构建物理体系。但是目前物理的教学和学生的学习方式还比较流于形式，如学生对知识缺乏一定的兴趣，容易学了新的忘了旧的，不利于对问题的深刻理解，更难建立有效的知识体系。在 STEM 教学理念下，教师应该采用更灵活的教学方式，通过层次性，促进性，有关联性的学习过程，培养知识深层次的内化。物理学习的过程可以分为三个阶段，输入阶段，内化阶段，输出阶段。其中，重要的内化阶段的关键在如何把新知识和原有知识有效练习起来，实现知识的迁移。科学的知识迁移，能够帮助教师发现学生在运用知识时出现的问题，通过对学生的思考、动手能力的测试，有效地提升教学效果。在物理教学中教师要充分挖掘新旧知识的联系，使前面的知识为后面在做铺垫，后面的知识又加强了原有知识的熟练度，实现学习能力的提升。除此之外，学习不是一节课讲了多少知识，而是要让学生成为主体,老师居身配角,注重学生的主体地位,最终达到树立人才的目的。教师优化学习方式，进行知识迁移,从而提高课堂教学时学生参与教学的积极性,让学生体会到物理学的美感与价值，使他们对物理学的学习产生真正的兴趣。结束语 在中学物理教学中应用 STEM 教学是一种行之有效的方法。当然，我们并不是完全否认传统的教学方式，而是希望通过 STEM 来充实我们的物理教室。从生产、生活、科技、环保等多个角度进行物理知识的讲解，使学生对物理的认识更加深刻，并能将其应用到生产、生活、科技、环保等领域，以输入为输出，从而达到更好的教学效果。参考文献：1郭峰.浅析信息技术在初中物理教学中的渗透C/.对接 京 津 区 域 辐 射 基 础 教 育 论 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目（2022yjs097）。