劉喜珊 梁健華

【摘要】 物理學(xué)科的特點(diǎn)和STEM教育理念有很多相似之處，融合STEM理論的科學(xué)學(xué)習(xí)，能有效的使學(xué)生達(dá)到新課標(biāo)所制定的目標(biāo)。STEM 教育倡導(dǎo)多學(xué)科融合，基于真實(shí)問(wèn)題情景下的跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，其理念對(duì)于我國(guó)初中物理教育創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要啟發(fā)意義。本論文論述三種在初中物理教學(xué)嵌入STEM課程的實(shí)施策略，第一，先研發(fā)合適的STEM課程;第二，在物理課堂中，創(chuàng)設(shè)新情境，設(shè)置任務(wù)驅(qū)動(dòng)的STEM“科學(xué)體驗(yàn)課”;第三，課外時(shí)間，利用物理社團(tuán)，嵌入STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí);第四，借助學(xué)?？萍蓟顒?dòng)節(jié)或年級(jí)比賽，嵌入STEM項(xiàng)目活動(dòng)比賽。在摸索和實(shí)踐中，得到一些效果，同時(shí)也有一些不足。

【關(guān)鍵詞】初中物理教學(xué)? ?STEM課程? ?實(shí)施策略

【中圖分類號(hào)】G633.7

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1992-7711（2020）29-157-02

教育部2012年修訂的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，它倡導(dǎo)探究式的學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)科學(xué)與實(shí)際，科學(xué)與社會(huì)的聯(lián)系。課程標(biāo)準(zhǔn)指出，本課程的價(jià)值是讓學(xué)生在形成物理學(xué)核心素養(yǎng)的同時(shí)，能夠在面對(duì)或解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問(wèn)題，能用科學(xué)的知識(shí)觀點(diǎn)，思路和方法。

初中物理學(xué)科中，有“實(shí)驗(yàn)”“想想做做”“想想議議”“STS”“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”等環(huán)節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，首先，要主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的過(guò)程，既要參與動(dòng)手活動(dòng)，也積極的融入到動(dòng)腦的環(huán)節(jié)中;其次，完成工程學(xué)的任務(wù)或探究類學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)物理學(xué)概念的理解和提升應(yīng)用知識(shí)的能力;最后在實(shí)踐活動(dòng)中，要適當(dāng)?shù)娜谌肟鐚W(xué)科的知識(shí)和技能，特別是在實(shí)踐教學(xué)中，對(duì)科學(xué)技術(shù)工程和數(shù)進(jìn)行整合，適應(yīng)在學(xué)習(xí)中的要求。

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的英文縮寫(xiě)。STEM教育倡導(dǎo)跨學(xué)科教育，依靠多種學(xué)科的思維，去解決和實(shí)際相關(guān)的問(wèn)題，依靠真實(shí)問(wèn)題的解決為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生能夠在實(shí)踐中運(yùn)用知識(shí)，獲得知識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力，復(fù)合思維和創(chuàng)新思維。融合STEM理論的科學(xué)學(xué)習(xí)，能有效的使學(xué)生達(dá)到新課標(biāo)所制定的目標(biāo)。STEM 教育倡導(dǎo)多學(xué)科融合，基于真實(shí)問(wèn)題情景下的跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，其理念對(duì)于我國(guó)初中物理教育創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要啟發(fā)意義。

綜上所述，可見(jiàn)在初中物理學(xué)科中嵌入實(shí)施STEM課程具有一定的意義。下面介紹如何在初中物理學(xué)科中嵌入STEM課程。

一、研發(fā)合適可以到嵌入物理學(xué)科的STEM課程

國(guó)內(nèi)近幾年才開(kāi)始逐漸重視STEM教育，很多地區(qū)和學(xué)校都處于摸索和實(shí)踐的過(guò)程，沒(méi)有現(xiàn)有的成熟的通用教材，具體到融入初中物理學(xué)科可以實(shí)施的STEM課程就更少。因此需要研發(fā)合適學(xué)校實(shí)行的STEM課程。而基于實(shí)際物理教學(xué)中，由于課時(shí)量的限制，要單獨(dú)實(shí)施STEM課程的時(shí)間也有限，所以我們可以有效地利用我們的教育教學(xué)資源，設(shè)計(jì)符合自己學(xué)校特色的和初中物理學(xué)科特點(diǎn)的STEM課程，設(shè)計(jì)一些能嵌入在平時(shí)物理教學(xué)中的STEM課程。

設(shè)計(jì)STEM課程，我們秉承下面的理念：

（1）跨學(xué)科性理念

跨學(xué)科意味著教育工作者在STME教育中，不再將重點(diǎn)放在某個(gè)特定學(xué)科，或者過(guò)于關(guān)注學(xué)科界限，而中心放在特定的問(wèn)題上，強(qiáng)調(diào)利用科學(xué)技術(shù)工程或數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科界線從多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用的角度，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（2）趣味性理念

STEM教育在實(shí)施過(guò)程中，要把多學(xué)科知識(shí)，融于有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學(xué)生生活相關(guān)的問(wèn)題中，問(wèn)題和活動(dòng)的設(shè)計(jì)又能激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，問(wèn)題的解決，又讓學(xué)生有成就感，因此STEM項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需要趣味性。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以把一些游戲或比賽融入到STEM項(xiàng)目，增加趣味性。

（3）體驗(yàn)性理念

跨學(xué)科意味著教育工作者在STEM教育中，不再將重點(diǎn)放在某個(gè)特定的學(xué)科，或者關(guān)注學(xué)科界限。STEM課程可以設(shè)計(jì)一些項(xiàng)目學(xué)習(xí)，將重放在特定的問(wèn)題上，強(qiáng)調(diào)利用科學(xué)、技術(shù)、工程或者數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)，解決問(wèn)題，從多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用的角度，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力的教育目標(biāo)。

根據(jù)STEM教育的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)理念，課可以設(shè)計(jì)“嵌入物理課堂中基于真實(shí)問(wèn)題情境下的探索式學(xué)習(xí)和課后項(xiàng)目學(xué)習(xí)”相結(jié)合的課程。結(jié)合物理課程的內(nèi)容，有的章節(jié)可以改編成是基于真實(shí)問(wèn)題情境下的探索式的STEM學(xué)習(xí)課程;有的章可以在整章教學(xué)的結(jié)束后，有一個(gè)課后STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程。在后面第三、四點(diǎn)將具體講解到“科學(xué)體驗(yàn)課”和“項(xiàng)目學(xué)習(xí)課”的STEM 課程模式。

STEM課程編寫(xiě)的模式應(yīng)包括教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)項(xiàng)目，教學(xué)工具與資源，教學(xué)活動(dòng)，教學(xué)評(píng)價(jià)等方面。

二、創(chuàng)設(shè)新情境，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的STEM“科學(xué)體驗(yàn)課”

當(dāng)前物理學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大體分為兩種，一種是以教師為主體的演示實(shí)驗(yàn)，另一類是以教材為中心，學(xué)生操作，老師指導(dǎo)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或探究性實(shí)驗(yàn)，這一類實(shí)驗(yàn)在書(shū)中寫(xiě)明有明確的步驟和注意事項(xiàng)，學(xué)生在指定的，器材中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，比較強(qiáng)調(diào)怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出規(guī)律。這個(gè)過(guò)程能鍛煉學(xué)生理科邏輯推理思維和動(dòng)手能力，但和沒(méi)有過(guò)多強(qiáng)調(diào)物理與生活實(shí)際的聯(lián)系。

我們把物理課本里部分章節(jié)的內(nèi)容設(shè)置成一個(gè)新的情境，劃分成多個(gè)任務(wù)，充分的利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思維，把習(xí)得的物理知識(shí)同科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)與日常生活結(jié)合，這樣既能解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問(wèn)題，又能強(qiáng)調(diào)物理生活實(shí)際的聯(lián)系，同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，加深的物理知識(shí)與其他化學(xué)科知識(shí)的聯(lián)系，體現(xiàn)了杜威的“從做中學(xué)理論”和STEM的教育理念。

在物理課堂中嵌入STEM課程——科學(xué)體驗(yàn)課，大體的設(shè)計(jì)思路如下思維導(dǎo)圖：

以初中物理八年級(jí)上冊(cè)第一章第一節(jié)為例，本節(jié)內(nèi)容是“長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量”，在傳統(tǒng)的物理課中，是在課室里，教師告訴學(xué)生長(zhǎng)度和時(shí)間是什么的物理量，以及用什么工具，如何測(cè)量。比較多的是講授式模式。我們可以把這節(jié)課進(jìn)行STEM課程改變，首先，給本節(jié)課創(chuàng)設(shè)一個(gè)新情境：“我們今天要去操場(chǎng)測(cè)量操場(chǎng)的跑到長(zhǎng)度，旗桿的高度或旗桿的直徑”，引起同學(xué)們探究的動(dòng)機(jī)。然后，分小組，讓小組自己設(shè)定項(xiàng)目，有的小組想要用卷尺測(cè)跑道，有的小組想用腳步測(cè)量跑道，有的小組想用手拉手的方式來(lái)測(cè)量跑道……同學(xué)們都比較有興趣自己猜想問(wèn)題，提出猜想，并設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)施，實(shí)施的過(guò)程中采集數(shù)據(jù)，并分析與論證自己的方案是否正確，是否有偏差，是否需要改進(jìn)方案，在此過(guò)程中，同學(xué)們積極交流與合作，最終一起測(cè)量出比較理想的跑道長(zhǎng)度。

在實(shí)施的過(guò)程中，老師沒(méi)有制定具體的工具和方案，但同學(xué)們?cè)谛虑榫持?，比較感興趣，在任務(wù)的驅(qū)使下，會(huì)自己思考有什么辦法來(lái)測(cè)量它們呢？需要用什么工具？并利用數(shù)學(xué)的知識(shí)，工程設(shè)計(jì)的思路，科學(xué)的探索方法，進(jìn)行完成跑道長(zhǎng)度的測(cè)量。在此過(guò)程中，自然學(xué)會(huì)了長(zhǎng)度的測(cè)量，刻度尺的使用，并體驗(yàn)到合作與交流，用知識(shí)實(shí)際解決問(wèn)題的樂(lè)趣，提高了各種能力。

這種在物理課堂中嵌入STEM科學(xué)體驗(yàn)課，可以不拘泥于上課的形式，可以是在課室里，也可以在課室外;即能把物理中的知識(shí)應(yīng)用會(huì)，又可以提高學(xué)生解決實(shí)際生活問(wèn)題的能力。

三、利用物理社團(tuán)，嵌入STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

可以利用學(xué)校社團(tuán)活動(dòng)，成立一個(gè)初中物理STEM社團(tuán)，在課后做基于初中物理學(xué)科的STEM項(xiàng)目活動(dòng)。在學(xué)習(xí)每章或每個(gè)模塊知識(shí)時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)相關(guān)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，在設(shè)定項(xiàng)目時(shí)給出明確項(xiàng)目的結(jié)果，但模糊實(shí)施項(xiàng)目的具體任務(wù)。學(xué)生在指定的要求和課時(shí)內(nèi)完成作品。學(xué)生得經(jīng)過(guò)工程師般的思維過(guò)程來(lái)完成整個(gè)作品：學(xué)生利用多門(mén)學(xué)科知識(shí)積極探索，設(shè)計(jì)出解決問(wèn)題的方案，并通過(guò)實(shí)踐，測(cè)試調(diào)查調(diào)整，尋找出最優(yōu)方案，完成任務(wù)或制作出作品。

在基于項(xiàng)目STEM學(xué)習(xí)中，學(xué)生要進(jìn)行經(jīng)常能夠聚焦于現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)問(wèn)題，跨學(xué)科的探究活動(dòng)。學(xué)生在實(shí)踐中從多方面對(duì)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的探索與思考，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科、多元化思維，最終培養(yǎng)學(xué)生的解決問(wèn)題能力、復(fù)合思維和創(chuàng)新能力。

例如：學(xué)習(xí)完《物態(tài)變化》可以設(shè)計(jì)貼近生活的項(xiàng)目《自制唇膏》。學(xué)生制作唇膏的過(guò)程中，做一個(gè)唇膏需要什么材料，涉及工程中的材料學(xué);需要什么配方，量多少，需要數(shù)學(xué)運(yùn)算;如何熔化和凝固，涉及科學(xué);如何從顏色，氣味，形狀等做的更受歡迎，也需要學(xué)生從藝術(shù)的角度設(shè)計(jì)完成。一個(gè)簡(jiǎn)單作品的完成，涉及學(xué)生從多個(gè)角度，跨學(xué)科完成制作唇膏。

在項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過(guò)程中，我們給學(xué)生的是一個(gè)明確定義的結(jié)果——制作唇膏，但模糊定義的任務(wù)，例如需要買(mǎi)什么材料，制作操作過(guò)程等，我們都不給出具體的任務(wù)，而待學(xué)生自己建構(gòu)思路，調(diào)查，設(shè)計(jì)方案，初步制作，測(cè)試第一次作品是否合要求，然后分析問(wèn)題所在，進(jìn)行修改，然后用批判性思維討論出最優(yōu)方案，再制作出最優(yōu)作品。這而整個(gè)過(guò)程學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)小組合作， 結(jié)合自我確定的挑戰(zhàn)而開(kāi)展合作性活動(dòng)。評(píng)價(jià)是以完成項(xiàng)目過(guò)程中的積累性表現(xiàn)和體驗(yàn)所獲得的知識(shí)，而不是傳統(tǒng)意義的考試和測(cè)驗(yàn)所得的成績(jī)。

四、借助學(xué)?？萍蓟顒?dòng)節(jié)或年級(jí)比賽，嵌入STEM項(xiàng)目活動(dòng)比賽

以《雞蛋撞地球》STEM項(xiàng)目為例，設(shè)置一些游戲活動(dòng)進(jìn)去，在學(xué)校初二年級(jí)舉辦這項(xiàng)活動(dòng)，經(jīng)過(guò)初賽和決賽，檢驗(yàn)“雞蛋撞地球”科學(xué)游戲活動(dòng)成效。比賽設(shè)置一些獲獎(jiǎng)的條件，學(xué)生根據(jù)要求，自己利用課余時(shí)間，設(shè)計(jì)方案，嘗試實(shí)踐，修改完善方案，再實(shí)踐直到自己滿意為止，在學(xué)校規(guī)定的比賽時(shí)間，再進(jìn)行實(shí)踐。類似這樣的項(xiàng)目可以成為聯(lián)系各個(gè)學(xué)科的紐帶，學(xué)生在完成真實(shí)項(xiàng)目的過(guò)程中進(jìn)行知識(shí)的構(gòu)建和深化，最終解決真實(shí)問(wèn)題。讓同學(xué)們體驗(yàn)“工程師”解決問(wèn)題的思維模式。而且，這種活動(dòng)形式，時(shí)間比較靈活，可操作性強(qiáng)。

五、不足與借鑒經(jīng)驗(yàn)

我們基于初中物理學(xué)科實(shí)施STEM課程的研究，以初中物理學(xué)科為研究對(duì)象，在初中物理課程中融入STEM教育理念，開(kāi)展基于真實(shí)問(wèn)題情境下的探索式學(xué)習(xí)教材和課后的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，即科學(xué)素養(yǎng)，技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，以達(dá)到提高學(xué)衡解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力。

但同時(shí)也有不足的地方：

1.對(duì)于如何設(shè)計(jì)物理學(xué)科實(shí)施STEM課程，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，聯(lián)系實(shí)際生活，整合資源，形成STEM學(xué)習(xí)系統(tǒng)等沒(méi)有同一的標(biāo)準(zhǔn)，存在評(píng)價(jià)差異。

2.實(shí)施STEM課程，必要有相應(yīng)的硬件，例如實(shí)驗(yàn)工具，場(chǎng)地等支持。

3.教師經(jīng)驗(yàn)不足，需要更專業(yè)的STEM素養(yǎng)的教師培訓(xùn)指引。

4.沒(méi)有現(xiàn)成的通用的教材，需要繼續(xù)模式實(shí)踐，并將成功的經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)共享。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 中華人民人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]張悅穎，沈祖蕓，小學(xué)STEM教育實(shí)踐路徑與方法——上海市世界外國(guó)語(yǔ)小學(xué)的探索，[M].上海科技教育出版社，2017.

[3] 丁杰，蔡蘇，江豐光，余勝泉.科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)教育創(chuàng)新與跨學(xué)科研究——第二屆STEM國(guó)際教育大會(huì)述評(píng)[J].開(kāi)放教育研究，2013，4，19（2）.

[4] 趙中建，施久銘.STEM視野中的課程改革[J].人民教育，2014（02）：64-67.

[5] 秦瑾若，傅鋼善.STEM教育：基于真實(shí)問(wèn)題情景的跨學(xué)科式教育，[J].中國(guó)電化教育2017（4）.