基于STEM教育的初中物理概念教学探索

陈云超

【摘 要】  STEM教育是一种跨学科的教育模式，将科学、技术、工程和数学融合在一起，培养学生的创新思维和实践能力.在初中物理教学中，采用STEM教育模式可以帮助学生更好地理解物理概念，提高学生的科学素养和实践能力.本文以初中物理苏科版教材为例，探讨基于STEM教育的初中物理概念教学的策略和方法.

【关键词】  STEM教育；初中物理；概念教学

STEM教育是一种新兴的教育模式，它将科学、技术、工程和数学融合在一起，培养学生的创新思维和实践能力.在现代社会，STEM领域的发展已经成为推动社会进步的重要力量，因此，STEM教育也成为教育改革的重要方向.在初中物理教学中，采用STEM教育模式可以帮助学生更好地理解物理概念，提高学生的科学素养和实践能力.本文以初中物理苏科版教材为例，探讨了基于STEM教育的初中物理概念教学的策略和方法.

1 初中物理STEM教育的意义

1.1 提高学生的学习兴趣

初中物理是一门理论性较强的学科，对于许多学生来说可能比较抽象和难以理解.而STEM教育所强调的实践和探究，可以帮助学生通过具体的实践活动来理解和掌握物理概念，提高学生的学习兴趣和积极性.在STEM教育中，学生可以通过进行实验、制作模型、参与项目等方式，来探索和理解物理现象.这样不仅可以帮助学生更好地记忆和理解物理知识，还可以培养学生的動手能力、创新能力和解决问题的能力^[1].此外，STEM教育还强调跨学科的学习，将物理、数学、计算机科学等多个学科的知识融合在一起，帮助学生建立起完整的科学素养和思维方式.这对于学生的全面发展，以及其未来在科技领域的竞争力都有着非常重要的意义.

1.2 培养学生的综合素养

STEM教育是一种综合性教育模式，能够将不学生科的知识融合在一起，培养学生的综合素养，在初中物理教学中，采用STEM教育模式可以让学生了解物理知识的实际应用，提高学生的实践能力和创新能力.通过STEM教育，学生可以在实践中学习物理知识，例如通过设计实验、进行数据分析等方式来探索物理现象.这样不仅可以让学生更好地理解物理知识，还可以培养其动手能力和解决问题能力.同时，STEM教育还强调跨学科的学习，将物理、数学、计算机科学等多个学科的知识融合在一起，帮助学生建立起完整的科学素养和思维方式，对于学生的全面发展，以及未来在科技领域的竞争力都有着重要意义.

2 STEM教育的概念和特点

2.1 跨学科性

STEM教育将科学、技术、工程和数学融合在一起，打破了传统学科之间的界限，让学生能够从多个角度思考问题，这种教育模式强调实践和综合应用，有助于培养学生的创新能力、动手能力和解决问题的能力.在STEM教育中，学生不仅可以学习到各个学科的知识，还可以将这些知识应用到实际问题中.

例如在物理课堂上，学生可以运用数学和工程知识来设计一个简单的机器人，在化学课堂上，学生可以结合技术和工程知识来解决环境污染问题.此外，STEM教育还鼓励学生进行团队合作，培养其的沟通能力和协作精神.在解决实际问题的过程中，学生需要与团队成员密切配合，共同分析问题、制定解决方案，并实施和评估.

2.2 实践性

STEM教育强调学生的实践能力和创新能力，通过实践活动和项目式学习，让学生在动手操作和实验中学习，从而培养学生的动手能力和实验能力^[2].在STEM教育中，学生可以参与到各种实践性的任务中，如设计实验、收集数据、分析结果等.这样的学习方式不仅可以让学生更加深入地理解理论知识，还可以提高学生实践技能和创新思维.

3 基于STEM教育的初中物理概念教学分析

3.1 贴近生活

例如 以“力的概念”一课为例，在物理教学中，力的概念是一个基本的概念，但是由于其抽象性，学生往往难以理解.通过提出具体的生活实例，教师可以帮助学生直观地感受到力的存在和作用.例如，在汽车运动中，学生可以感受到摩擦力的作用；在电梯运动中，学生可以感受到重力的作用.随后，通过实验环节，学生可以进一步探究力的作用效果.例如，用弹簧测力计测量物体的重力，可以让学生直观地看到力的大小；用气球探究空气阻力，可以让学生看到力对物体运动的影响.最后，通过总结和分析，学生可以形成对力的概念的深入理解.这种理解不仅来自理论的学习，更来自实际的操作和观察，因此更加深入和稳固.

3.2 融合多学科知识

传统实验教学往往仅限于让学生按照步骤进行操作，这种方式限制了学生充分发挥自己的思维.然而，在STEM教学思想的指导下，教师需要将多门学科知识进行灵活的整合，以提高学生的学习效果^[3].

例如 以“探究电流与电压和电阻的关系”为例，教师首先让学生观察两组实验现象，在第一组实验中，重点是增加电池数量以调整灯泡亮度；在第二组实验中，关注增加电阻器的个数以观察电灯泡亮度变化.通过这种方法，学生可以从电流出发，理解电压和电阻对电流的影响规律：电压增大时，电流也增大；但电阻增大时，电流却减小.在此基础上，教师引导学生运用“控制变量”的思路设计实验方案.当电压不变时，让学生测量电流和电阻.然后，根据收集到的数据，学生在坐标轴上用图像法绘制直线，进一步探讨电流、电压和电阻之间的数量关系.这种探究过程涵盖了科学、技术、数学等领域的专业知识，尽管学生可能并未意识到自己正在应用这些知识，但其最后获得的经验将更加丰富和生动.

3.3 突出设计价值

在中学阶段，学生所经历的实践活动主要是以劳动和手工制造为主要内容，其很少会将自己的设计思维真正地展开起来，因此，其的创造性和想象力并没有得到充分的发挥.在这样的环境中，教师要突出自己的设计，要激发学生的奇思妙想，要激发其的思考，要激发其的思考.

例如以“船舶的沉浮状态及其运用”为例，教师可以让学生扮演一个充满朝气的造船工人，给学生看一些有關郑和航海或者泰坦尼克号的录像，再问学生：船舶能够在水上行驶的原因是什么？假如你是一位精力充沛的工程师，你将如何建造一条整条的船只呢？在这个问题被提出以后，其会自己去寻找制造船只的材料，同时也会去研究船只在水面上的最基础的运动，那就是漂浮和沉没.在此基础上，对船舶自身的应力进行了研究，并对船舶的起落进行了初步的分析.在学生有了一定的思维后，教师就要为其提供足够的生活物资，这些物质可以是饮料瓶或易拉罐，也可以是橡皮泥或白纸.教师可以指导学生在纸面上画出船身各个部分的基础模型，之后将这些模子拼凑在一起，形成最后的构架，并进行一系列的水中实验.经过设计、操作等环节，学生的实际体验会更丰富，对自己的思路也会更有信心.

3.4 做好材料创新与升级

在教学中，教师不能简单地用课本内容“应付”对学习有兴趣的学生，要向学生们展现各种不同的实验素材，从而激发学生们的学习兴趣，培养其学习兴趣；他们将更加牢固地将理论与实际相联系，并从自己的创造中吸取经验与教训.

例如在教学“探索物理中的电路实验”一课时，教师可以给学生提供一些发光二极管、导电胶带或纽扣电池，上面的这些新的物质都是用来代替旧的物质（比如干电池、导线和单刀开关等等）的^[4].

又如，在进行电磁感应的试验时，要确定感应电流的方向有没有发生变化，此时就可以使用LED来代替常规的敏感电流表；根据它的单向传导特性，可以判断出电流的流向.又比如，在探索车辆的指示装置的工作过程中，教师可以通过观察指示装置在车辆移动过程中的闪光，从而画出遥控车辆指示装置的线路图，然后教师就可以让他们用LED和导电胶带来制作一个指示器的电路.用新材质构筑构架，其简洁性比较显著，能更直观地表现出物理法则.也能获得更多的艺术满足.

3.5 通过情境导入问题

物理无处不在，大多数情况下不是因为学生们对它一无所知，只是因为他们从来没有沉下心神，认真地研究.这个时候，教师就需要从科学化的情境中抽取出具体的问题或任务，让学生形成足够新颖的认知碰撞，之后才能指导他们进行大胆的实践，勇敢地释放思想和双手.

例如 以“流体压强与流速的关系”一课为例，教师就可以让学生对列车平时运行的状况进行联想，之后给学生呈现出高速运行的列车碰撞站在安全线之内的行人的真实情况，以此来引起学生的注意.然后，引导学生思考这一部分所包含的物理问题，比如：列车车厢为何会吸引在安全线之内的行人？然后，让学生进行一个简单的“吹纸法”，将学生分为多个协作组，每个组都要探索气流速度与压力的关系.

在学生完成了自己的思索后，教师再引导他们运用实际生活中的素材来进行真空袋的设计.例如，教师可以引导学生思考如何利用真空袋来保鲜食物，从而引出真空袋的设计问题.教师可以先让学生思考一下，为什么真空包装可以延长食物的保质期？然后，教师再引导学生运用物理学中的气体物理学知识，解释真空包装的原理.在这个过程中，学生可以了解到，真空包装的原理是利用真空泵将包装袋内的空气抽出，使包装袋内处于真空状态^[5].由于食物在真空中无法与氧气接触，因此可以减缓食物的氧化过程，从而延长食物的保质期.在理解了真空包装的原理后，教师可以引导学生运用实际生活中的素材，如塑料袋、真空泵等，设计一个简单的真空袋.在设计过程中，学生需要考虑如何选取合适的材料，如何设计合适的结构，以保证真空袋能够有效地抽出包装袋内的空气.

4 结语

本文以初中物理苏科版教材为例，探讨了基于STEM教育的初中物理概念教学的策略和方法.结果表明，在基于STEM教育的初中物理概念教学过程中，教师应该运用案例教学法、问题驱动教学法和实验教学法，注重培养学生的动手能力和团队合作能力，以帮助学生更好地理解物理概念，提高学生的科学素养和实践能力.

参考文献：

[1]顾健，李刚.基于工程的跨学科实践——来自STEM的启示[J].物理教师，2022，43（10）：46-48+53.

[2]陈刚.基于项目学习的初中物理综合实践活动的案例分析——以“自制简易望远镜”为例[J].物理教师，2022，43（05）：43-47.

[3]季然，杨晓辉，李燊等.STEM教育理念的初中物理单元教学设计——以“浮力”为例[J].赤峰学院学报（自然科学版），2022，38（03）：98-102.

[4]徐婷，徐萌.STEM教育理念下的初中物理实验教学研究[J].吉林省教育学院学报，2022，38（02）：117-121.

[5]肖晨.探究、整合、实践：基于STEM教育的初中物理概念教学探索[J].物理教师，2021，42（12）：44-45+49.