義務(wù)教育階段學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)的有效途徑是科學(xué)探究教學(xué)。STEM教育和學(xué)科教學(xué)有效整合是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的好途徑，物理學(xué)科教育更是實施的好載體。STEM教育下的科學(xué)探究教學(xué)將物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面的科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)有機整合統(tǒng)一，有序?qū)嵤辛Υ龠M(jìn)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展，有效地實現(xiàn)全面培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

筆者圍繞核心素養(yǎng)下的學(xué)生自主探究能力有效培養(yǎng)進(jìn)行了探索，有效整合STEM教育和物理學(xué)科教學(xué)，提升學(xué)生自主探究能力。

一、領(lǐng)會核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，確立STEM教育改革方向

STEM教育是指將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科有效融合起來的教育，強調(diào)利用科學(xué)、工程方式培養(yǎng)學(xué)生動手探究能力，這和新課程標(biāo)準(zhǔn)落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)高度吻合，是一種很好的培養(yǎng)學(xué)生探究能力的教育方式。STEM教育與物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)改革實質(zhì)，就是以物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等學(xué)生發(fā)展要素培養(yǎng)為指導(dǎo)，改革物理課堂內(nèi)外的教育教學(xué)活動方法，創(chuàng)新運用STEM教育方式，激發(fā)學(xué)生主動參與課堂或生活探究活動，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，逐步學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會運用，從而有效培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，使學(xué)生逐步學(xué)會如何生活、如何做人，自主持續(xù)發(fā)展，全面提高整體素質(zhì)。

有效培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的STEM教育，就是將STEM教育和物理教育高度整合，從激發(fā)學(xué)生探究興趣開始，再到學(xué)生主動開展探究學(xué)習(xí)活動，最后實現(xiàn)學(xué)生自身自主創(chuàng)新發(fā)展。這是物理課程教學(xué)改革的重要方向和實施目標(biāo)。

二、設(shè)計物理探究教學(xué)模式，奠定STEM教育實施基礎(chǔ)

運用STEM教育，設(shè)計有效探究教學(xué)模式，改革課堂課內(nèi)外探究教學(xué)活動，創(chuàng)新育人方式，為實施STEM教育和物理新課程教育創(chuàng)新整合打好基礎(chǔ)。

1.有效科學(xué)探究教學(xué)模式

新物理課程標(biāo)準(zhǔn)下的探究教學(xué)，必須創(chuàng)設(shè)建構(gòu)激勵學(xué)生自主發(fā)展的多元智能教育的物理探究活動教學(xué)模式。

我們設(shè)計了STEM教育下新的物理自主探究教學(xué)活動教學(xué)模式，即“課前導(dǎo)探—自主探究—分享歸納—應(yīng)用實踐—升華創(chuàng)新”探究教學(xué)模式，以課前興趣探究導(dǎo)入教學(xué)，運用STEM教育理念，將物理知識探究融入每個學(xué)習(xí)活動環(huán)節(jié)，學(xué)生自主探究，共同分享、歸納，實踐應(yīng)用解決實際問題，最終升華到創(chuàng)新運用知識解決生活問題。物理科學(xué) 探究教學(xué)的有效實施，能激發(fā)學(xué)生主動探究的興趣，發(fā)展學(xué)生自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

2.自主探究教學(xué)模式依據(jù)

STEM教育理論認(rèn)為，教育過程要以學(xué)生發(fā)展為本，可通過有機整合科學(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)等知識，把學(xué)科知識融入生活中發(fā)現(xiàn)問題，引導(dǎo)學(xué)生主動探究解決問題，激發(fā)學(xué)生主體內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機和自主解決問題的自我成就感，這和《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》一脈相承。物理課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)物理教學(xué)必須利用真實情景，突出問題導(dǎo)向，采用多種方式開展科學(xué)探究教學(xué)。選擇適合學(xué)生主體需要的自主探究教學(xué)模式成為當(dāng)前物理教育的必然要求。

三、實施自主探究教學(xué)改革，全面培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)

根據(jù)制定的物理探究活動教學(xué)模式，創(chuàng)新開展自主探究能力培養(yǎng)改革實踐。

1.設(shè)置課前激趣探究導(dǎo)學(xué)，打好課堂探究活動基礎(chǔ)

在每節(jié)課結(jié)束時就為下一節(jié)課做好鋪墊：布置預(yù)習(xí)實驗，開展課前預(yù)設(shè)探究，為下一節(jié)課堂探究活動順利開展做好準(zhǔn)備，激發(fā)學(xué)生主動投入探究學(xué)習(xí)的興趣。預(yù)習(xí)實驗必須選擇有趣且容易完成的，保證學(xué)生人人都能主動參與，都能動手完成。

例如在教學(xué)《電磁鐵》的前一節(jié)課結(jié)束時，可設(shè)置生活現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前實驗探究：老師不小心將大頭針全灑落地上，影響同學(xué)們行走安全，請你利用老師提供的器材（或自備器材），課后設(shè)計以最快速度將大頭針收集起來的做法，下一節(jié)課前匯報方法并同時加以實驗演示說明。

設(shè)疑激趣，課前探究，就為學(xué)生下一節(jié)課主動探究新知識打下良好基礎(chǔ)。

2.進(jìn)行預(yù)設(shè)探究成果匯報，引導(dǎo)主動開展課堂探究

下一節(jié)課的前五分鐘，請學(xué)生將課前設(shè)計的實驗展示匯報，解決前一節(jié)課提出的問題，引導(dǎo)學(xué)生主動投入到課堂新知識探究學(xué)習(xí)中。

《電磁鐵》教學(xué)中，課堂教學(xué)活動開始，請做好預(yù)習(xí)的學(xué)生利用自備或教師提供的電池、細(xì)銅導(dǎo)線（圈）、鐵棒、導(dǎo)線等器材，演示講解課前預(yù)習(xí)的收集大頭針操作方法，并說明其中的道理。

學(xué)生積極上臺演示并講解自己的方案。

教師點評：同學(xué)們都做得各有特色，那你能從物理知識的角度來解釋上述做法的道理嗎？為了弄懂其中的物理原理，我們一起來探究“電磁鐵”的知識。

這樣導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生很自然地主動投入到實驗探究學(xué)習(xí)活動中。

3.啟發(fā)學(xué)生呈現(xiàn)思維過程，共同分享探究成果

（1）啟發(fā)學(xué)生匯報基礎(chǔ)探究，主動呈現(xiàn)思維發(fā)展過程

隨后，課堂探究，引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行基礎(chǔ)實驗探究，自主分析處理實驗數(shù)據(jù)，講解自己實驗結(jié)論的思維形成過程，匯報展示實驗探究操作過程。特別鼓勵學(xué)生在課堂后段主動展示匯報自己的探究學(xué)習(xí)、思維推理、結(jié)論形成過程，分享交流，從而得出最終實驗結(jié)論。

《電磁鐵》基礎(chǔ)探究教學(xué)中，可引導(dǎo)學(xué)生從以下問題自主匯報，完成基本實驗探究過程。

① 提出問題。電磁鐵的磁性跟什么因素有關(guān)？請你提出猜想并利用老師提供或自備器材進(jìn)行實驗探究并驗證。

② 實驗探究。引導(dǎo)學(xué)生主動分享自己設(shè)計的實驗電路圖，完善后進(jìn)行分組實驗，得出初步探究的結(jié)論。

③ 分享匯報。學(xué)生上臺展示匯報實驗探究結(jié)論，分享探究結(jié)果。

通過這些基本活動步驟，采用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)的STEM教育基礎(chǔ)活動，在師生共同分析、共同分享過程中，引導(dǎo)學(xué)生初步經(jīng)歷科學(xué)探究學(xué)習(xí)，并在課堂上充分展示自己的思維發(fā)展過程，主動分享基礎(chǔ)實驗探究結(jié)果，達(dá)到初步培養(yǎng)學(xué)生基本實驗探究能力的目的。

（2）引導(dǎo)學(xué)生運用探究結(jié)論，主動分享原理生活理解

在前面基本探究基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生運用基本實驗探究結(jié)論，解決基本物理原理生活應(yīng)用課堂分享。

在《電磁鐵》課堂基本探究教學(xué)后，請學(xué)生分析生活中溫度報警器的原理。

當(dāng)前防疫用到的一種基本人體溫度自動報警器：在水銀溫度計中封入一段金屬絲，金屬絲另一端連接電磁繼電器電磁鐵，當(dāng)接觸溫度計的人體溫度超過正常值37℃時，報警器會自動報警。請結(jié)合原理簡圖簡述其工作原理。

學(xué)生上臺匯報自己的思維過程，主動闡述自己對電磁鐵應(yīng)用的理解。在基本探究原理過程中，學(xué)生基礎(chǔ)思維能力得到進(jìn)一步發(fā)展，為學(xué)生開展課后拓展探究做好準(zhǔn)備。

4.鼓勵學(xué)生課后拓展運用，全面培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力

利用STEM教育的工程活動，提升課后知識運用能力。課堂基本探究結(jié)束前教師要為學(xué)生課后繼續(xù)探究留下伏筆，布置課外應(yīng)用制作類作業(yè)，拓展課外實驗探究能力訓(xùn)練，鼓勵學(xué)生應(yīng)用知識創(chuàng)新制作解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

首先，教師根據(jù)探究學(xué)習(xí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生利用生活物品設(shè)計演示簡單制作，如制作簡易可控磁性強弱電磁鐵等。其次，啟發(fā)學(xué)生利用身邊物品完成老師堂上布置的拓展制作類作業(yè)，如創(chuàng)新制作生活溫度自動報警器等。最后，回歸到下節(jié)課前的自主匯報展示，學(xué)生課前演示自己制作的作品，共同分享物理知識生活應(yīng)用的體驗。

第二節(jié)課前的學(xué)生生活應(yīng)用創(chuàng)新制作展示令人驚喜：有學(xué)生利用藥瓶、電池、金屬線、導(dǎo)線等制成的生活溫度自動報警器；有學(xué)生用熱敏電阻代替水銀溫度計，將上述測溫反應(yīng)時間過長的水銀防疫人體溫度自動報警器，改裝為即時反應(yīng)的熱敏防疫人體溫度自動報警系統(tǒng)，提高了測溫的效率。

學(xué)生上臺分享的時間控制精確，重點展示匯報，演示效果明顯，匯報講解清楚，形成了良好的課堂教學(xué)氛圍。

5.回歸發(fā)展學(xué)生綜合能力，提高核心素養(yǎng)培養(yǎng)效率

STEM教育與物理教學(xué)整合的目的是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。創(chuàng)新運用所學(xué)物理知識解決應(yīng)用題并運用于生活，是培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑，更是自主探究能力提高的重要體現(xiàn)。教學(xué)中，必須回歸課程標(biāo)準(zhǔn)要求，加強學(xué)生綜合能力訓(xùn)練，結(jié)合生活應(yīng)用，開展課內(nèi)外創(chuàng)新解題應(yīng)用訓(xùn)練。此外，除了在課堂上讓學(xué)生完成探究解題及匯報分享外，布置學(xué)生動手完成課堂實例課后創(chuàng)新制作實踐作業(yè)是有效途徑。

（1）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課堂典型例題練習(xí)

課堂教學(xué)中，在完成課前5分鐘的上一節(jié)課后探究匯報基礎(chǔ)上，再引導(dǎo)學(xué)生完成一道對應(yīng)知識點的精選習(xí)題，鞏固課堂教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解題能力。例如，在完成《電磁鐵、電磁繼電器》課堂基本探究教學(xué)后，下一節(jié)課前布置學(xué)生完成課堂練習(xí)：

有人利用光敏電阻和電磁繼電器等器材，制成小區(qū)公園草坪夜晚自動照明工作燈，請你結(jié)合設(shè)計圖說明草坪燈工作原理。（中考題）

（2）啟發(fā)完成課后拓展創(chuàng)新應(yīng)用制作

完成課堂練習(xí)后，啟發(fā)學(xué)生完成相應(yīng)課后創(chuàng)新應(yīng)用制作。將上述題目進(jìn)行課后拓展，要求學(xué)生利用家庭生活電路器材完成簡單類的應(yīng)用制作，并在下節(jié)課前和同學(xué)、老師演示分享。

結(jié)果，學(xué)生有的制作了民居夜晚噪聲污染自動報警器，有的制作了防汛水位自動報警器。學(xué)生不僅加深了對課程標(biāo)準(zhǔn)的理解，更懂得創(chuàng)新應(yīng)用解決實際問題，提高了科學(xué)探究素養(yǎng)，發(fā)展了自主創(chuàng)新能力，學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)達(dá)到更高層次。

綜上所述，運用STEM教育，實施創(chuàng)新科學(xué)探究模式教學(xué)，學(xué)生主動參與探究學(xué)習(xí)，主動創(chuàng)新運用，自主探究能力大大加強，學(xué)科核心素養(yǎng)全面提高，逐步走向創(chuàng)新發(fā)展，有效實現(xiàn)新課程全面育人目標(biāo)。

注：本文系廣東省教育科學(xué)規(guī)劃2022年度中小學(xué)教師教育科研能力提升計劃項目課題“新課程改革下的學(xué)生科學(xué)探究能力培養(yǎng)的行動研究” （課題編號：2022ZQJK003）的研究成果。

責(zé)任編輯 羅 峰