葉軍 黃彥焱

摘 要：結(jié)合在“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”校本課程開發(fā)中的親身經(jīng)歷，從課程構(gòu)建、課程開發(fā)、課程實(shí)踐、課程評(píng)價(jià)的角度，將STEM理念融入課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施.

關(guān)鍵詞：STEM理念;課程;設(shè)計(jì);實(shí)施;項(xiàng)目實(shí)習(xí)

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）19-0045-04

作者簡(jiǎn)介：葉軍（1982-），男，浙江富陽(yáng)人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：高中物理演示實(shí)驗(yàn);

黃彥焱（1981-），女，浙江塘棲人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：信息技術(shù)與物理教學(xué).

STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育的簡(jiǎn)稱，STEM教育多采取各學(xué)科融會(huì)貫通的方式，STEM注重知識(shí)與現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的有機(jī)融合，注重學(xué)生的自主積極參與，通過(guò)學(xué)生自身所了解、掌握的不同學(xué)科知識(shí)針對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題得出自己的處理辦法，結(jié)合項(xiàng)目加以開展，以研究性學(xué)習(xí)為主，注重培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，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)等.STEM教育以技術(shù)為橋梁，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科整合，關(guān)注新技術(shù)和實(shí)踐應(yīng)用為主要原則，培養(yǎng)能綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的復(fù)合型創(chuàng)新人才.筆者設(shè)計(jì)的基于STEM理念的“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”課程的教學(xué)需要經(jīng)歷了一個(gè)從提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、模型建構(gòu)、實(shí)踐驗(yàn)證、反思升級(jí)的過(guò)程.可以通過(guò)抽象與概括思維來(lái)分析問(wèn)題;通過(guò)邏輯與系統(tǒng)思維來(lái)進(jìn)行模型建構(gòu);通過(guò)批判與反思思維來(lái)進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證;通過(guò)迭代思維來(lái)進(jìn)行反思升級(jí).在這個(gè)過(guò)程中，融合STEM理念的教學(xué)設(shè)計(jì)，將會(huì)更有效地提升校本課程教學(xué)的實(shí)效，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維.

筆者所在學(xué)校物理教研組在幾位名優(yōu)教師的帶領(lǐng)下，圍繞STEM活動(dòng)類選修課程的開發(fā)做了大量的工作，積累了一些經(jīng)驗(yàn).其中“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”校本選修課受到了在校學(xué)生的廣泛好評(píng)，被選送為區(qū)級(jí)精品選修課程.本文試圖通過(guò)課程構(gòu)建、課程開發(fā)、課程實(shí)踐、課程評(píng)價(jià)、課程成效的角度，談?wù)勅绾螌TEM理念融入課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施.

1 基于STEM理念的“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”課程的構(gòu)建

1.1 課程目標(biāo)

通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)和項(xiàng)目問(wèn)題解決的實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”合一，使學(xué)生獲得親身實(shí)踐的積極體驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)和領(lǐng)略物理在現(xiàn)實(shí)生活的應(yīng)用，形成從生活中主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并獨(dú)立地分析、解決問(wèn)題的態(tài)度.應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論知識(shí)，提高學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的持久興趣;學(xué)習(xí)并掌握必要的物理實(shí)驗(yàn)基本技能和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，養(yǎng)成合作、分享、積極進(jìn)取等良好的個(gè)性品質(zhì)，以及創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度、集體觀念和社會(huì)責(zé)任感.

上述課程目標(biāo)分解為以下三個(gè)維度表述：

（1）知識(shí)與技能

①=1＼*GB3理解項(xiàng)目學(xué)習(xí)的內(nèi)涵和基本程序;了解工程、技術(shù)與數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)在科學(xué)探究中的運(yùn)用.

②=2＼*GB3掌握物理實(shí)驗(yàn)基本操作技能;進(jìn)一步學(xué)會(huì)觀察、記錄、分析物理現(xiàn)象的方法和技能;掌握物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，能夠運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法探究生活問(wèn)題.

（2）過(guò)程與方法

①=1＼*GB3體驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)在實(shí)驗(yàn)探究中的運(yùn)用，初步運(yùn)用項(xiàng)目學(xué)習(xí)程序來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案并實(shí)踐.知道科學(xué)探究可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察等多種手段獲取事實(shí)和證據(jù).

②=2＼*GB3體驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法和程序，能夠運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和條件控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究，初步形成運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

（3）情感、態(tài)度和價(jià)值觀

①=1＼*GB3通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及實(shí)施，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生形成良好的實(shí)驗(yàn)工作習(xí)慣.

②=2＼*GB3通過(guò)量化物理探究，培養(yǎng)學(xué)生量化思想、比較思想、類比思想、構(gòu)建模型思想、驗(yàn)證探究思想和以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的觀念，樹立嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度，具有批判精神和創(chuàng)新意識(shí).

③=3＼*GB3通過(guò)作品研制、展示與交流，培養(yǎng)學(xué)生小組合作意識(shí)，人際交往能力，形成從生活中主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并獨(dú)立地分析、解決問(wèn)題的態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、集體觀念和社會(huì)責(zé)任感.

1.2 課程內(nèi)容

本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容以項(xiàng)目學(xué)習(xí)模式為核心，以物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論及運(yùn)用為載體，以實(shí)驗(yàn)的形式探究物質(zhì)世界的奧秘，內(nèi)容的選取兼顧實(shí)用性和趣味性.

課程內(nèi)容以“理論—實(shí)踐—運(yùn)用”為主線，分為3個(gè)專題.專題1為理論篇，涉及的課程內(nèi)容具體為：（1）=1＼*GB3項(xiàng)目學(xué)習(xí);（2）=2＼*GB3物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)常用方法.專題2為實(shí)踐篇.該專題以項(xiàng)目問(wèn)題的模式，具體講解項(xiàng)目學(xué)習(xí)的實(shí)施程序及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用;通過(guò)專題內(nèi)容的趣味性和實(shí)用性，使學(xué)生熟悉項(xiàng)目學(xué)習(xí)的實(shí)施程序和物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究常用方法.涉及的項(xiàng)目活動(dòng)有：（1）=1＼*GB3模擬車禍現(xiàn)場(chǎng)估測(cè)車速;（2）=2＼*GB3探究地磁場(chǎng)的水平分量;（3）=3＼*GB3估測(cè)地球表面平均輻射能;（4）探究光的衍射現(xiàn)象.專題3為應(yīng)用篇.該專題安排三個(gè)綜合探究項(xiàng)目，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目學(xué)習(xí)程序、物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及興趣特點(diǎn)，運(yùn)用已建立的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)自主選取2-3個(gè)綜合項(xiàng)目課題并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究.項(xiàng)目活動(dòng)包含：（1）=1＼*GB3地球表面溫度的測(cè)量和質(zhì)量的測(cè)定;（2）=2＼*GB3探究磁流體技術(shù)對(duì)生活的影響;（3）=3＼*GB3感受聲現(xiàn)象.

案例1 “項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”選修課目錄（見表1）

專題3：應(yīng)用篇之綜合探究地球表面溫度的測(cè)量和質(zhì)量的測(cè)定（3課時(shí)）綜合運(yùn)用所學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探究

2 基于STEM理念的“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”課程的開發(fā)

2.1 課程開發(fā)的基本流程

在課程開發(fā)的過(guò)程中，需要經(jīng)歷一個(gè)從編寫、實(shí)踐、修訂、實(shí)踐的循環(huán)過(guò)程（如圖1），通過(guò)這樣的方式，設(shè)計(jì)出符合培養(yǎng)學(xué)生物理思維的校本課程.

圍繞課程目標(biāo)、課程框架，編寫每一課時(shí)的教材，在編寫好教材后，設(shè)計(jì)上課資源，在課堂上進(jìn)行實(shí)踐、觀察、思考，課后與學(xué)生個(gè)別訪談，最后對(duì)課時(shí)教材進(jìn)一步修訂.同時(shí)，整個(gè)過(guò)程又是一個(gè)循環(huán)體，直到編寫出最佳的課時(shí)教材.

2.2 教材編寫的基本框架

基于物理思維的“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”教材編寫要以培養(yǎng)學(xué)生物理思維為中心的教學(xué)理念，針對(duì)我校學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，教材的基本框架主要分為六大板塊：背景與目標(biāo)、器材與要求、科學(xué)與詮釋、工程與制作、技術(shù)與探索、思考與討論.這六大板塊的設(shè)計(jì)，是基于物理思維的核心思維所構(gòu)建的，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷問(wèn)題的抽象與分解、模型的構(gòu)建與實(shí)施、思維的批判與迭代的過(guò)程.

案例2 選修課“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”之“感受聲現(xiàn)象”教材節(jié)選

背景與目標(biāo)：聲音是平凡的，又是奇特的.我們生活在一個(gè)充滿聲音的世界中，這也許使它顯得平凡;聲音在很多方面豐富并改變著我們的生活，這又映射出它的奇特.那么，聲音究竟是什么？聲音有哪些特性？它還會(huì)給我們帶來(lái)什么？妙趣橫生的聲現(xiàn)象中究竟蘊(yùn)含著怎樣的物理原理？同學(xué)們認(rèn)為“感受聲現(xiàn)象”這個(gè)題目可以作為綜合探究項(xiàng)目的課題.

器材與要求：略.

科學(xué)與詮釋[1]：略.

工程與制作：制作盡量符合實(shí)際的測(cè)量模型（如圖3-6）.

技術(shù)與探索[1]：

一、聲音的三要素（略）.

二、聲音的反射（略）.

三、聲音的折射（略）.

思考與討論：我們生活在美麗的家鄉(xiāng)塘棲，但是我們學(xué)校的周圍充斥著噪聲的污染，不妨約上好朋友一起應(yīng)用Wensn噪音計(jì)探究塘棲街區(qū)的噪聲污染吧.然后請(qǐng)查閱更多資料，結(jié)合塘棲街區(qū)噪聲污染的特點(diǎn)，提出危害預(yù)防的改進(jìn)建議.

物理思維的本質(zhì)是抽象與概括，在編寫教材時(shí)，要始終遵循學(xué)生的思維方式.在問(wèn)題提出后，通過(guò)物理語(yǔ)言的方式抽象分析，通過(guò)數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)思維來(lái)建構(gòu)物理模型，用批判思維的方式來(lái)思考.為了能進(jìn)一步拓展學(xué)生思維，從物理思維中的迭代思維入手，讓學(xué)生提出新的設(shè)想，將項(xiàng)目學(xué)習(xí)進(jìn)一步升級(jí)，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的物理思維.可見，教材的課時(shí)編寫是緊緊圍繞物理思維的.

3 基于STEM理念的“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”課程的實(shí)踐

在教學(xué)過(guò)程中，以“做中學(xué)”為理論指導(dǎo)，“教、學(xué)、做”合一.課程實(shí)施模式參考黃冬明和聶振雯的“基于PBL雙環(huán)互動(dòng)教學(xué)模式”（如圖7）.

此模型為雙環(huán)同心結(jié)構(gòu)，中心標(biāo)有“學(xué)生活動(dòng)”，說(shuō)明項(xiàng)目學(xué)習(xí)以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，學(xué)生是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體，所有的教學(xué)活動(dòng)都須圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)來(lái)設(shè)計(jì)和開展.內(nèi)環(huán)上的6個(gè)小圓圈代表教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié).內(nèi)環(huán)中由直線所劃分的6個(gè)區(qū)域中的內(nèi)容為學(xué)生在相應(yīng)的各個(gè)階段所開展的活動(dòng).外環(huán)是一個(gè)正六邊形，各方框內(nèi)的內(nèi)容是教師在對(duì)應(yīng)各個(gè)階段所從事的活動(dòng).外環(huán)表示教師在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中是一個(gè)指導(dǎo)者、幫助者、監(jiān)督者、資源提供者和合作者[2].

通過(guò)學(xué)生直接參與項(xiàng)目并呈現(xiàn)作品的方式，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，將課堂主動(dòng)權(quán)交還給學(xué)生.通過(guò)學(xué)生親身參與設(shè)計(jì)實(shí)踐和探究，獲取物理實(shí)驗(yàn)及相關(guān)理論等陳述性知識(shí)及物理操作等程序性知識(shí)，啟迪思維;以學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和動(dòng)手能力來(lái)組織教學(xué)，循序漸進(jìn).尊重學(xué)生個(gè)體差異，鼓勵(lì)并積極創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)的條件和平臺(tái)，使思維獨(dú)到的學(xué)生有更多的嘗試機(jī)會(huì)，在多次嘗試中發(fā)展各項(xiàng)能力，學(xué)會(huì)合作和分享，樂(lè)于在團(tuán)體協(xié)作的過(guò)程中發(fā)揮個(gè)人聰明才智，體驗(yàn)成功.

本課程安排3個(gè)專題，共安排18學(xué)時(shí)，共計(jì)2學(xué)分，其中專題1為2學(xué)時(shí)，專題2為8學(xué)時(shí)，專題3為8學(xué)時(shí).

在課程開設(shè)方面，在每個(gè)學(xué)期開學(xué)的第一周，“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”選修課程和其他校本課程通過(guò)教務(wù)處“選修課選課指導(dǎo)手冊(cè)”向?qū)W生公布，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好，進(jìn)行網(wǎng)上選課.

截止2018年8月，累計(jì)選課人數(shù)達(dá)到1200人次，在本校選修課中位居首位.根據(jù)教務(wù)處學(xué)生評(píng)教的反饋信息，“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”受到了學(xué)生的熱烈好評(píng)和追捧，多次出現(xiàn)報(bào)名人數(shù)超過(guò)額定人數(shù)的情況.

4 基于STEM理念的“項(xiàng)目學(xué)習(xí)與物理實(shí)驗(yàn)探究”課程的評(píng)價(jià)

（1）評(píng)價(jià)主體多元化和互動(dòng)性.評(píng)價(jià)主體可以是科任教師也可以是學(xué)生，評(píng)價(jià)要求客觀、公正，具有激勵(lì)性、檢測(cè)性.通過(guò)師生共同參與和互動(dòng)交流，有利于全面了解學(xué)生真實(shí)的心理和學(xué)習(xí)情況，有利于培養(yǎng)學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)積極性.

（2）評(píng)價(jià)內(nèi)容多元化.根據(jù)本課程設(shè)置目標(biāo)，開發(fā)項(xiàng)目學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)量表，形成評(píng)價(jià)體系.課程評(píng)價(jià)體系包括項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)、項(xiàng)目探究過(guò)程的評(píng)價(jià)、項(xiàng)目成果質(zhì)量評(píng)價(jià)、成果交流評(píng)價(jià)、項(xiàng)目完成綜合成績(jī)?cè)u(píng)定.

（3）結(jié)果和過(guò)程相結(jié)合的原則.本課程的評(píng)價(jià)有別于甄別和選拔，力求真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和成長(zhǎng)歷程，體現(xiàn)鼓勵(lì)性原則，實(shí)現(xiàn)結(jié)果和過(guò)程相統(tǒng)一.

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（收稿日期：2021-06-23）