体现STEM理念的高中物理教学研究

摘 要：在传统的高中物理课堂上，教师的教学理念和教学方法比较保守，只是围绕教材的内容开展授课，忽略了培养学生的知识应用能力，使得学生不能运用所学到的知识处理遇到的问题，学生虽然拥有不错的物理考试成绩，但却无法学以致用。STEM教育是一种全新的教学方式，这种教学方式是把物理知识与真实情境相互融合，加强了学生的探究过程，对培养学生的物理学科素养起到积极作用，学生还能获得不错的学习体验。

关键词：STEM理念;高中物理;教学策略

STEM是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写，其中科学在于认识世界、解释自然界的客观规律;技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现与自然界的和谐共处、解决社会发展过程中遇到的难题;数学则作为技术与工程学科的基础工具。STEM教育对传统教学模式产生了极大的冲击，它的教育理念是重视学生的知识应用能力，使学生能够把掌握的知识在实际中运用。这种教育模式能够有效地把物理理论与实践活动融合在一起，可以为社会培养更多复合型的高素质人才。

一、高中物理课堂教学实施STEM理念的困境

（一）教师忽视学生的主体地位

传统的授课观念仍然被高中物理教师所沿用，对学生的物理成绩过于重视，把授课的重点放在传授学生更多的理论知识上面，期望学生具备高水平的解题能力，对学生学以致用的能力没有进行重视。教师过多地占用学生的学习空间，学生学习比较被动。很多物理知识都是被动地接受，独立思考空间不足，无法完整地构建物理知识体系。学生在物理课堂上的主体地位没有受到教师重视，这不利于开展STEM理念教育[1]。

（二）教师的专业发展存在空白

当前时期，有一些师范院校所开设的课程涉及STEM的内容比较少，甚至还有一些院校没有接触STEM教育。在STEM教育中重视的是跨学科的融合，但有大部分的师范生所学习到的教学模式是分开的方式，这就导致了他们STEM的教学水平不高。他们进入工作岗位之后，开展教学时的专业性就会不强，学生自然接受不到优质的教学服务。

（三）学校落实STEM的热情度有待提高

大部分学校在对学生教学管理时，仍旧是受应试教育的影响，关注的重点还是在学生的升学率方面，没有重视对学生进行素质教育，对STEM教育的投入力度有限。除此之外，有一部分学校教学设备以及资源处于匮乏的状态，对开展STEM的相关课程有心无力，使STEM教育落实不到实处。

二、STEM教育理念下高中物理教学特点

要想在高中物理的教学过程中渗透STEM教育理念，就需要教师在物理课堂上既传授给学生物理知识，又要突破传统教育理念，把物理学科与其他学科融合在一起，使学生的学习体验更加丰富。因此，渗透STEM教育理念的高中物理教学有如下的特点：

（一）综合性

在传统的物理课堂上，教师在授课时只是单纯地讲述物理学科的知识，忽略了跨学科融合的教学，使得物理教学受到限制，无法突破。学生虽然掌握足够多的知识，但是并不能综合地运用，这不利于学生学习物理这门课程。把高中物理教学与STEM教育融合在一起，体现了高中物理教学的综合性。教师在教学过程中能够有效地改善物理学科的状态，打破各学科之间的屏障，以物理教学为基础向其他学科进行延伸。加深物理教学与其他学科的联系，使学生能够综合性地了解和掌握知识[2]。

（二）情境性

在STEM教育中包含了许多方面的内容，比如工程、科学、技术等方面，这些都体现了物理知识在其他领域的实际运用。这些具体的情境可以使得学生更加深入地认识和接触现实的教育场景。STEM教育理念要求高中物理教学要以真实的面貌呈现在学生眼前，引导学生在物理情境中分析和学习知识。在物理教学中渗透STEM理念可以将教学情境体现得更加准确，学生在真实的情境中分析和解決问题，能够有效地提高学生运用知识的能力。

比如，在讲解鲁教版高中物理选修三中“传感器及其应用”这一单元的内容时，教师在授课过程中可以结合现实情景，引导学生对问题独立思考、独立分析，使学生可以积极热情地学习这一章节的内容。教师通过将现实生活中的真实工程问题作为案例向学生开展授课，结合教材中的物理知识，引导学生在具体的情境中自主思考。举个例子，某座城市中的某条街道在不久前发生了交通事故，有一辆运输沃柑的货车在行驶途中发生了侧翻。根据交警的判断结果可以知道，车辆发生侧翻的原因是这辆货车轮胎的温度太高。从真实的案例着手，学生通过具体的情境思考预防轮胎温度过高的相关问题，顺利引出“传导器”的有关知识[3]。

（三）合作性

把STEM教育理念与高中物理教学相融合，是对传统物理教学的冲击，有利于教师快速转变教学理念，有效地推动了教师创新教学方法。在开展STEM教育时，教师要教学生学会合作学习，以及师生互动共同学习。学生可以通过合作认清自身角色，承担相应的责任，共同努力，合作完成教师安排的学习任务。通过这样的学习方式，学生会慢慢形成合作意识，还能有效地锻炼自己的合作水平。这对学生今后的工作与学习有着积极的作用，也符合培养高素质人才的要求。

比如，通过组内合作，教师安排学生对上述“交通事故案例”轮胎温度的预防进行探讨。组内成员可以借助网络、辅导书、教材等辅助工具，要注意的一点是，组内成员在合作学习中需要分工明确、协同合作，一起收集相关资料，共同思考问题。小组成员各抒己见，促发“头脑风暴”，能够有效地提高学习质量。在各小组成员回答教师提出的问题时，教师要认真地倾听学生的答案，对学生进行鼓励，对学生的思考要及时地肯定和赞扬。在学生出现疑惑时要帮助学生打开思路，寻找解决问题的途径[4]。

三、STEM教育理念的内涵及价值

STEM教育理念是把技术、数学、科学，以及工程等多方面的知识融合在一起进行授课，跨学科整合教学内容是STEM教育所关注的重点，引导学生通过所学物理知识处理具体问题。有着一定的抽象性存在于高中物理知识中，学习中学生遇到的困难较多，为了提高学生对物理知识的理解以及认知能力，教师需要进行理论与实践的融合，提升学生的理论运用意识，可以把数学与物理教学相互融合，使学生做到学以致用，通过所学内容处理具体的工程问题。

（一）有助于学生物理核心素养的培养

在高中物理的授课过程中教师把STEM教育理念融入其中，对培养学生的物理学科素养有着重要的作用。物理学科素养是学生在学习期间所具备的综合能力，也是学生在学习成长中必须具备的品格。这就需要教师在授课过程中不单单向学生传授知识，还要引导学生学以致用。学生把所掌握的知识作为解决问题的工具，处理真实的问题。在STEM教育理念强调在真实情境中通过多门学科的相互融合，学习知识并且运用所学的知识解决问题的理念，这是符合物理学科核心素养培养要求的。

（二）高考中体现STEM教育理念

在物理这门课程的教学内容当中，涉及了许多其他学科的知识，比如数学。对历年的物理高考试卷进行分析，我们发现出现跨学科融合的物理题目越来越多，这就需要教师在日常授课中要注重对学生的STEM教育[5]。

（三）有利于学生的生涯规划教育

虽然在高中时期学生学到了许多物理方面的知识，却很少能体现物理行业人员的实际工作。如果学生对高中物理的学习可以像研究人员一样对问题进行探究，用工程师那样的思路解决问题，清楚地认识到行业的相关背景以及这个行业未来的发展方向，学生就会明确自己今后的职业规划。教师在物理课堂上渗透STEM教育理念，需要创造条件锻炼学生的科学探究水平，使学生具备探究精神。学生通过不断创新，具备处理问题的能力，成为符合社会需求的创新型、复合型人才

（四）有利于强化国家经济实力

STEM教育理念是由西方提出的，是因为美国所具有的科技人才资源的比例逐渐降低，并且亚洲国家经济发展速度越来越快。美国为了提高自身的科学技术才提出STEM教育理念。在美国有一项专业的研究表明，中小学测试的结果比较不错，在市场的大环境压力下，STEM教育理念的横空出世能够提高国家的竞争力，由此可以看出学校进行STEM教育的重要性，并且能够有效地增加国家经济实力。目前，我国的科技水平还不是很先进，相比其他国家显得比较落后，还未完善健全科学及工程教育体系。从高中教学的角度看，我国只有数学及科学教育发展得还不错，在技术、工程教育上并没有明显的教育效果，社会及教育领域对这一现状非常重视。在高中物理的教学中渗透STEM教育理念，不但可以使学生获得优异的成绩，还有利于培养科技人才。从发展的角度看，STEM教育理念能够对中国的经济实力起到强化作用，学生通过STEM教育能够更深入地认识有关职业，对有关职业感兴趣，对培养更多的科技型人才起到促进作用。

四、体现STEM教育理念的高中物理教学策略

（一）积极推进STEM第二课堂建立

当前，高中物理的教学模式基本上都是采取分学科的方式开展授课，这样的教学方式无法满足学生全面地掌握物理知识的要求。因此，物理教师需要积极地改变自身，成为STEM教师。深入认识STEM教学的特征，明白STEM教学与物理教学的相互关系，在高中物理授课之外创建STEM第二课堂。领导学生学习和认识更多的STEM知识，使学生对STEM学习产生兴趣，物理应用能力得到提升，实现培养学生的物理学科素养目标。

（二）开发全新的课程资源

教师在教学中依托具体的工程项目开展授课，引导学生正确地认识自己的角色，改变学生被動接受知识的地位，成为运用知识的人。教师需要积极地开发全新的课程资源，把课程资源与物理教学有效地融合，以此提高STEM教育的有效性。

比如，教师在讲解“万有引力定律”的相关内容时，可以把STEM教育理念融入其中，开展教学活动。学生在学习“万有引力定律的应用”的有关知识时，会对航空航天的相关行业产生兴趣。教师在授课过程中需要积极引导学生对相关问题进行探究，对天体运行的规律以及数学运算的规律进行探讨，使学生在学习过程中可以提高综合素养，并且具备STEM能力。首先，在融合STEM教育理念的物理课堂上，教师要归还给学生话语权，使学生的主体地位发挥作用。学生能够在物理课堂上放飞思想，思考和分析问题。教师可以通过设疑的方式带领学生走进万有引力的课堂。提出哈雷彗星下一次出现的时间，让学生思考，再提出在太阳系中是否真的存在第九大行星。之后教师展示太阳系中的天体模型，学生进行观察，再为学生布置任务：如何计算中心天体的质量。学生为了完成学习任务就会自行查找资料，总结信息，通过缜密的计算，学生寻找问题的答案。把STEM教育理念融入物理课堂上，使学生通过搜集资料、借助网络、合作学习等方式完成了对万有引力定律的学习。对同一颗彗星的多次回归时间利用万有引力定律进行了解释。同时，学生通过此种方式学习物理知识，能够有效地提高自己的思维能力。并且还会认为物理这门学科很神秘，产生想要探究的欲望，这对培养学生的综合素养很有帮助。

（三）从“单一评价”向“多元评价”转变，构建多元化评价体系

在多元化教学评价里，对学生的学习过程和学习结果同等重视，而不是仅从学生的期末成绩进行评价。学生在学习物理的过程中，如果仅靠单一的评价考核学生是很不科学的，评价结果比较片面。所以需要对学生从“单一评价”向“多元评价”进行转变，建立多元化评价体系。多元化评价体系注重的是动态的过程，不再只是注重结果，这种评价观念符合STEM教育理念。在多元化评价体系中对学生综合能力的测试进行了关注，考查学生发现问题、处理问题的水平。我国应该积极地借鉴国内外高校的教学模式，在重视考试评价的前提条件下，关注对学生交流、提问、组织项目等评价方式，建立更加完善的评价体系。

结束语

当前，高中物理教学仍旧存在不足之处，有部分学生在学习物理时还是比较吃力的。教师需要改变教育理念，创新教学方式，以STEM教育理念为基础开展教学，实现跨学科的知识融合。使学生在物理的学习过程中提高思维能力，获得丰富的教学体验。教师应用STEM教育理念必将可以把物理课堂打造得更加科学、高效。

参考文献

[1]董莉，蒋德琼.有关高中物理教学中渗透STEM教育的思考[J].物理通报，2017（S1）：7-9.

[2]邢雪梅.关于高中物理课程中STEM教育的实践与探索[J].山东教育，2017（Z3）：91-92.

[3]董莉.有关高中物理教学中渗透STEM教育的思考[J].中学物理，2016（3）：23，4-5.

[4]谢丽，李春密.物理课程融入STEM教育理念的研究与实践[J].物理教师，2017（38）：4.

[5] 罗伯特·M.卡普拉罗，玛丽·玛格丽特·卡普拉罗，詹姆斯·R.摩根.基于项目的STEM学习：一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式[M].王雪华，屈梅，译.上海：上海科技教育出版社，2016.

作者简介：陈圣军（1977— ），男，江西九江人，福建省三明市将乐县水南中学，中学一级，本科。研究方向：高中物理教学。