基于STEM教育的高中物理科学探究能力培养实践

谭宇斌 张照滔

科学探究能力是一种具有复杂结构的高层次模型，也是高中物理核心素养的重要成分，而在物理课堂中如何有效培养学生的科学探究能力却尚无定论。本研究在“常见电路的元器件”教学中，引入能有效培养学生科学技术工程素养的STEM教学6E模式，与传统高中物理课程相结合，以“自制交通信号灯”为课程主线，尝试挖掘出培养学生科学探究能力的有效方式。

一、STEM教育与科学探究

在STEM教育于中国蓬勃发展的2017年，教育部颁布了《普通高中物理课程标准》，其中，物理观念、科学思维、科学探究作为物理学科核心素养的四大重要成分，登上了物理教育界的舞台。其中，科学探究能力作为上一次课改已被提及的重要素养，其范式、流程都得到了新的变革。现有研究表明，学生的科学探究能力是一种具有复杂结构的高层次模型，科学探究能力的培养不能简单化、程序化。因此，如何培养学生的科学探究能力成了物理教学的热点。

笔者认为，STEM教育因其对学生科学素养、工程素养的有效性被引入国内科学教育，而物理教学中科学探究能力的发展往往伴随着学生科学素养、动手实验能力的提升。因此，两者具有一定的相关性。同时，学生的科学探究能力的发展常常是在“真实情境下的自主实验”中产生的，而STEM教育则往往需要“让学生自主设计并完成工程解决问题”。因此，本研究尝试将STEM教育融入高中物理教学中，以探究通过STEM教育对学生科学探究能力进行培养的可行性。

二、基于STEM教育理念的高中物理科学探究能力培养实践

1.STEM教育的模式

STEM所包含的四种素养并不是孤立的，而是需要多素养综合培养的，因此衍生出多种教学模式，其中STEM教学的主流教学模式是基于问题的学习模式（PBL，Problem-Based Learning）和6E教学模式，即：参与（Engage）、探索（Explore）、解释（Explain）、工程（Engineer）、深化（Enrich）、评估（Evaluate），是美国国际技术与工程教育学会从马里兰州教育部整合的“5E”教学模式演变而来。

由于本模式结合了物理学科中“科学探究”的思维模式与“工程设计”的动手能力，能让学生在真实的情境中感知问题，并依靠自己整合各学科知识，主动学习相关理论知识，通过实践解决实际问题，提升学生探究能力。因此，它是综合发展学生STEM素养的有效教学模式，也是本研究选用的融入物理教学中的首选模式。

2.基于STEM教育的“6E”模式物理课堂教学设计

基于粤教版必修第三册第四章第一节“常见电路的元器件”的教学内容，以自制交通信号灯为例，按照“6E教学模式”进行课堂教学设计（见上表）。

三、结语

STEM教育并不是架空于基础学科教学外的“亭台楼阁”，它是可以贯穿于学科教学中的一种能综合提高学生学科核心素养的教学理念和教学模式，更是引导学生自主学习、科学探究的一种可行手段。将STEM教育融入物理课程之中，能够有效提高学生的科学素养，同时也为传统高中物理课堂增添一抹不一样的色彩。但是我们应当注意，强调STEM教育并不等同于否认传统科学课程，STEM教育与传统科学课程不应是相互取代的关系，应当是相辅相成，因地制宜的关系。

责任编辑 王思静