STEM 融入初中物理教学的实践与思考

王永辉 （江苏启东市南阳中学）

STEM 教育能够融入科学、技术、工程和数学等方面的理念，对于培养学生的逻辑思维能力和想象力、创新力有着积极的意义。初中物理教学特别注重学生基础知识的学习与实践技能的养成，将STEM 融入初中物理教学，能够极大地优化物理教学环境，让学生在持续的体验中感受物理的魅力，培养学生的工程思维和较强的解决问题的能力，促进学生的全面发展。

一、游戏引领，培养学生工科思维

初中生正处于青春期，思维还不够成熟，抽象思维能力还不够强，初中生接触物理学科的时间较短，但却具备较强的形象思维能力，往往喜欢玩游戏，物理教师要深入把握初中生的这个特点，了解学生的游戏爱好和特点，借助多样化的游戏活动渗透进STEM 理念，激发学生学习物理的积极性，着力培养学生的工程思维。

如在教学“光的色彩”一课的过程中，学生通过学习知识点了解了白光与单色光的关系，可以设计一个名为“调调色”的活动，让学生在了解光学原理的前提下，利用电脑绘画软件，试着对用红光、绿光、蓝光的三原色按照一定的比例进行混合，调出各种颜色的色光，领悟电视中彩色画面的形成，然后让学生再开动脑筋，利用三棱镜对白光进行分解，最终调出红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等可见单色光，并拓展思考看到物体为何呈现各种不同的颜色，同时利用电脑模拟验证猜想，教师给予适当提示，鼓励和肯定。在物理实践过程中，设置游戏竞赛环节，播放轻柔的音乐，在人性化的氛围中，学生踊跃参加，积极探讨。针对一些难点，教师给予及时点拨，运用形象化和充满幽默的语言揭示色光混合的道理。课堂教学过程中，穿插有趣的互动游戏，在充满动感的游戏过程中，让学生在愉悦的场景中感受单色光的组合原理和方法。在这个过程中，通过光学、色彩学和工程学等不同学科的融合，激发了学生的探究意识，积极主动地去查找问题、解决问题，在潜移默化间培养了学生的工程思维。在游戏中，对于优胜者，教师会根据竞赛规则给予“STEM 明星”奖励，使学生的参与欲望更强烈。

二、模仿制作，获得物理真谛

在持续的探索和练习中，学生积累了实际的物理经验，在反思与改进中感受到物理探究的乐趣，这一点正是STEM 极力倡导的教育理念，在这个过程中也会融入科学发现的过程。初中生由于缺乏丰富的制作经验，可以借鉴模仿制作，真正吃透装置和实验的科学原理，然后通过反思，对实验装置进行改进翻新，或是利用生活中的一些常见器材设计制作，也算一种真正意义上的创新。在物理教学和实验过程中全面融入STEM，不但要注重理论知识的灌输，更要放手让学生大胆地去做、去练习、去探究，在持续的“做”和练中将一些抽象的理论与现实生活紧密结合起来，感受科学的真谛。杠杆的学习就是一个典型的例子，利用杆秤这一生活中的应用工具，让学生在课余时间，利用已有的生活经验，并结合课堂上学到的杠杆知识，试着做一杆秤。这个过程相对复杂，学生不但要用到平衡方面的理论，还要学会建模，并运用数学和工程方面的理论，确保制作过程的规范性和方向性此外对杆秤的刻度和单位要进行准确界定，学生借此认真琢磨数理之间的关系，让学生深刻体会生活中不法商贩换秤砣的不合理性，也让工程技术理念植根于心中。

如在“电路连接”一课中，为了让学生动起来，教师可引导学生认真观察电路的连接方式，也可引导学生根据观察到的电器工作情况，思考其连接方式。如在楼梯灯的设计中，引入单刀双掷开关实现楼上楼下双控，引入光控开关或是声控开关，或是两者并用，实现生活自动化，有利于节能，也便利了生活。在“做”中学习，在调查和实做中获取和积累知识，参与操作与实践过程中获得经验，实现感性到理性的飞跃，通过积极思考生活中的现象和实验过程，并通过认真实践，学生从更高意义上体会STEM 理念，并通过反复思考和琢磨，养成较强的工程思维。

另外，工科技能是STEM 所倡导的技能之一，而要拥有这种技能，必须引导学生去制作一些装置和工具，现行的初中物理教材中，有着较多的装置和工具，且制作过程并不复杂，只要教师加以引导，学生经过实践和思考，能够轻松完成制作过程。但学生在这个过程中要统筹考虑装置的结构、造型和用料、技术原理等，如在学习“物体的浮沉条件”时，要引导学生从生活中寻找一些材料，营造人性化的课堂氛围，让学生通过多媒体方式观察木头、船、潜水艇等在水面上的沉浮过程，体会浮沉的原理，这样学生参与制作的兴趣更浓，会带着热情投入制作过程中。教师可适时给予指导，对于学生制作过程中出现的问题，及时发现并提出可行性建议，通过扫除学生的制作障碍，最终让学生真正学有所获，学有所乐。在学习“声音是什么”这节内容时，也可让学生仿制一个听诊器，在这个过程中，师生深入互动，共同探讨制作技巧，学生运用自己所学声音知识，将生活中对声音的了解和经验迁移到制作过程中，真正理解声音的产生与传播。

三、敢于质疑，培养工程设计能力

STEM 指出，知识的积累离不开生活的真实，工科将实践操作和解决实际问题作为学习的重要途径，物理知识并不是高高在上和脱离实际的，恰恰相反，物理知识蕴含于丰富多彩的生活当中，不管是生活应用、交通出行、生态环境，还是资源利用都牵涉到物理知识。因此，教师要充分关注生活，将生活中的知识还原到物理教学的每一个环节，设置情境化课堂，以此调动学生学习的积极性，融入课堂氛围中，敢于大胆质疑，并能够运用学到的物理知识，设计出解决方案和落实办法框架，并积极主动地参与到实践过程中解决遇到的物理问题。

STEM 特别强调“在实践中学习”，与实践割裂的教育显然不符合STEM 教育理念。而将设计过程与实践融合，则是STEM 追求的教育目标。从根本上讲，设计是工程教育的灵魂和核心，借助让学生设计出具备针对性的物理学习方案和图纸结构设计，学生在借鉴前人成果基础上，通过反思总结制作出装置和产品，从中学到更多的物理知识和原理。为此，在课堂上，要潜移默化地渗透STEM 理念，引导学生多关注生活中的物理现象，用STEM 思维去探索、去质疑，分析物理现象的本质。学生提出质疑，教师要给予鼓励，在此基础上引导学生运用STEM 思维去看待这些现象，让学生真正思考这些现象，并带着疑问去探索，最大化地去解决问题，从而更好地服务于生活。

如在“滑轮”一课的学习中，对动、定两种滑轮进行合理排列和科学组合，最终形成一个滑轮组，有学生提出如何利用滑轮搬运重物，教师则适时给予启发，让学生试着利用杠杆与滑轮组结合使用，最终制作出一个动力装置，并顺利实现搬运重物的目标。在这个过程中，要事先考虑好滑轮的个数、质量，绕绳的种类、圈数，拉力的方向，更要事先计算好拉力的大小，需要缜密的设计、分析、运算、推理，这往往需要学生联合起来才能解决，在不断地质疑、分析、推理、运算过程中，学生真正理解了杠杆和滑轮的内涵和原理，对工程思维的理解又上了一个层次，工程设计能力也得到稳步提升。

STEM 教育运用于物理教学，旨在将科学、技术、工程和数学等学科知识进行融合，构建更具前瞻性和可行性的教育方法，引导学生积极探究，全力激发学生的想象力和创造力，借此培养学生的工科思维和工程设计能力。作为教师要洞察STEM 教育理念的精髓，努力营造有效课堂和人性化教学氛围，引导学生利用STEM 思维解决各种物理现象和问题，以此对学生进行STEM 教育的渗透，引领学生在物理世界中任意遨游，实现其全面发展。