基于STEM理念的高中物理实验校本课程研究

(江苏省姜堰中学，江苏 泰州 225500)

STEM教育是通过科学、技术、工程、数学等多学科融合，关注最新技术及其实践的应用，培养学生能够应用跨学科知识综合解决实际问题，成长为复合型创新人才。《普通高中物理课程标准(2017年版)》聚焦学生学科核心素养的培养，为了进一步发挥学生学习主体作用，引导学生主动探究，提高学生创新能力，同时为打破教师专业发展瓶颈，促进教师和学生的共同主动发展，我校开发了基于STEM理念的高中物理实验校本课程，取得一定成效。

1 校本课程开发的宗旨

开发基于STEM理念的高中物理实验校本课程的宗旨如下：

(1) 研究高中物理实验的教育教学价值，提升学生的核心素养，促进教师实验指导、创新能力的提升，促进学生学习方式的变革，培养学生合作学习、探究学习的习惯。

(2) 探索高中物理实验多元化教学模式和评价体系，引领教师改变传统的教学习性，培养学生探究精神和创新能力。

(3) 探索运用课外实验促进学生水平提升的途径，提高学生实验设计和创新能力，促进学生主动发展。

(4) 探索高中物理实验教学的创新途径，形成具有鲜明特色的物理实验校本课程，促进物理实验教学水平的显著提高。

2 校本课程的构建与实施

2.1 依托信息技术，开发数字化实验

课题组成员将物理课本实验内容进行拓展延伸，开发更多的物理实验资源，将数字化实验设备应用到物理实验教学中来。如，传统教学中“牛顿第二定律”实验比较繁琐，但是使用力传感器后，有效地突破了教学难点：合力的测定，化繁为简，明显地降低了实验难度，提高了学生学习物理的兴趣。

2.2 做实课本的拓展性实验

我们根据教材内容，对学生进行社会调查方面的指导，有计划地组织学生进行社会调查，如“桥梁中的力学原理”“自行车力学原理”“航天科技中的物理知识”“电磁感应在汽车上的实际应用”等，并对学生提交的拓展性实验报告按照等级进行评比，进一步激发学生做好课本拓展性实验的兴趣。

2.3 面向未来教育，开发工坊实验课程

我们以“趣玩—智造—思创”的教学框架为基础，在实现培养学生创新意识、动手能力和项目学习能力的同时，致力于打造面向未来的个性化特色校园文化，积极开展工坊实验课程，不是在传统的教室上课，而是在充满如木板、锉刀、电线、电路板、芯片等工坊里实验与创造。物理学科设置了不同主题的工作坊，让学生在规定时间内自主完成他们感兴趣的、和生活相关的项目，在实验过程中掌握各种跨学科的知识，分享在创新实验中的体会。

2.4 开发和地方资源相结合的应用性实验

我们充分发挥地方资源独特优势，突出文化建设，努力挖掘专题场馆、项目资源、乡土资源等，使之成为培养学生爱好与特长、培育学生核心素养的重要平台。如在溱湖国家湿地公园挂牌成立了“开放实验室”课外实践基地，并开展温度、湿度、饱和汽与未饱和汽等多样性的研究。

2.5 开发和日常生活相结合的生活化实验

让学生把校内学习与社会、家庭中的学习结合起来，培养学生的科学理性和实践创新精神。物理社团开展了以“探究生活中科学原理”为主题的综合实践活动，选取与日常生活中的物理相关的多个主题，重在学生的亲身体验、操作，丰富学生的生活经验。

2.6 开发符合学生兴趣和特长需要的个性化实验

我们利用周末举办物理实验室开放日活动，教师根据学生知识状况和能力发展需要，指导活动计划。研究内容从验证性走向探究性、从课本走向生活，实验设计由单一走向开放，实验手段由传统走向数字化，如“纸质桥梁制作”“用DIS研究平抛运动”“太阳能发电并离网技术”等。

3 校本课程开发过程中教师的收获

3.1 丰富了“探究精神，创新能力”的思想内涵

“探究精神，创新能力”的培养是物理教学的核心，基于STEM理念的高中物理实验校本课程坚持以“促进有效教学”为价值追求，以“提升学生学习能力”为目标，着力打造科学合理的新型课堂教学模式。学生学习效率的提高和学习能力的增强是“探究精神和创新能力”培养的必然结果，“创新实践”的主要学习方式是探究式学习，其创新的程度决定着学生学习效率和能力的高低。教师给学生足够的时间和空间，使学生放开探究、质疑、展示，体现真正的开放。但教师的放开绝不是放任不管，教师适时地调控和引领能让学生的学习更有效。

3.2 探索出实践育人的基本范式

3.2.1 增强内需，变他主为自主

传统教学以教师讲授式为主，学生参与度不高，不利于学生创新能力的培养。创新实践重视学生的主动探究和发现，教师发挥主导作用、是引导者，学生是发现者、学习的主人。开展形式多样的物理实验活动，开拓了学生视野，激发了学生学习的兴趣和内驱力；将演示实验改为分组实验，增加学生动手的机会，增强了学生学习的主动意识和效能感。

3.2.2 自由组合，从单干到合作

采用组内合作、组间竞争的方式进行教学，以培养学生团队协作的精神，构建学习共同体。小组合作学习可弥补分组实验中学生个体能力不足的缺陷，通过小组合作探究的形式能提升学生问题解决的能力，学生在小组学习中学会交流与合作，体验科学研究的过程。

3.2.3 问题引领，变验证为探究

教师的教学设计必须要优先考虑学生的“探究”与“发现”。教师将多个验证性实验改成探究性实验，让学生人人参与，亲身体验发现过程。让学生由过去的被动式学习变成了现在的主动探究式学习，在获得更多情感体验的同时培养批判性思维能力，提高分析、解决问题的能力。

3.3 促进了物理实验教学方式的变革

STEM理念下的物理实验教学要求教师“放开、放手、放心”，学生“学会、会学、乐学”，生成“主动、互动、灵动”的开放课堂。开放课堂包括教学情境、教学时空、教学方式、教学评价的开放。以教学情境开放为先导，激发学生积极思考，形成问题意识；以开放教学方式为手段，变接受式学习为发现式学习，激发学生探究热情和活力；以开放教学时空为条件，把课堂教学的时间和空间向外拓展，让学生自主建构逻辑化的知识网络；教学评价的开放让教师在教学过程中，从学习动机、态度、兴趣、方法、能力、进步程度等视角，对学生进行全方位、多元化评价，让每个学生都能获得学习的满足感、愉悦感和成功感，促进学生主动发展和差异发展。

3.4 促进了教师的专业发展，提升了校本教研的质量

近几年，通过开发高中物理实验校本课程，学校物理教师实验技能得到进一步提高，教学水平明显增强，多名物理教师获省级奖或成为省、市级教学骨干。课题组开发了具有我校特色的高中物理实验教材：《生活中物理元素》(上册、下册)、《高中物理拓展性实验》、《高中物理学史》等，课题组主持的多项省市级课题顺利结题，并被评为优秀课题。

4 校本课程开发过程中学生的收获

4.1 优化了学习方法，促进了主动发展

借助创新实践活动，开设形式多样的趣味实验，让学生大开眼界；将演示实验改为学生分组实验，让学生亲身体验到实验的乐趣，以趣激学；引导学生关注生活，在观察、体验与思考中发现、提出问题，激发了学生的学习兴趣和探究精神，增强了学生的责任感，变被动参与为主动探究，变机械模仿为主动创新。问卷调查显示：95%的学生对STEM理念下物理实验比较喜欢，88.7%的学生认为自己体验到了活动过程中的艰辛与快乐。

4.2 开放了学习时空，改进了学习方式

STEM理念下物理学习以自主、探究、合作为主要学习特征，学生有了活动与创造的时间，学生乐于发展；学生有了思维的空间，学生能够发展；学生有了自主的权利，学生主动发展。通过校本课程的开发，学生能够变注重学习结果为注重学习过程，变接受式学习为探究式学习，做学习的主人。“制作马铃薯电池”等活动使学生从分科的学习走向综合的学习，“静电除尘仪器”等的制作使学生从被动接受走向主动建构知识。学生在活动中学习与思考，在活动中总结与提高。

4.3 开展了创新实践，提高了核心素养

“探究精神，创新能力”是对课堂教学的延续、扩展和加深，能最大限度地发挥实验资源效益，为学生提供创新实践和主动发展的空间，有利于培养学生的创新思维能力。通过校本课程中的活动，学生获得了亲身参与研究探索的情感体验，增强了创新实践的责任心和使命感，养成了合作交流与分享等良好品质习惯，训练了获取信息、分析信息的能力，培养了观察能力、分析能力、创新能力。调查中显示：91.4%的学生认为我校开设的物理实验校本课程有利于他们了解科学研究的一般过程，86.3%的学生认为有利于培养自己的创新精神与实践能力。

4.4 提升学生探究精神，提高了学生的创新能力

近几年来，我校每年均有40多名学生在省奥林匹克物理、科技竞赛中获奖。2015年我校学生研制的“家用太阳能智能并离网发电系统”获第20届江苏省青少年科技创新科技成果一等奖，“人体感应声光警示可伸缩路锥”等多项成果获省新科技成果二等奖。2016年学生创新作品“便携式测量数据记录器”获江苏省第25届科技竞赛二等奖。2017年课题组作品“植根乡土开放实验科技活动方案”获江苏省第26届科技竞赛二等奖。

5 校本课程开发的反思

5.1 校本课程开发的不足

本课程开发，也存在以下不足：一是项目研究成果推广的深度和广度不够。二是项目研究对师生的量化评价、质性评价落实还存在较大困难。项目组在评价时侧重学生的参与过程及作品展示的评价，仍缺少一套科学的、系统的师生评价体系。

5.2 校本课程开发的深化

今后，校本课程的开发改进措施如下：一是聚焦核心素养的培养，丰富研究内涵。项目组将进一步精选、重组教学内容，设计教学活动，切实引导物理教学更加关注学科思想与思维方式融合，培养学生核心素养。二是践行“跨界融合”理念，开拓实验课程研究新路径。本项目今后将通过前沿的科研问题，开展跨学科的实践活动，融合人与装备，融合教师、学生、内容、环境之间关系，融合教育共治、多边互动、虚拟与现实等，逐步形成智慧学习大环境，开展泛在学习和智能化学习。三是打造“创新梦工厂”，促进“探究精神，创新能力”发展升级。下阶段本项目组打算为学生提供“创意设计、实体加工、项目学习、个性制造、专题研究”之空间，进一步践行STEM理念，打造“创新梦工厂”，寻求实验教学新的创新和突破。四是实施项目化学习，促进物理教与学方式的变革。下阶段我们将引导学生自我规划、自己动手完成与生活、社会相关的项目性学习，努力把学生培养成具有良好人格品性、较强执行能力、较好思维品质、较深创造潜能的新时代人才。