程 霞

（甘肅省武威第一中學，甘肅武威 733000）

實驗是高中物理的核心內(nèi)容，優(yōu)化高中物理實驗教學、構(gòu)建理論與實踐結(jié)合的教學模式，能夠有效增進學生對物理理論的理解，同時深化其實踐素養(yǎng)。根據(jù)當前教學情況，STEM理念與高中物理實驗教學的結(jié)合可以很好地促進上述內(nèi)容的落實，值得教師展開深入研究。

一、傳統(tǒng)模式下高中物理實驗教學的不足之處

雖然傳統(tǒng)模式下的高中物理教學對實驗活動給予了一定的關(guān)注，但是在組織和實踐方面，明顯存在不足，如理論指導(dǎo)過多、學生動手操作機會不足、課堂氛圍較為沉悶等。一些教師認為，學生只有完全掌握了理論知識才能做好實驗，因此在組織實踐活動之前向?qū)W生灌輸大量的理論知識。甚至還有一些教師，為獲得良好課堂反饋，手把手地教學生怎樣做實驗。雖然在該模式下，學生能夠更迅速地掌握實驗操作方法，得出正確的實驗結(jié)果，但是由于理論灌輸過多與教師的介入，使得學生失去實驗操作興趣，甚至在教師監(jiān)督下產(chǎn)生實驗操作壓力，在無形中阻礙了學生參與課程活動的積極性，對其可持續(xù)發(fā)展大為不利。

二、高中物理實驗教學融入STEM 理念的優(yōu)勢

將STEM 理念應(yīng)用于高中物理實驗教學中，實際上就是以科學、技術(shù)、工程、數(shù)學四方面知識的融入來豐富課程活動，不僅可以優(yōu)化物理實驗教學結(jié)構(gòu)，還可以促進學生思維多元發(fā)展。尤其是運用工程思維、數(shù)學思維、科學思維構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ筒⒎治鲎罱K結(jié)果，可以充分激發(fā)學生的學習思維，從而主動對所獲得的知識展開多角度思考，各項思維能力均能在原有基礎(chǔ)上得到提升。

三、STEM 理念在高中物理實驗教學中的應(yīng)用

（一）基于教學模式重構(gòu)進行理念應(yīng)用

通過心理學知識我們可以知道，高中物理教師如何選擇實驗教學指導(dǎo)方法，與其教育理念、構(gòu)建教學模式的習慣有關(guān)。因此，將STEM 理念應(yīng)用于高中物理實驗教學中，首先應(yīng)打破教師原有的思維束縛，重構(gòu)教學模式、重塑教育理念。只有教師在內(nèi)心深處認同了STEM 理念在高中物理實驗教學中的應(yīng)用意義，才能更加積極主動地加以應(yīng)用，并圍繞其制訂新的教學計劃。

但是就目前來說，無論是教師還是學校，在該方面都做得不是很好。對此，學校和教師均應(yīng)做出調(diào)整。學校需要做好管理工作，組織高中物理教師對STEM 理念、STEM 與高中物理實驗教學的關(guān)系展開探究，引導(dǎo)教師在教研活動中合作探究STEM 理念與高中物理實驗教學的結(jié)合方法。而教師應(yīng)主動對新形勢下的高中物理實驗教學新要求、STEM 理念內(nèi)涵及實踐價值展開學習，充分了解相關(guān)教育元素，在對其形成正確認識的基礎(chǔ)上，利用STEM 理念衍生手段重構(gòu)教學模式。如此，教師教育理念隨教學模式的重構(gòu)發(fā)生積極變化，從而主動加強對STEM 理念的創(chuàng)新應(yīng)用，課程實踐活動在STEM 理念的創(chuàng)新支持下才會有序推進。

（二）基于學生科學素養(yǎng)培育設(shè)計課程

物理是探究物質(zhì)運動一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的一種科學，是自然科學的帶頭學科。這也就意味著，高中生對物理知識的探究、對該學科實驗活動的參與，是一個科學探究過程，應(yīng)以發(fā)展科學素養(yǎng)為目標。而這一科學素養(yǎng)的發(fā)展，與STEM理念中的“S”形成了統(tǒng)一。由此啟發(fā)教師，應(yīng)用STEM 理念組織高中物理實驗教學活動，應(yīng)以培育學生科學素養(yǎng)為基礎(chǔ)進行課程設(shè)計。同時，教師不得不思考一個問題：“高中生的科學素養(yǎng)在哪些狀態(tài)下可以實現(xiàn)更好的發(fā)展？”教師可以在學生參與物理實驗活動的過程中，不斷圍繞學生的操作過程和結(jié)論提出問題，引導(dǎo)學生對操作過程、最終結(jié)論展開分析，探究如何將物理實驗應(yīng)用于社會科學實踐當中，并鼓勵學生分享自己的分析結(jié)果，也可以積極提出不同想法。通過循序漸進的思考和分析，學生不斷在物理實驗科學探究中進行更有深度的科學分析，科學素養(yǎng)得到提升。而這種科學素養(yǎng)的提升可以反作用于學生對物理知識的科學探究，讓他們在實驗操作過程中有更積極的表現(xiàn)和更豐富的收獲。

（三）基于完善教學設(shè)施促進實驗教學

STEM 在高中物理實驗教學中的應(yīng)用效果，受學校物理實驗教學設(shè)施影響頗大，若學校能夠為師生提供完善的實驗設(shè)施，師生融合STEM 思想的實踐學習條件更優(yōu)越，自然有望全面提高教學效果。與此相反，若學校物理實驗教學設(shè)施落后，無法為師生提供完成某部分物理實驗的必備材料和設(shè)施，必然會阻礙教學活動的展開，影響課程效果。而分析當前高中物理實驗STEM 教學情況不難發(fā)現(xiàn)，教學設(shè)施不完善問題依然存在，部分教師在教學中不得不面對器材不足、材料缺失問題，以至于無法很好地將STEM 理念滲透在教學中。針對此情況，學校應(yīng)主動解決教師開展物理實驗教學活動面臨的問題，適當投入資金以完善教學設(shè)施，定期修理、更新?lián)p壞的物理實驗設(shè)備，盡可能為師生實驗提供更豐富的物理材料，降低師生搜集物理實驗材料的難度。師生處于良好的實驗環(huán)境當中，在STEM 理念應(yīng)用下形成更積極的實驗活動體驗，進而在完善的設(shè)施與豐富的材料支持下參與更多元的實驗，獲取更全面的物理實驗知識，增強學習成效。值得一提的是，此教學環(huán)境有助于教師專業(yè)水平的提升，而只有教師提升專業(yè)水平，才能為學生提供更科學的物理實驗學習指導(dǎo)，采取更合理的方式應(yīng)用STEM 進行教學，從而促進高中物理STEM 應(yīng)用下實驗教學質(zhì)量的提升。

（四）基于信息技術(shù)手段組織教學活動

傳統(tǒng)模式下的高中物理教學效果差強人意，存在實驗活動組織低效的問題，并缺乏對信息技術(shù)手段的合理應(yīng)用。對此，應(yīng)用STEM 理念重構(gòu)高中物理實驗教學，教師應(yīng)提高對信息技術(shù)手段運用的重視，通過信息技術(shù)與課程活動的有機融合提高實驗指導(dǎo)、組織的有效性。而基礎(chǔ)教育中的信息技術(shù)手段內(nèi)涵十分豐富，是對所有在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下衍生出的新教學方法的統(tǒng)稱。因此，基于信息技術(shù)組織高中物理實驗教學活動時，教師可以適當進行多種嘗試。

首先，教師可以通過多媒體動畫導(dǎo)入課程。高中生雖然已經(jīng)形成較為成熟的思維模式，習慣了從教材中探究知識，但是只引導(dǎo)他們通過教材了解物理實驗，其效果難免會較為遜色。反之，若對多媒體動畫加以應(yīng)用，以動畫展示形式將物理實驗對應(yīng)的現(xiàn)象呈現(xiàn)出來，可以讓學生的注意力更加集中，有效增強其知識探究與實踐操作熱情。所以說，教師可以先在網(wǎng)絡(luò)中搜集一些與教材內(nèi)容對應(yīng)的物理現(xiàn)象，再將其通過多媒體動畫呈現(xiàn)出來，以起到優(yōu)化課程導(dǎo)入的作用。

其次，教師可以通過電子白板講授實驗步驟，幫助學生了解實驗操作過程。相較于傳統(tǒng)的口述如何做，一邊在電子白板上進行模擬操作，一邊向?qū)W生介紹操作重點，能夠讓學生對實驗操作過程和重點形成更加準確的理解。在條件允許的情況下，教師甚至還可以邀請學生通過計算機軟件進行模擬操作，將計算機平臺視為實驗室，以信息化操作代替動手實踐。這樣，教學和實踐過程更加簡潔，學生既能夠通過模擬操作感受物理知識的生成過程，理解其基本內(nèi)涵，也可以通過信息技術(shù)與物理實驗的深度融合加強對信息技術(shù)重要性的認識，從而同步提高信息素養(yǎng)。

再次，以信息技術(shù)為支持將STEM 應(yīng)用在高中物理實驗教學中，教師還可以開辟線上教學渠道，延展學生學習空間，這也是傳統(tǒng)模式下的高中物理實驗教學所缺失的。在傳統(tǒng)模式下，高中物理實驗學習局限在常規(guī)課堂與實驗室中，并未向生活進行合理的延伸，這也導(dǎo)致實驗學習、實驗操作缺乏持續(xù)性，知識與經(jīng)驗積累存在斷層，制約了教學有效性的整體提升。而信息化教學手段為教師解決此問題創(chuàng)造了便利條件。高中物理教師可以嘗試基于STEM 理念構(gòu)建物理實驗線上教學平臺，在信息技術(shù)支持下，通過線上教學平臺向?qū)W生分享精彩的物理小實驗，鼓勵他們在家庭、生活中設(shè)計物理實驗。學生實驗學習空間被拓寬，成長與進步的可能性也就更大。

（五）基于工程理念指導(dǎo)物理實驗操作

STEM 理念應(yīng)用下的高中物理實驗教學，基于工程理念引導(dǎo)學生進行實踐操作也是個不錯的選擇。尤其是在一些力學課程中，通過融入工程思維構(gòu)建力學模型，可以讓學生更加迅速地找到實驗重點，有助于他們對相關(guān)知識的研究和分析。將技術(shù)手段與工程理念相結(jié)合，學生還可以通過信息技術(shù)構(gòu)建物理實驗?zāi)Ｐ?，這同樣可以對其動手操作能力的提升起到一定的促進作用。然而綜觀當前的教學活動，大多數(shù)教師都忽略了這一內(nèi)容，他們更習慣于直接組織學生進行動手操作，并未及時提醒學生運用工程理念進行實驗設(shè)計和分析。所以，對于一些在工程理念指導(dǎo)下可以變得更加簡單的實驗，學生依然采用復(fù)雜的方法進行設(shè)計和操作，使得整體學習呈現(xiàn)出低效特征，學生工程素養(yǎng)的發(fā)展受到了限制。面對該情況，針對STEM 理念在高中物理實驗教學中的應(yīng)用，教師一定要提高對工程理念的關(guān)注。久而久之，學生不斷在課程實踐活動中深化工程理念，借助工程方法建構(gòu)實驗?zāi)Ｐ?，其實驗學習效率與效果必然會獲得質(zhì)的提升。

（六）基于數(shù)學思維優(yōu)化物理實驗教學

常言道：“學好數(shù)理化，走遍天下都不怕?！睌?shù)學與物理本身就是相輔相成、殊途同歸的，均指向了對科學的大膽探索。將STEM 理念應(yīng)用在高中物理實驗教學活動中，教師還可以滲透數(shù)學思維，借助數(shù)學思維優(yōu)化實驗教學。但需要注意的是，這一思維的滲透，既指向?qū)ξ锢韺嶒灮顒訑?shù)據(jù)的整理，也指向?qū)嶒灢僮鹘Y(jié)果的分析，是記錄與思考的結(jié)合。但是在現(xiàn)階段的具體實驗中，出現(xiàn)了明顯的重記錄輕分析、重分析輕記錄等記錄與思考不平衡問題，導(dǎo)致數(shù)學思維滲透效果受到消極影響，阻礙了學生物理實驗學習和數(shù)學思維、學科素養(yǎng)的發(fā)展。對此，教師必須做出調(diào)整，提醒學生一邊做實驗一邊記錄各項數(shù)據(jù)，指導(dǎo)他們根據(jù)最終的實驗結(jié)果和中間記錄的各項數(shù)據(jù)，對操作結(jié)論展開分析。如此，學生在STEM 理念支持下的物理實驗學習才會更加完整。依托于完整的數(shù)據(jù)、及時的分析，學生實踐學習結(jié)論準確性得以提升，數(shù)學思維與學科素養(yǎng)均有望實現(xiàn)更好的發(fā)展。

（七）基于學生主體地位深化理念應(yīng)用

說到底，提高對物理實驗課程活動的重視、將STEM 理念應(yīng)用在高中物理實驗教學中，都是新課程改革提出的要求。因此，在高中物理實驗教學中應(yīng)用STEM 教學理念，教師還應(yīng)該注意遵循新課程改革要求，在滿足其基本要求的基礎(chǔ)上調(diào)整課程活動組織方式。對此，最重要的一項內(nèi)容，就是尊重學生在課程活動中的主體地位，尊重物理實驗中學生主體參與特性，讓學生自主進行實驗操作并探究相關(guān)物理知識。事實上，也只有這樣，學生才能真正在實驗操作中實現(xiàn)生成性學習，充分感受到物理的魅力并理解實驗的本質(zhì)。反之，若教師經(jīng)常介入學生的實驗操作中，并直接告訴學生應(yīng)該怎樣做、不應(yīng)該怎樣做，學生看似在進行自主操作，實際上并未進行主動思考，教學預(yù)期目標依然難以實現(xiàn)。必要時，教師可以鼓勵學生在合作狀態(tài)下自主參與實驗活動。通過合作，學生不斷幫助其他學生解決自主操作問題，并且在其他學生的啟發(fā)下對實驗展開多角度思考，收獲也會更加豐富。但是綜觀當前高中物理實驗學生合作學習小組的建設(shè)，或多或少地存在著和諧性不足、學生配合缺乏默契等問題，這主要與教師未在學生小組建設(shè)之前全面分析學生間的差異與特點有關(guān)。小組內(nèi)成員物理實驗素質(zhì)與對STEM 的認識差異過大，最終導(dǎo)致了上述問題的出現(xiàn)。因此，教師應(yīng)優(yōu)化學生學習小組建設(shè)方法，在建設(shè)合作小組之前，對每一名學生的物理實驗特質(zhì)、思維習慣與性格特點等展開分析，然后將相似的、能夠自主進行高效交流的學生劃分在同一小組中。如此，學習小組內(nèi)學生間的合作默契度提升，其實驗學習關(guān)系更加和諧，融合STEM 的高中物理實驗教學效果自然會更好。

綜上所述，傳統(tǒng)高中物理教學存在的STEM 理念滲透不足、實驗組織形式較為單一問題，在一定程度上限制了學生物理實驗素養(yǎng)乃至學科綜合素質(zhì)的發(fā)展，使物理實驗教學難以滿足新課程改革要求。因此，在新的基礎(chǔ)教育形勢下，高中物理教師應(yīng)加強對STEM 理念的合理應(yīng)用，借助信息技術(shù)手段、工程理念、數(shù)學思維指導(dǎo)學生進行物理實驗學習，并以此培育其科學素養(yǎng)，通過重構(gòu)教學模式實現(xiàn)教學效果的最優(yōu)化。