(廣東省廣州市海珠區(qū)教育發(fā)展中心，廣東 廣州 510310)

教學(xué)模式是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論的指導(dǎo)下建立起來的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動結(jié)構(gòu)框架和活動程序。作為結(jié)構(gòu)框架，突出了教學(xué)模式從宏觀上把握教學(xué)活動整體及各個要素之間的關(guān)系和功能；作為活動程序，則突出了教學(xué)模式的有序性和可操作性。因此，基于核心素養(yǎng)目標(biāo)的STEM課程教學(xué)模式也將從結(jié)構(gòu)框架和活動程序兩個方面展開說明。

1 結(jié)構(gòu)框架

在STEM教學(xué)過程中，關(guān)鍵的是針對某一情境問題設(shè)計并制作出能夠解決該問題的作品。在構(gòu)建基于高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的STEM課程教學(xué)模式時，需將各個要素提取出來，它們之間的關(guān)系如圖1所示，其中物理建模和工程實踐是該教學(xué)模式中最關(guān)鍵的兩個環(huán)節(jié)。首先，在問題解決過程中必然存在一個將實際問題轉(zhuǎn)化為由學(xué)科知識整合的物理模型的過程，這個過程需要通過物理建模來實現(xiàn)；其次，確定了物理模型，對于設(shè)計的作品有了一定的構(gòu)想之后，需要通過工程實踐才能將這個想法轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實的作品。

圖1

評價環(huán)節(jié)在該模式中主要起到如下兩個作用：第一，在物理建模和工程實踐環(huán)節(jié)中，需要通過評價環(huán)節(jié)來檢驗是否符合要求，并進行可行性分析，從而對存在的問題進行改進；第二，評價環(huán)節(jié)理應(yīng)貫穿整個教學(xué)過程，評價這個教學(xué)活動是否實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到了怎樣的教學(xué)效果。

2 活動程序

基于對物理學(xué)科核心素養(yǎng)以及STEM素養(yǎng)要素的分析，筆者設(shè)計了基于STEM教學(xué)模式的教學(xué)流程(如圖2)。

在物理課堂中實施STEM教學(xué)模式，共有4個環(huán)節(jié)：情境引入，提出問題，物理建模，工程實踐，總結(jié)評價。

在此教學(xué)模式中，學(xué)生為學(xué)習(xí)的主體，教師則擔(dān)當(dāng)教學(xué)活動的組織者、學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和輔助者等角色。每個環(huán)節(jié)所對應(yīng)的教師活動與學(xué)生活動各不相同，教師在每個環(huán)節(jié)中所起到的作用各不相同，比如在物理建模環(huán)節(jié)中，教師不能直接向?qū)W生給出所要構(gòu)建的物理模型，而應(yīng)當(dāng)給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建物理模型，給予學(xué)生思考與自主學(xué)習(xí)的時間和空間。在工程實踐環(huán)節(jié)，教師應(yīng)為學(xué)生提供充分的資源，給予學(xué)生實踐方面的指導(dǎo)，并且監(jiān)督學(xué)生操作安全等。每個環(huán)節(jié)中的學(xué)習(xí)活動是按照循序漸進、由淺入深的原則設(shè)計，學(xué)生活動的整體過程是由實際生活轉(zhuǎn)向理論探究，再利用理論指導(dǎo)實踐的過程?？傮w來說，四個教學(xué)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，承上啟下。

圖2

2.1 情境引入，提出問題

情境引入環(huán)節(jié)是學(xué)生對于教學(xué)情境的初體驗環(huán)節(jié)，所設(shè)計的情境應(yīng)是教師在課前通過對知識以及學(xué)生學(xué)情了解的基礎(chǔ)上，整合STEM課程而創(chuàng)設(shè)的完整的、真實的問題情景。

在課堂教學(xué)中，教師將學(xué)生引入情境中，與此同時應(yīng)提出問題。問題的來源分為：(1) 教師直接給出與情境相關(guān)的問題；(2) 教師引導(dǎo)學(xué)生在情境中發(fā)現(xiàn)問題，問題隱含于所給情境中，需要學(xué)生自主分析、討論得出。例如教師可以在課堂上播放古代戰(zhàn)爭中所用到的攻城武器——投石機的視頻，并提問：投石機跟我們學(xué)到的什么物理知識有關(guān)？如何把石頭投得更遠(yuǎn)？應(yīng)注意的是，教師所創(chuàng)設(shè)的情境應(yīng)該與后面的工程實踐有一定的聯(lián)系，不能只有知識之間的聯(lián)系。教師應(yīng)減少不同情境的給出，以免對學(xué)生的思維造成混亂，情境的創(chuàng)設(shè)應(yīng)做到少而典型。在物理教學(xué)中為學(xué)生創(chuàng)設(shè)STEM情境，促使學(xué)生獨立思考，激發(fā)新、舊知識之間的沖突，形成問題，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，有效培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和分析能力。

2.2 物理建模

物理建模是將比較繁瑣的真實物體抽象化為簡單的物理模型，或者將具體的核心局部放大，進而專注研究核心因素的物理形象，其目的是讓真實問題更加簡單化、明了化、可操作化，本質(zhì)就是將具體情境中的實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題，使學(xué)生從科學(xué)的視角審視現(xiàn)實生活中的問題。在教學(xué)中引入物理模型教學(xué)，一方面能促使學(xué)生學(xué)習(xí)、理解物理知識，另一方面有助于培育學(xué)生的創(chuàng)新思維、科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生掌握科學(xué)研究的基本方法，尤其是在面對應(yīng)用型物理問題時，學(xué)生能夠運用科學(xué)思維方法，從而促進學(xué)習(xí)。

在物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生所遇見的物理模型多種多樣，常用的物理模型可分為三類：(1) 對象物理模型，比如質(zhì)點、單擺、自由電荷等；(2) 過程物理模型，比如勻速直線運動、勻加速直線運動、拋體運動、圓周運動等；(3) 條件物理模型，比如理想斜面、勻強電場和磁場、均勻介質(zhì)等。

在融入STEM教學(xué)模式的物理教學(xué)中，學(xué)生自主構(gòu)建物理模型是其首要的、關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，為后面的工程實踐打下基礎(chǔ)。在物理課堂中實施STEM教育，首先要將所講的具體情境展示給學(xué)生，讓學(xué)生對情境進行細(xì)致分析，進而接受并獲取知識，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，在工程實踐環(huán)節(jié)有效運用物理知識。

具體情境中的問題具有以下特點：提出問題的過程具有較高的復(fù)雜性，已知條件具有隱蔽性，影響因素具有多元性，解決問題時需考慮方案選擇的最佳性等。在物理教學(xué)中引入物理建模，將復(fù)雜的問題簡單化，有利于學(xué)生理解物理知識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

從具體情境構(gòu)建物理模型的過程具體可以分為如圖3的步驟。

圖3

在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生自主利用所學(xué)知識建構(gòu)物理模型，教師提供相應(yīng)的幫助引導(dǎo)學(xué)生建模。例如學(xué)生根據(jù)教師播放的投石機視頻，首先提取出關(guān)鍵信息、簡化實物，從而構(gòu)建出能體現(xiàn)出投石機原理的模型。物理模型具有抽象性與形象性，是將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化為物理問題的有效途徑，便于學(xué)生理解物理知識，降低學(xué)習(xí)難度；物理模型具有科學(xué)性和假定性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、思維能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，提高解決實際問題的能力。

在此環(huán)節(jié)中教師應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，把學(xué)習(xí)逐步引向深入。例如在STEM課程中，學(xué)生最終是要做一個工程作品作為課程學(xué)習(xí)的成果，教師可提供一個已有的關(guān)于制作簡易投石機的方案供學(xué)生參考，并提供器材，同時也應(yīng)確定一個目標(biāo)，如學(xué)生所制作出來的投石機應(yīng)能投出規(guī)定的距離或高度。讓學(xué)生能夠參考教師提供的方案和器材，和同學(xué)共同討論、制定實現(xiàn)目標(biāo)的方案。

2.3 工程實踐

工程實踐是指學(xué)生利用工程知識，通過設(shè)計、制造，將物理問題轉(zhuǎn)化為一個具體作品的過程。它包括設(shè)計制造和測試評價兩個環(huán)節(jié)，這兩個環(huán)節(jié)相互迭代、螺旋上升，其步驟為：設(shè)計→制作→測試→再設(shè)計。

設(shè)計建造是指學(xué)生根據(jù)自己的方案利用建模軟件或工具進行模型設(shè)計，再利用相應(yīng)的材料和手段進行工程實施，最后得到初步作品的過程。例如學(xué)生根據(jù)上一環(huán)節(jié)所制定好的制造投石機的方案，利用教師所提供的器材，制造出一個簡易的投石機，該投石機能夠初步滿足教師所提出的目標(biāo)，如可以達(dá)到規(guī)定的距離或高度。

測試評價環(huán)節(jié)是在學(xué)生作品制作完成后,對照設(shè)計目標(biāo)，測試產(chǎn)品是否能夠滿足要求的環(huán)節(jié)。學(xué)生應(yīng)該在各種可能的條件下對自己的產(chǎn)品進行多次測試，針對測試過程中出現(xiàn)的問題，重新回到問題的起點,通過小組成員頭腦風(fēng)暴以及教師評價,找到解決問題的辦法,然后更新方案設(shè)計，再次建立模型,進行測試及改進。例如學(xué)生制造出一個簡易的投石機后，應(yīng)該測試能否實現(xiàn)教師提出的目標(biāo)，如不能，則應(yīng)不斷改進，或者請教教師；如能，可以尋找作品的優(yōu)化方案并實現(xiàn)。

在開展工程實踐過程中，教師應(yīng)提供巡回指導(dǎo)，在學(xué)生設(shè)計建造和測試評價前，教師應(yīng)提供建模工具的講解和介紹；在學(xué)生設(shè)計建造中，教師應(yīng)巡視每個小組的進展，并給予學(xué)生相應(yīng)的指導(dǎo)和幫助，如提供設(shè)計建造的工具及其使用方法、提醒學(xué)生注意操作安全等；在測試評價時，教師應(yīng)提供一些工程測試的常用方法和技巧，并及時對學(xué)生的作品給出自己的建議和評價。

在整個過程中，引導(dǎo)學(xué)生在問題探究的過程中使用科學(xué)的研究方法與過程技能，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，提高學(xué)生的實際操作能力、克服困難的能力、團隊協(xié)作能力，使學(xué)生的科學(xué)和工程素養(yǎng)在“做中學(xué)”的過程中得到提升。

2.4 評價總結(jié)

該環(huán)節(jié)倡導(dǎo)過程性評價，學(xué)生在確定最終方案并且制作出最后的作品后，各個小組上臺展示設(shè)計思路、團隊分工、探究的問題等，分享經(jīng)驗，交流與總結(jié)制作的技巧與作品特點，介紹遇到困難和克服困難的過程。學(xué)生在這個過程中可以鍛煉溝通與表達(dá)能力，吸取其他組的優(yōu)點，正確認(rèn)識本組的長處，反思本組的缺點與不足，形成良好的批判思維。每個小組分享后，教師應(yīng)給予相應(yīng)的評價，同時組間進行互評。最后教師進行總結(jié)，對于學(xué)生整體任務(wù)完成情況、小組作品的亮點和不足之處要有一個簡潔的評價。

對學(xué)生的評價并不只是總結(jié)性的教師評價和組間互評，在整個教學(xué)過程進行當(dāng)中，教師按照課前設(shè)計制作的評價量表進行表現(xiàn)性評價，將過程性評價和總結(jié)性評價進行整合，最后為學(xué)生給出綜合性的成績與評語。