基于“STEM”理念的高中物理实验校本化探索与实践

摘要：科技创新与社会发展需要复合型创新人才.践行STEM课程理念，立足学生的主动发展，通过开发数字化实验，做实课本知识的拓展性实验，开展工坊实验，开发与地方资源相结合的应用性实验、日常生活相结合的生活化实验，开发符合兴趣和特长需要的个性化实验等，构建与实施高中物理实验校本化课程，促进师生共同发展，培养复合型创新人才.

关键词：STEM理念；高中物理实验；校本化课程；创新能力培养

作者简介：鲁世明（1968-），山东龙口人，教育硕士，中学正高级教师，研究方向：物理学科教学.

“人”是教育的出发点，也是教育的归宿.STEM教育是通过科学、技术、工程、数学等多学科融合，在看似“杂乱无章”的环境中，关注最新技术及其实践的应用，培养能够综合应用多学科知识解决实际问题的复合型创新人才.近年来我国也开始重视STEM教育，以提高学生的科学素养与创新能力.普通高中新课程标准聚焦学生学科核心素养培养，为了给学生提供合适的教育，进一步发挥学生学习主体作用，引导学生主动探究，促进学生将学习与实践有机結合，提高学生创新能力，为每一个学生未来发展提供更大空间和更多可能，同时为打破物理教师职业发展瓶颈，进一步促进教师和学生的主动发展，我校践行国家课程校本化，开发了基于STEM理念的高中物理实验校本化课程，取得了一定成效.

1校本化课程开发的宗旨

开发基于STEM理念的高中物理实验校本化课程，拟在现代教育思想的引领下，践行STEM课程理念，立足学生的主动发展，通过高中物理实验教学的创新研究，探索高中物理实验教学的新途径，促进物理实验教学中学生学习方式和教师教学方式的根本性转变，该课程开发的目标是：（1）探索研究高中物理实验的教育价值，实施情感、态度、价值观教育.提升物理教师实验教学的教育价值理念，提升学生的意志品质和科学素养；（2）探索研究高中物理实验的教学价值，促进教师实验指导、实验开发能力的提升，促进学生学习方式的变革，培养学生自主学习、合作学习、探究学习的习惯；（3） 探索研究多元化高中物理实验教学模式和评价体系，引领教师教学方式和评价方式的变革，树立重视学生本位、重视科学探究的物理实验教学观，改变传统的教学习性，培养学生探究精神和创新能力；（4）探索研究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开发能力，促进学生主动发展；（5） 探索形成促进学生主动发展的高中物理实验教学的创新途径，促进学校物理实验教学水平的提高，形成具有我校特色的物理实验教学校本课程.

2校本化课程的构建与实施

21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，开拓更多的实验资源，将尽可能多的数字化实验应用到课堂教学中来.如传统教学中牛顿第二定律实验比较复杂，但是使用数字化传感器后，有效地突破了教学难点，变抽象为直观，明显地激发了学生学习物理的兴趣.

2.2做实课本知识的拓展性实验

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、有组织地进行社会调查，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200多份拓展性实验报告按照等级进行了评比，进一步激发学生做实课本拓展性实验的兴趣.

23面向未来教育，开展工坊实验课程

我们以“趣玩—智造—思创”的教学体系框架为基础，在实现培养学生创新意识、动手能力和项目学习能力的基础教育目标的同时，致力于帮助学校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，不是在桌椅整齐的教室上课，而是在充满木板、锉刀、画笔、电线、电路板、芯片，以及丰富的教育科技产品的工作坊里创造.物理学科设置了不同主题的工作坊，在规定时间内完成主题创造，注重学习的过程，让学生自己动手完成他们感兴趣的，并且和他们生活相关的项目，从过程中学习各种学科以及跨学科的知识.在工坊实验中分享制作过程，敢于让学生们犯错，让他们尝试不同的想法，让学生学会听取不同的观点.

24开发与地方资源相结合的应用性实验

充分发挥地方资源独特优势，突出文化建设，努力挖掘历史资源、专题场馆、项目资源、乡土资源等，为培养学生的兴趣、爱好、特长、专业、职业，使之成为培育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.

25开发与日常生活相结合的生活化实验

让学生把学校中的学习与社会、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“走进生活”为主题的综合实践活动，选取与生活中的物理有关的多个主题，重在学生的亲身体验、实际操作，为学生接触真实世界获得直接经验.

26开发符合兴趣和特长需要的个性化实验

利用周末时间举办物理实验室开放日活动，开放日活动做到“四有”，即有计划、有时间、有内容、有指导.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技术研究平抛运动”“太阳能发电并离网技术”等.

3校本化课程开发过程中的教师收获

31丰富了“探究精神、创新能力”的内涵

“探究精神、创新能力”的培养是物理教学的核心.基于STEM理念的高中物理课程校本化坚持以“促进有效教学”为价值追求，以“提升学生学习能力”为目标，着力打造更加科学合理的新型课堂教学模式.组织形式的开放，可全面建构师生、生生、师生加专家等形式的学习共同体；通过开放的教学情境，让学生涌动问题意识，解放学生的口，学生敢问善问；开放的教学时空，让学生创新知识建构的方式；开放的教学方式，让学生释放探究活力，解放学生的脑，学生勤思善思；解放学生的手，学生想做能做；开放的教学评价，对学生进行全方位、多元化的综合评价，促进学生的差异化发展.

32探索出实践育人的基本模式

321增强内需，变他主为自主

传统教学以讲授式为主，学生参与度低，主动思维少，不利于创新型人才的培养.创新实践教学以学生的主动探究和主动发现为主，学生是学习的主人，教师在教学过程中起主导作用，教师是引导者，学生是发现者.借助多种物理实验活动，开设形式多样的实验，开拓学生视野，激发学习的内驱力；将演示实验改为分组实验，增加学生动手的机会，让学生做中思、做中学、做中悟，增强了学生学习的主动意识和学习效能感.

322自由组合，从独立到合作

通过组内合作、组间竞争的方式进行教学，以培养学生的团队协作的精神，构建学习共同体.分组实验中由于学生的实验能力的缺失和实验观察缺乏系统性，小组合作学习可弥补这种缺陷.在进行研究性学习时，由于个人所能接触或关注的资料或问题较少，通过小组合作探究的形式能提升解决问题的能力.学生在小组学习中学会合作、分享，体会科学研究的过程.

323问题引领，变验证为探究

教师的教学设计必须首先要考虑学生的“探究”与“发现”.教师将本节课的教学目标进行拆解，设计出若干小问题，以便于推进课堂教学；将验证性实验重新设计成探究性实验，让学生积极参与、分组讨论，最后通过实验来验证猜想.让学生由过去的被动应付式变成了现在的主动探究式，养成批判性思维，提高分析问题的能力，获得更多的情感体验.

33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.开放课堂是指 “教学情境”的开放、“教学方式”的开放、“教学时空”的开放、“教学评价”的开放.以教学情境开放为先导，引发学生问题意识的涌动，使情境成为激发学生思考、涌动问题意识的土壤；以开放教学方式为手段，变固化的教学流程为灵活的探究活动；变接纳式学习为发现式学习，激发学生探索热情，释放探究活力；以教学时空的开放为条件，把课堂教学的时间向课前课后延伸，空间向教室外拓展，创新知识建构方式，让学生自主建构起结构化的、逻辑化的知识网络.

34促进了教师的专业发展，提升了校本教研的质量

2016年8月，学校专门组织物理青年教师进行实验技能比赛，强化对实验技能的掌握运用；2017年课题组教师面向全市开设基于“探究精神、创新能力”的开发课程公开课，获得在场教师的高度评价；近两年多名物理教师获省级奖或成为省市级教学骨干.课题组开发形成具有姜中特色的高中物理实验课程：《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》（热、力、光、电）等；课题组主持的《促进学生主动发展的高中物理实验教学创新研究》等多项省市级课题结题并被评为优秀课题.

4校本化课程开发过程中的学生收获

41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；将演示实验改为分组实验，让学生亲手操作体会到实验的乐趣，以趣激学.引导学生关注身边的事物，在观察、体验与思考中发现问题、提出問题，激发了学生的学习热情和探究的欲望，增强了学生的投入意识和责任感，变被动听讲为主动参与，变刻板模仿为大胆创新.问卷调查显示：95%的学生对STEM理念下的物理实验比较喜欢，887%的学生认为自己体验到了活动过程中的艰辛与快乐.

42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，学生从大量机械重复练习中解放出来，学生有了活动的时间，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，形成主动发展氛围.

通过基于STEM理念高中物理实验校本化课程的开发，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.“马铃薯能否做电池”等活动从分科的学习走向综合的学习；“溱湖湿地”“神十筑梦”等活动从依赖教师的学习走向以学生为主的学习；“静电除尘装置”等从被动地接受走向主动建构知识.学生在活动中学习，在活动中思考，在活动中总结提高.

43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自我发展的空间，有助于培养学生的创造性思维.学生在与自然、生活、社会的接触中，常会对特定的情景仔细观察，提出探究的问题，形成探究的思路，自己设计实验，探索解决问题的途径.

通过基于STEM理念的高中物理实验校本化教学活动，学生获得了亲身参与研究探索的情感体验；增强了对社会的责任心和使命感；养成了合作分享、积极进取等良好品质；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.调查显示：914%的学生认为物理校本化课程有利于他们了解科学研究的一般过程，823%的学生认为有利于培养创新精神与实践能力，提高了核心素养.

44提升学生探究精神，提高了学生的创新能力

近两年来，2016、2017年我校每年均有40多学生获省奥林匹克物理、科技竞赛一、二、三等奖.2015年我校学生研制的“家用太阳能智能并离网发电系统”获第二十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”和 “红绿灯翻转模拟系统”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” 荣获江苏省第26届科技竞赛二等奖；学生创新作品“丁达尔现象演示与应用” 荣获江苏省第五届青少年发明家评选活动二等奖.

5校本化课程开发的反思

51校本化课程开发的不足

本课程开发，取得了一定成果的同时，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.课程开发的实施与当前中学教学的矛盾主要表现在两个方面，其一是探究活动的耗时性与课堂教学实效性的矛盾，其二是探究活动的个性化学习与班级授课制的矛盾.这些矛盾限制了项目推广的深度和广度.

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.在研究过程中，项目组通过“做中学，学中做”转变教师教学方式和学生学习方式，在评价时侧重学生的参与过程及作品展示过程，但仍缺少一套科学的、系统的师生评价手段.

52校本化课程开发的深化

本课程开发需要进一步深化，今后具体操作改进如下.

521聚焦培养核心素养，丰富研究内涵

2017年教育部对普通高中课程标准进行了修订，各学科凝练提出了本学科的核心素养，下阶段项目组将聚焦培养学生核心素养，精选、重组教学内容，设计教学活动，切实引导物理学科教学在传授学科知识过程中，更加关注学科思想、思维方式，把立德树人根本任务落到实处.

522践行“跨界融合”理念，开拓研究新路径

本项目在下阶段研究过程中，将践行“跨界融合”的实验教学理念，通过前沿的科研问题，增强学科间的横向联系，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、虚拟与现實等，逐步形成智慧学习环境，支持泛在学习和智能化学习.

523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在保持传统的基础之上，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”，并以此为载体，突破单一学科的限制，整合资源，跨界融合，不断寻求实验教学的创新和突破.

524实施项目化学习，促进物理教与学方式的新变革

项目化学习是以问题解决为归宿，以跨学科学习为课程，以合作探究为目标的学习模式，下阶段我们将进行物理教与学方式的新变革，引导学生自我规划、自主学习、独立思考、独立研究，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质、较强执行能力、较好思维品质和较强创造潜能的新时代人才.

参考文献：

[1] 黄璐、裴新宁科学理性主义视野下的STEM教育思考：知识融通 [J].比较教育研究，2018（6）：27-34.

[2] 刘烨STEM理念下的物理创新实验校本课程开发和研究 [D].上海：上海师范大学，2017.