试论物理教学渗透STEM教育模式的途径

李荣升

摘要：STEM教育模式创造性地将科学、技术、工程、数学领域的内容与学科教学相结合，扭转了课堂教学中学生被动学习知识的局面，鼓励学生在极具综合性的问题中主动探索未知。教师应在初中物理教学中挖掘教材内容、创设问题情境、引入游戏教学、创新实验教学、推动课后服务、融合多科知识、联系实际生活，从而在知识讲解、自主探索、寓教于乐、动手操作、专题活动、学科整合、知识应用中合理渗透STEM教育模式，以有效提升学生的学习主动性与实践操作能力。

关键词：物理教学；STEM教育模式；教材；问题；游戏；实验；课外服务

中图分类号：G633.7文献标志码：A文章编号：1008-3561（2024）16-0061-04

STEM代表科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科，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，数学则是技术与工程学科的基础工具[1]。初中物理教学渗透STEM教育模式，能够有效改善以往课堂气氛沉闷、学生动手机会匮乏的状况，为学生提供主动探究的机会。本文立足课堂教学探讨STEM教育模式在初中物理课堂上的渗透方法。

一、挖掘教材内容，在知识讲解中渗透STEM教育模式

物理与科学、技术、工程、数学四门学科的联系原本就很紧密，许多理论知识都与STEM教育的内容有关联，均可作为在课堂教学中渗透STEM教育的契机[2]。教师应提前对比分析教材内容，挖掘知识点背后的STEM元素，在教学过程中加入相应的环节，帮助学生提升综合素养。初中物理教材与学生的现实生活关系密切，因此教师在设计教学方案时，应引导学生通过对物理知识进行应用，构建全新的课堂。教师还应以教材内容为参考，构建互动性强、整合多元资源的课堂，提升学生的各项能力，培养学生的探究意识，让STEM教育理念在初中物理教学中发挥更大的作用。

在教学中，教师应围绕STEM教育所提出的教学要求优化教学模式，以教材为参考，以学生为主体，实现物理知识的高效传输。例如，在“声音的产生与传播”一课的教学中，本课的教学重点是将声音是什么、如何产生与传播等基础内容介绍给学生，使学生对“声”这种生活中随处可见的事物产生新的理解，教师可深度挖掘教材中知识点在实际生活中的应用意义，引导学生在理解知识的过程中提升相关素养。教师可以教材为出发点，引导学生对教材提及的“声现象”进行深入探究，以此激活学生的思维。在课堂上，教师可借助实物展开知识讲解，让学生观察声音是否能够在固体、液体以及真空中传播，验证教材中的知识点。随后，教师可鼓励学生模仿教材的生活实验，设计并制作“土电话”，完成自主探究。在此过程中，学生需要考虑到“土电话”的原理，判断生活中声音传播的条件，并对“土电话”的具体参数进行设置，按照设计好的图纸进行制作。这样，学生在学习物理知识的同时可以体验工程设计与制作的基本步骤，能够有效积累相关经验。

二、创设问题情境，在自主探索中渗透STEM教育模式

物理是一门兼具抽象性与现实性的课程，学生在物理学习的初始阶段，往往会被物理学科展现的奇妙生活现象所吸引，表现出较高的学习热情。但随着学习的推进，学习难度逐步加大，学生便容易丧失兴趣。教师可利用创设问题情境的方式将抽象的物理问题具象化，这也是渗透STEM教育的良好契机。问题是引导学生进行探究的有效资源，学生在问题中将物理现象与物理知识联系起来，能更高效地进行物理学习。教师应以问题创设情境，引导学生在探究物理知识的同时进行有效学习，让STEM教育与物理教学活动深度融合。

例如，在“光的色散”的教学中，教师可结合学生熟悉的情境提出问题，组织学生进行交流互动，以STEM教育的形式拓宽学生的学习思路，使学生在灵感碰撞中加深对知识的印象，发展物理思维。为了帮助学生理解，教师可利用生活材料创设情境，要求学生观察太阳光照射玻璃杯的边缘时，墙面上的光出现了什么现象，并提出问题：墙上的光有几种颜色？随后，教师可展示标准阳光透过一个标准的三棱镜与两个标准的三棱镜的现象，提出问题：阳光透过三棱镜与透过玻璃杯边缘后发生的变化有什么异同点？原因是什么？通过适当的观察，学生大概了解了光的色散现象，这时教师可让学生拿两个标准的三棱镜自行调整角度并测量，找到色散结果与三棱镜间角度的联系。配合实验现象，教师再引导学生根据实验现象总结物理规律，让学生在学习的过程中进行高效探究。教师以“创造实验、实验探究、实验应用”的多元过程为参考，在实施教学活动的同时，要求学生独立整合物理知识，能有效提升学生的物理学习能力。在观察、测量、计算与总结的过程中，学生不仅对光的色散现象进行了更多观察，还模拟科学工程的方式进行了有效探究。

三、引入游戏教学，在寓教于乐中渗透STEM教育模式

新课程改革提倡教师引领学生“快乐学习”，尽量做到寓教于乐，这就要求教师不仅要想办法完成教学目标，还要适当地融入游戏等趣味元素，为学生创设轻松愉悦的学习环境。与常规教学模式相比，STEM教育在教学资源与教学流程上的选择空间较大，在其中融合趣味元素的难度并不高[3]。教师在渗透STEM教育时引入游戏环节，能够吸引学生在游戏中了解物理知识、发现物理问题、展开物理探究，完整地体验STEM学习流程。

例如，在“平面镜成像”的教学中，教师可设计富有趣味的游戏环节，将游戏教学与STEM教育相结合，引导学生在充满乐趣的课堂氛围中自主探索，验证物理知识，继而进行相应的思维训练。在课堂上，教师可向每个小组分发“玩具”———玻璃镜，让学生观察其中的图形，并总结记录图形的种类与规律。在游戏活动中，教师可为学生准备人偶、正多面体、玩具等多元化资源，并对学生提出物理探究问题：平面镜所呈现出的物象有着怎样的特点？在进行互动的过程中，教师可要求学生借由观察、实践的过程来整合应用物理知识，通过真实的物体与物象之间的比对汇总物理知识。然后，教师可选择简单的几何体作为对象，让两名学生组成互动小组，一名学生负责选择几何体，利用平面镜构成物象，另一名学生则根据小组成员所选择的几何体展开抽象思考，探索平面镜成像的特点，分析平面镜成像的要素、基本特征，以此来推进有效互动。教师还可以“设计平面镜成像图案”为项目主题，要求学生结合“平面镜成像”的原理，尽可能多地组合基础图形，完成图纸设计。

四、创新实验教学，在动手操作中渗透STEM教育模式

在“做”中“学”是STEM教育的基础要求，“做”指的是实际的动手操作，而不是在理论层面学习STEM项目的理论。在初中物理教学中，教师利用实验教学的契机引出“做”，能够有效渗透STEM教育。在实现“做”的过程中，学生只有亲自进行动手操作，才能将图纸上的工程设计真正转化成实物，才能真正实现STEM教育[4]。同时，教师也要注意，在引导学生动手操作时，应选取可行性较高的实验内容，确保学生顺利完成项目设计与操作，既要合理控制成本，保障实验安全，也要尽可能多地启发学生，使学生在标准的操作与精确的测量中积累STEM学习经验。

例如，在“滑轮”的教学中，教师可利用实验操作讲解“滑轮”这种简单机械的原理，在STEM教育中鼓励学生发挥想象力，引导学生在动手操作的过程中提高综合能力。学生在学习“滑轮”相关的知识时，既要掌握力学分析的方法，也要理解滑轮的特殊之处，明白动、定滑轮的异同点，才能灵活地使用滑轮解决实际问题。在实验教学中，物理教师可将滑轮、绳索、物块等材料分发给各组学生，要求学生在草稿纸上绘制出滑轮的布置方案，计算各个部分之间的距离，进行力学分析，模拟生活中“运送重物”的场景，以动手操作的方式验证方案。教师可以为学生准备测力计、定滑轮、竹竿、重量为2千克的秤砣等实验资源，引导学生开展物理实验：将定滑轮安装在竹竿上，利用细绳分别牵引测力计、秤砣，在拉动测力计的同时，记录拉动秤砣所需要使用的力，并思考在本实验装置中，力的方向、大小发生了哪些变化，让学生在观察实验过程的同时展开思考，逐步提升学生的物理学习效率。

五、推动课后服务，在专题活动中渗透STEM教育模式

STEM教育理念重视科学化、开放化教学模式的开发，在教学课堂上，教师不仅要引导学生积极搜集物理知识，而且要培养学生“学以致用”的学习能力，让学生从现实生活入手对物理知识展开自主探究，构建互动交流、自由探索的课堂，提升学生的物理学习效率，使学生主动学习物理知识。建立完善的课后服务体系，引导学生应用、整合物理知识，可以构建更为高效的STEM教育课堂。教师可尝试配合STEM教育理念开发课后服务活动：将学生在课堂上所掌握的物理知识应用到相应环境中，要求学生在不同的情境中展开实践探究，提升学生的物理学习效率[5]。

例如，在“杠杆”的教学中，教师可提出问题：阿基米德曾经说“给我一个支点，我能够撬起整个地球”，这个观点是否具有科学性？然后引导学生进行课外实践活动：提供长度为1m的杠杆、支点与重量为500g的铅块，在杠杆的20cm、50cm和70cm处分别设计支点，让学生尝试抬起铅块，并对所使用的力量的变化情况进行记录。学生发现：支点距离自己越远，所需要的力量越小；支点距离自己越近，所需要的力量越大。当学生在实验现象中吸取了经验之后，教师可开展新一轮的互动活动：对支点的位置进行记录，测量杠杆之间的距离。在STEM教育理念的带动下开发课后服务内容，要将学生在课堂上所掌握的物理知识带入到相应环境中，帮助学生积极拓宽学习范围。本实验中，学生通过自主研究滑轮装置的方案，以及动手操作验证方案的效果，完整地参与了一次STEM项目学习，在物理学习中积累了工科素养，对现实生活中工程项目产生更多了解。这样，初中物理的实验教学在STEM教育的影响下走向了多元化，不仅充分结合了生活内容，还融合了数学等学科的教育内容[6]。

六、融合多科知识，在学科整合中渗透STEM教育模式

在传统的初中物理教学中，教师会让学生按照教材或自己给出的学习步骤进行学习，这不利于活跃学生的学习思维。因此，在STEM教育理念的支持下，教师要积极寻找跨学科整合方法，为学生的思维发展提供更多可能，助力学生知识迁移与应用能力的发展[7]。

例如，在进行“滑轮”一课中的“研究定滑轮和动滑轮的特点”实验时，教师可在实验开始前鼓励学生以小组为单位，根据教材理论知识和自身实验经验，自主进行实验步骤的梳理。学生得出如下实验步骤：确定实验所需器材，包括铁架台、长线、滑轮、钩码和测力计；对定滑轮进行研究，根据左侧钩码和右侧钩码数量的不同观察定滑轮的状态；对动滑轮进行研究，记录“直接提高重物的力”和“用动滑轮提高重物的力”，由此得出动滑轮的作用。在完成实验步骤的梳理后，教师可以鼓励学生自主开展实验操作，根据实验数据的变化和定滑轮、动滑轮的不同状态，得出：定滑轮不可以改变力的大小，但是可以改变力的方向；动滑轮不能改变力的方向，但是能改变力的大小，能省力。在此过程中，学生对实验数据做到准确分析，便实现了数学与物理知识的融合，实现了学科整合下STEM教育的渗透。在教学结束后，教师还可以鼓励学生综合运用多学科知识进行综合物理实验的设计，为学生更好地应用数学、科学、工程等知识提供有效途径，实现STEM教育理念下学生的可持续发展。

七、联系实际生活，在知识应用中渗透STEM教育模式

教育的最终目的是指导学生的生活，这与STEM教育理念中关注学生的亲身体验存在一定的相同之处，所以在将STEM教育理念应用于初中物理教学时，教师可以将教学与学生的实际生活相连接，从学生熟悉的生活物品、生活现象等出发，引导学生在具体学习任务的指引下，展开求证活动，做好相关数据的搜集与梳理以及任务成果的展示，由此实现STEM教育理念下学生知识应用能力的发展[8]。

例如，在“压强”的教学中，教师可借助生活中常见的木条让学生制作一个小板凳，用具体的实践找到物理知识与学生实际生活之间的联系，落实STEM教育理念下的技术要求。考虑到初中阶段学生的生活经验和动手能力有限，教师也可以鼓励学生对生活中常见的板凳进行观察、对比，与其他学生讨论得出小板凳的制作方案。在完成小板凳的制作后，教师可以鼓励学生进行测试，即测试小板凳能够承受多大的压力。具体来说，学生可以先确定参与压力测试的道具，包括矿泉水、书本等，并借助体重秤等工具测量各自的重量，并做好数据记录。在具体的测试过程中，学生要按照从轻到重的顺序进行，测试得出小板凳能够承受的最大压力。在完成小板凳压力的测试后，教师还可以鼓励学生之间进行讨论与评价，思考哪一类型的小板凳能够承受的压力更大，实用性更强，得出“有四个角的凳子可以承担最大的压力，圆柱形的凳子也可承受更大的压力”。在讨论结束之后，学生之间还可以展开相互评价，主要评价在小板凳制作和压力测试过程中对数学知识、科学知识、工程知识等的应用情况。在所有的制作和测试结束后，教师还可以鼓励学生将制作完成的小板凳摆放在教室的展示区，鼓励学生进行对整个实践方案进行梳理，并在班级范围内进行分享，以巩固学生的课堂所学，提高学生的知识应用与迁移能力，实现STEM教育理念下学生的全面发展。

八、结语

综上所述，STEM教育模式的渗透为初中物理教学的创新发展注入了活力，教师在渗透STEM教育时应充分尊重学生的主观意愿，找准物理学科与STEM教育活动的结合点，鼓励学生在课堂学习中主动探索，为学生留出足够的发展空间。教师还应合理导入生活元素，尽量提供多元的学习素材，为学生综合能力的提升创造条件。

参考文献：

[1]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）：5.

[2]黄海勇.基于初中物理自制学具的STEM教育实践研究[J].广东教育：高中版，2022（04）：29-30.

[3]高春丽.STEM SOS模式下初中物理复习课教学研究———以“压强单元复习”为例[J].福建基础教育研究，2021（11）：103-106.

[4]赵少军.STEM教学形式下的初中物理教学方式[J].天津教育，2022（21）：90-92.

[5]戴骏.融合STEM理念的初中物理教学策略[J].天津教育，2022（07）： 170-172.

[6]吴中荣.2022版新课标下初中物理跨学科小实验教学思考———以沪科版STEAM理念光学实验为例[J].黑河教育，2022（08）：14-16.

[7]冯书侠.城郊初中STEM课程建设的路径探微[J].江苏教育，2021（36）：3.

[8]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.

Discuss on the Ways of Infiltrating STEM Education Model into Physics Teaching

Li Rongsheng

（Nanhu Middle School， Zhuanglang County， Pingliang City， Gansu Province， Pingliang 744600， China）

Abstract： The STEM education model creatively combines content from the fields of science， technology， engineering， and mathematics with subject teaching， reversing the passive learning of knowledge in classroom teaching and encouraging students to actively explore the unknown in highly comprehensive problems. Teachers should explore the content of textbooks， create problem scenarios， introduce game teaching， innovate experimental teaching， and promote after class services， integrate multidisciplinary knowledge， and link it to real-life situations in junior middle school physics teaching， so as to reasonably integrate the STEM education model into knowledge explanation， independent exploration， entertainment， hands-on operation， thematic activities， discipline integration， and knowledge application， in order to effectively enhance students learning initiative and practical operation ability.

Key words： physicsteaching；STEMeducation model； textbooks；problem；games；experiment；extracurricular services