摘要：在新一輪科技革命背景下，培養(yǎng)具備創(chuàng)造力、批判性思維、解決真實問題能力的學(xué)生已經(jīng)成為現(xiàn)階段教育的重中之重.《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中明確提出了“跨學(xué)科實踐主題”這一學(xué)習(xí)要求，旨在引領(lǐng)學(xué)生通過跨學(xué)科學(xué)習(xí)，學(xué)會運用多個學(xué)科知識分析問題、解決問題，并從中實現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展.文章簡述了STEM教育的內(nèi)涵與特征，結(jié)合課堂教學(xué)實踐，針對STEM教育下課堂教學(xué)方案的設(shè)計展開探究，以期為一線教育工作者提供借鑒與參考.

關(guān)鍵詞：STEM；初中物理；跨學(xué)科；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G632文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2025）08-0104-03

收稿日期：2024-12-15

作者簡介：金俊杰，本科，一級教師，從事初中物理教學(xué)研究.

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）作為現(xiàn)階段課堂教學(xué)的綱領(lǐng)性文件，立足于物理學(xué)科的特點，確立了物理核心素養(yǎng)的人才培養(yǎng)目標(biāo).在這一背景下，教師在開展課堂教學(xué)時，不僅要聚焦學(xué)科知識的傳授和技能的訓(xùn)練，還應(yīng)引領(lǐng)學(xué)生在體驗實驗探究的過程中促進實驗探究能力、問題解決能力的全面發(fā)展.STEM教育理念和《課程標(biāo)準(zhǔn)》所倡導(dǎo)的理念不謀而合，更加關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)新能力、問題解決能力、實踐能力等，旨在提升學(xué)生的綜合素養(yǎng).因此，面對物理核心素養(yǎng)的教學(xué)要求，基于STEM教育的內(nèi)涵，重塑物理課堂教學(xué)新生態(tài)，已經(jīng)成為當(dāng)前課堂教學(xué)的重中之重.

1STEM教育內(nèi)涵解析

源于美國的STEM教育理念，使得教學(xué)不再局限于某一個學(xué)科，而是一種綜合性的教學(xué)觀念.筆者結(jié)合以往學(xué)者的研究，認為STEM教育立足于數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)和工程學(xué)科知識，充分體現(xiàn)了協(xié)作性、綜合性、設(shè)計性、趣味性、實踐性等特點.筆者以貼近現(xiàn)實的探究任務(wù)作為驅(qū)動，指導(dǎo)學(xué)生在實踐中建構(gòu)知識，在運用知識解決問題的過程中促進高階思維能力、創(chuàng)新能力、跨學(xué)科綜合能力的全面提升，真正落實核心素養(yǎng)下的人才培養(yǎng)目標(biāo)[1].

鑒于STEM教育的內(nèi)涵，該教學(xué)模式主要具備以下幾個特征：（1）跨學(xué)科性.STEM教育將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個學(xué)科內(nèi)容整合到一起，具備跨學(xué)科綜合性.這一特點意味著教師在開展課堂教學(xué)時，不能將全部注意力和精力都投入某一個學(xué)科中，而是要打破學(xué)科之間的界限，圍繞某一個具體的問題，將這四個學(xué)科知識聯(lián)系起來，使得學(xué)生站在全局的角度分析問題，解決實際問題.（2）情境性.在STEM教育理念下，教師在設(shè)計課堂教學(xué)方案時，并非將抽象、孤立的知識直觀地呈現(xiàn)出來，而是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)出具備趣味性、挑戰(zhàn)性、生活性的問題，使得學(xué)生在情境中掌握學(xué)科知識的建構(gòu)，促進知識遷移能力的提升[2].（3）體驗性.STEM教育極具體驗性，主張學(xué)生在動手、動腦等活動中獲得原本抽象的知識，并在獲取知識的過程中經(jīng)歷親身參與和體驗問題分析、解決等過程，最終在體驗學(xué)習(xí)中獲得綜合性發(fā)展.（4）趣味性.STEM教育中，教師在為學(xué)生設(shè)計情境時，常常會選擇有趣、有挑戰(zhàn)性的問題，并融合多門學(xué)科知識.同時，教師所設(shè)計的問題常常能夠激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在動機，可促使學(xué)生產(chǎn)生強烈的探究欲望.（5）協(xié)作性.協(xié)作貫穿STEM教育始終，在收集和分析學(xué)習(xí)資料，提出假設(shè)、驗證假設(shè)，評價學(xué)習(xí)成果中都離不開師生之間、生生之間的討論、交流等.

2STEM教育理念下初中物理課程教學(xué)實踐探究筆者以八年級上冊第五章《透鏡及其應(yīng)用》教學(xué)為例，展開深層次探究.

2.1教學(xué)準(zhǔn)備階段

有效教學(xué)離不開高質(zhì)量的教學(xué)準(zhǔn)備工作.在基于STEM教育理念構(gòu)建物理課堂教學(xué)方案時，應(yīng)對教材內(nèi)容、學(xué)生的實際情況展開深層次解讀，并聚焦物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，確定具體的STEM教學(xué)目標(biāo).在《透鏡及其應(yīng)用》這一章的STEM教學(xué)活動開展之前，教師應(yīng)遵循上述原則，做好充足的準(zhǔn)備工作.

2.1.1研究教學(xué)內(nèi)容及課程標(biāo)準(zhǔn)

就人教版物理教材來說，本章共包括5節(jié)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容安排契合了讓學(xué)生從生活現(xiàn)象到物理研究的學(xué)習(xí)規(guī)律，和初中生的認知發(fā)展區(qū)相吻合.同時，根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，本章教學(xué)應(yīng)要求學(xué)生做到四個了解、一個探究、一個意識.其中，四個了解主要包括：凸透鏡和凹透鏡對光的作用、凸透鏡成像規(guī)律和應(yīng)用、人眼球成像原理、近視與遠視形成原因和矯正方法；一個探究主要是指探究凸透鏡成像規(guī)律；一個意識是養(yǎng)成科學(xué)用眼的意識.

2.1.2分析學(xué)生基本學(xué)情

學(xué)生剛剛接觸物理兩個月時間，能夠初步感受到物理的趣味性和實用性，基本上熟悉了一些物理學(xué)習(xí)方法，但是，學(xué)生的觀察能力、分析和表達的能力相對比較弱，仍然需要進一步訓(xùn)練.

2.1.3確定STEM教學(xué)任務(wù)

鑒于STEM教育的內(nèi)涵，為了培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑探究、協(xié)作溝通、批判創(chuàng)造等素養(yǎng)，教師基于教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生設(shè)計了“制作望遠鏡”的STEM教學(xué)任務(wù).在這一教學(xué)活動中，科學(xué)（S）涉及物理學(xué)科中有關(guān)凸透鏡成像、視角、力學(xué)等知識點；技術(shù)（T）體現(xiàn)在物鏡和目鏡設(shè)計、望遠鏡鏡頭分析、草圖設(shè)計、選材制作、精良改進等；工程（E）以工程項目作為載體，制作鏡筒、組裝鏡頭；數(shù)學(xué)（M）體現(xiàn)在物鏡和目鏡焦距長短關(guān)系、物鏡和目鏡焦點位置關(guān)系的分析.

2.1.4確定教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合上述分析結(jié)果，鑒于八年級學(xué)生的認知發(fā)展水平，就將“制作望遠鏡”STEM教學(xué)目標(biāo)確定為：①科學(xué)目標(biāo)：掌握凸透鏡成像規(guī)律、知識和應(yīng)用；了解凸透鏡的使用及成像規(guī)律；基于探究學(xué)習(xí)體會科學(xué)是人類創(chuàng)造的基礎(chǔ).②技術(shù)目標(biāo)：能科學(xué)選擇望遠鏡鏡頭；能正確組合兩個凸透鏡；能體會到物理知識在工具設(shè)計和制作中的決定性作用.③工程目標(biāo)：能根據(jù)設(shè)計圖，科學(xué)選擇材料、工具，對工程中遇到的問題進行解答.④數(shù)學(xué)目標(biāo)：運用數(shù)學(xué)知識分析、判斷、解決問題；結(jié)合數(shù)學(xué)知識記錄數(shù)據(jù)，計算圓的周長；體驗數(shù)學(xué)知識的實用性，感悟數(shù)學(xué)知識在定量設(shè)計中的作用.

2.2實施教學(xué)過程

在STEM教學(xué)中，教學(xué)過程是達成教學(xué)目標(biāo)的必經(jīng)階段，也是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑.鑒于此，教師必須突破傳統(tǒng)教學(xué)組織形式的束縛，堅持以生為本的理念，指導(dǎo)學(xué)生在合作探究、動手實踐中開展學(xué)習(xí).在“制作望遠鏡”的STEM教學(xué)中，教師從引入、探究、解釋、設(shè)計、拓展和評價六個維度，對其進行如下設(shè)計.

2.2.1引入

這一階段是教學(xué)活動的初始環(huán)節(jié)，主要是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)出與學(xué)生認知發(fā)展區(qū)相契合的教學(xué)情境，以此喚醒學(xué)生學(xué)習(xí)動機，或引發(fā)學(xué)生的認知沖突，使其在情境的驅(qū)動下，積極主動參與到學(xué)習(xí)中.在本次STEM教學(xué)中，教師以嫦娥仙子在廣寒宮中翩翩起舞為切入點，向?qū)W生闡明科學(xué)家早就利用儀器觀測到月亮的表面，并將其呈現(xiàn)在學(xué)生面前，向?qū)W生提出問題：你知道科學(xué)家是利用什么儀器觀測月球的嗎？接著，教師又為學(xué)生呈現(xiàn)《亮劍》中“團長李云龍潛伏在草叢中拿著望遠鏡觀察敵軍動向”的視頻，引導(dǎo)學(xué)生猜測李團長通過望遠鏡觀察到的物體是真實的還是物體的像.這一情境極具趣味性，和學(xué)生真實的生活經(jīng)驗相契合，可激發(fā)學(xué)生的探究熱情，喚醒其內(nèi)心驅(qū)動力，使其快速進入探究學(xué)習(xí)中.

2.2.2探究

在STEM教學(xué)中，本階段是核心，學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動下，基于教師的引導(dǎo)，立足于自身已有的知識和經(jīng)驗作出必要的假設(shè)并開展實驗求證.在本次STEM教學(xué)中，教師聚焦探究問題，為學(xué)生搭建了適合其認知水平的三個探究任務(wù)：①通過望遠鏡看到的物體是真實的物體還是物體的像？②望遠鏡成的像和實際物體之間的大小關(guān)系如何？③望遠鏡是不是將被觀測物體和人之間的距離縮短了？接著，教師為學(xué)生展示望遠鏡圖片，引領(lǐng)學(xué)生初步感受望遠鏡成像的特點，指導(dǎo)學(xué)生以小組為載體，在任務(wù)的驅(qū)動下，結(jié)合凸透鏡成像的知識，通過改變焦點位置、物距和像距之間的距離，針對成像特點進行分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計出望遠鏡能夠清晰觀測到遠處物體的光路圖，進而完成望遠鏡原理圖的設(shè)計.

2.2.3解釋

解釋是這一教學(xué)活動中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要是引領(lǐng)學(xué)生分組闡述整個探究過程和探究學(xué)習(xí)結(jié)果，指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己的理解闡述其對概念的認知.在本次STEM教學(xué)中，教師指導(dǎo)學(xué)生以小組為載體，圍繞整個探究學(xué)習(xí)過程進行總結(jié)，在利用望遠鏡對物體進行觀察時，遠處的物體貼近鏡片，物鏡相當(dāng)于照相機，使得遠處的物體在右側(cè)焦點成倒立、縮小的實像；目鏡如同放大鏡，使左焦點附近的實像成正立放大的虛像.

2.2.4工程

在這一環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)先指導(dǎo)學(xué)生明確設(shè)計原理，引領(lǐng)學(xué)生利用提供的材料開展制作和改進.在本次STEM教學(xué)活動中，教師為學(xué)生提供了凸透鏡、紙板、PVC管、膠帶、熱熔膠等材料，指導(dǎo)學(xué)生以小組為載體，親自動手制作望遠鏡.同時，教師做好巡視工作，面對束手無策的學(xué)生，教師應(yīng)對其進行鼓勵和幫助；面對在制作中焦點位置、焦距關(guān)系處理不恰當(dāng)?shù)膶W(xué)生，應(yīng)對其提供必要的指導(dǎo)和幫助，確保每一個小組都能順利完成任務(wù).

2.2.5拓展

這一環(huán)節(jié)是在學(xué)生探究的基礎(chǔ)上，提出新的任務(wù)，引導(dǎo)其開展更深入的探究學(xué)習(xí)，進而形成全新的方案.在本次STEM教學(xué)中，教師在學(xué)生現(xiàn)有的探究學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，再次向?qū)W生提出問題：老師有一個疑問，望遠鏡成縮小的像，但是為什么看起來好像是變大了呢？接著，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合爬完山回去的經(jīng)歷，在回頭望時發(fā)現(xiàn)山變得越來越小，直至消失不見.這種現(xiàn)象是不是因為伴隨著人的遠離，山逐漸變小了.之后，指導(dǎo)學(xué)生再次開展探究，使得學(xué)生明白一個物體能否被看見，是由物體的大小和人眼之間的距離共同決定的.

2.2.6評價

這是教學(xué)活動中最后一個環(huán)節(jié)，主要是給小組提供展示的空間和機會.在小組展示的過程中，師生雙方圍繞教師所提供的評價量表展開自我評價、相互評價等，最終在評價中進行完善與發(fā)展.在本次STEM教學(xué)活動完成之后，教師指導(dǎo)學(xué)習(xí)小組圍繞制作的望遠鏡進行展示、評比，引領(lǐng)學(xué)習(xí)小組針對制作過程中面臨的困難進行總結(jié).

3結(jié)束語

綜上所述，STEM教育理念契合了《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，倡導(dǎo)學(xué)生在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)中完成知識的建構(gòu)以及綜合素養(yǎng)的發(fā)展.鑒于此，初中物理教師必須突破傳統(tǒng)教學(xué)理念的束縛，基于STEM教學(xué)的內(nèi)涵，科學(xué)確定STEM教學(xué)主題，設(shè)計教學(xué)目標(biāo)，組織教學(xué)活動，使得學(xué)生在STEM引領(lǐng)下積極主動參與課堂探究學(xué)習(xí)，促進物理核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展.

參考文獻：

［1］ 周曉霞.基于STEAM教育理念的初中物理教學(xué)策略研究[J].學(xué)周刊，2024（17）：83-85.

[2] 夏語明.基于STEM理念的初中物理教學(xué)實踐研究：以“制作簡易密度計”為例[J].理科愛好者，2024（1）：58-60.

［責(zé)任編輯：李璟］