基于STEM理念的高中物理课程教学改革策略研究

陈富斌

摘 要：STEM理念倡导融合科学、技术、工程、数学等多学科内容，着重培养学生的创新精神与实践能力，与我国创新型人才培养目标相符合。在高中物理课程教学中融入STEM理念，能够帮助学生构建整体性的知识结构，有利于培养学生的分析信息、交流协作、实践创新等能力。因此，作为高中物理教师，我们要准确把握STEM理念的特征内涵，积极地把物理教学与STEM教育融合起来，提高课程育人质量。

关键词：高中物理；STEM理念；教学创新；教学模式

中图分类号：G63          文献标识码：A          文章编号：1673-9132（2023）17-00６４-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2023.17.0２1

STEM理念指的是结合现实生活与学习者的认知需求科学设计问题或项目，鼓励学习者自主思考与协作探究，以便对学习者的创新实践能力以及解决问题能力进行培养。在高中物理教学中引入STEM理念，能够充分满足学生的探索学习需要，帮助学生高效整合跨学科知识，不断提高学生的创新和实践能力。因此，高中物理教师要充分认识到STEM理念的应用价值，积极探索与改革课堂教学模式，逐步培养与发展学生的综合素养。

一、STEM理念融入高中物理教学的可行性分析及原则要求

（一）可行性分析

1.STEM教育理念与物理课程改革要求相契合。物理学属于自然学科，主要对自然界物质的基本结构、运动规律等进行研究，紧密联系数学、技术、工程等其他学科，且与现代社会、生产生活、科技创新等有着密切关系。新课程标准明确指出，物理教师要积极应用项目式教学、任务式教学等教学方式，全面培养学生的综合能力。而STEM教育理念倡导融合科学、技术、工程、数学等多门学科，向学生布置跨学科、探究性的项目任务，让学生利用跨学科知识和方法解决综合性问题，以便培养学生的STEM素养。由此可见，STEM教育理念契合物理课程改革要求，具备融合的可行性。

2.STEM教育目标与物理课程育人目标相契合。依据新课程标准的要求，培养学生物理核心素养是物理课程的主要育人目标，涵盖物理观念、科学思维、科学探究、社会责任等多个维度。STEM教育将提升学生STEM素养作为教育目标，涵盖科学素养、技术素养、工程素养、数学素养等内容。其中，物理观念与科学素养相对应，侧重于让学生理解科学体系知识，形成相应的意识与观念。技术素养、工程素养与科学探究相对应，强调让学生整体体验问题探究及技术运用过程，形成相应的能力和素养。数学素养与新课标倡导的模型建构、科学推理等要求相对应，存在着包含与被包含的关系。

（二）原则要求

1.综合性。STEM理念要求整合科学、技术、工程、数学等多个学科的知识，因此物理教师要遵循综合性的原则开展教学活动，灵活融入其他学科的知识，引导学生学习跨学科知识，拓展学生的知识面。在引入其他学科知识时，教师一方面要深入剖析教材内容，保证引入知识与教材内容密切相关，另一方面要全面了解学生的认知水平，保证学生能够快速理解和消化。

2.情境性。STEM理念要求教师创设真实情境，引导学生在解决问题时学习相关的知识。物理课程与生活联系较为紧密，但一些教师往往依据教材开展教学活动，没有引入生活现象与案例，导致学生的探索欲望得不到激发。针对这种情况，教师要联系生活创设一定的问题情境，引导学生结合已有知识经验大胆假设与猜想，利用动手探究进行验证。创设真实的问题情境能够充分体现新课程标准的教育方针，能够将抽象复杂的物理概念变得生动形象，进而降低学生的学习难度。

3.发展性。促进科学与技术发展是STEM教育的重要目标，而物理学科也具有明显的发展性特征。因此，教师要贯彻发展性原则，密切关注物理学科的前沿进展，将一系列新的學习内容加入进来，让学生对科学进步深入感知，拓宽学生的知识视野。同时，在设计教学方案时，教师要充分考虑班级学生的实际水平，避免因理解难度过大而影响到学生的学习效果，对学生的个体发展造成阻碍。

4.实践性。STEM理念倡导教师依托问题或任务组织探究实践活动，教会学生学以致用。基于此，教师应充分体现学生的主体地位，结合教学内容设计具备操作价值的问题或项目，引导学生利用已学知识进行探究和解决，这样不但能够优化学生的物理学习体验，增强学生的成就感，还可以培养学生的动手能力、探究能力以及创新精神。

二、基于STEM理念的高中物理课程教学改革策略

（一）重构目标，指导教学

教学目标是教师开展所有教学活动的出发点与落脚点，因此在STEM教育理念指导下，教师要重构课堂教学目标。在确立目标时，教师需要整合STEM教育目标与核心素养培养目标，强调培养学生的跨学科知识与技能，引导学生经历观察、思考、讨论、探究等各个环节，促使学生在丰富感性经验的基础上形成学科核心素养与STEM素养。结合物理核心素养与STEM素养之间的对应关系，教师可设计这样的教学目标：（1）科学层面。深入掌握物理知识，能够利用物理概念、规律等解释生活中的物理现象，形成良好的科学态度。（2）技术层面。深入理解物理原理的本质，掌握物理原理、实验工具的应用方法，形成解决物理问题的能力。（3）工程层面。初步形成工程思维，能够与其他同学加强协作，共同解决项目任务，经历方案设计、实践探索、评价反思等环节。（4）数学层面。掌握数据收集、分析及处理方法，能够在物理问题解决中应用数学图表。

（二）创设情境，提出问题

STEM教育理念倡导教师带领学生在真实生活情境中学习、应用跨学科知识，依托真实情境和典型问题激发学生的探究积极性。因此，在物理课堂教学中，教师需利用真实的生活情境还原孤立、抽象、复杂的物理知识，进而设计出引发学生探究欲望的情境性问题。其中，新知引入在教学过程中发挥着十分重要的作用，如果教师能够巧妙设计课堂导入环节，将会迅速激发学生的学习积极性，改善课堂教学效果。在具体实践中，教师要深入了解班级学生的前认知及接受能力，剖析章节重点知识，采用图片、视频、教具等表现方式重现真实的问题情境，唤起学生的探索欲望，为后续教学活动的开展打下良好的基础。例如，在学习“超重与失重”知识时，教师可提前准备体重秤等材料，引导学生测量、记录自己的体重。在测量的过程中，学生可以做出起立、下蹲等动作，对体重秤的示数变化进行观察。当学生发现示数发生变化后，他们会产生浓厚的探索兴趣，这时教师就可以引导学生思考示数变化的原因，逐渐引出章节新知。总之，问题情境能够让学生产生探索的欲望，增强学生的内在学习动机与物理课堂的生命力。

（三）设置疑问，讨论交流

STEM理念倡导教师改变自身的角色定位，充分发挥学生的主体性作用。因此，教师要着重发挥自身的引导职能，结合真实问题或任务提出若干个子问题，引导学生在自主思考的基础上与小组成员交流、讨论与分享，逐渐理解新的概念知识，掌握相应的技能方法。现阶段，部分教师沿用传统教学方式，课堂气氛较为沉闷，无法调动学生的内部学习动机，严重影响学生的学习效率。针对这种情况，教师要积极应用提问策略，优化课堂氛围，不要只看重问题数目，要着重关注问题质量，判断设计的问题是否紧密关联课时重点内容、是否能够引发学生的思考欲望及互动兴趣、是否能够帮助学生梳理重点知识。根据提出的问题，教师可以组织学生合作讨论和研究，鼓励各个组员踊跃发表意见，逐步达成共识。在这一过程中，学生的参与需求得到满足，学习成就感得到增强，进而产生强烈的内部学习动机。相较于常规的提问教学方法，小组讨论的优势众多：一方面小组讨论真正体现了学生的主体地位，有助于强化学生的参与感和获得感；另一方面小组讨论能够同步培养学生的思考意识、协作精神，有助于促进学生物理核心素养的发展。

（四）答疑解惑，引导总结

受认知能力、思维方式等因素的影响，学生往往只能获取片面的结论，还有诸多问题没有得到有效解决。因此，教师要及时答疑解惑，带领学生解决探究交流过程中形成的问题，且对此节课的重点知识进行梳理和总结，帮助学生对相关概念与知识体系进行建构。在答疑解惑过程中，教师要善于应用启发式策略，引导学生逐渐找到问题解决思路，一步一步地解决问题，这样学生才能够牢固建构知识体系，发展思考探究能力。之后，教师要对此节课的重点内容进行总结，帮助学生内化吸收知识，建构完整的知识体系。例如，在教学“电场强度”知识时，教师对电荷之间的相互作用进行了演示，很多学生无法理解“电荷没有接触却产生相互作用力”。结合学生的疑惑，教师可设计启发性问题，如我们在以往的学习过程中是否遇到过类似的情况？磁体之间的作用力是怎么产生的？在教师的引导下，学生逐渐利用类比思想理解和掌握电场知识。

（五）引入项目，探索实践

STEM理念倡导项目化教学，依托项目实践探索活动全面培养学生的知识运用、探究创新等能力。因此，教师在完成基础知识教学后，需积极引入适宜的迁移拓展项目，为学生提供探索实践的机会。在选择项目时，教师需充分考虑班级学生的实际情况，认真贯彻最近发展区原则，科学管控项目的难度，促使学生的学习动机得到有效激发。教师在开展项目实践活动时，不能向学生直接讲解操作步骤，让学生按照固定的程序进行实践，这样只能够对学生的动手操作能力进行培养，无法促进学生知识整合能力、创新能力的发展。在具体实践中，教师要向學生提供自由发挥、自主创造的空间，鼓励学生按照自己的想法设计实验方案，依据实验方案开展动手活动，这样学生的创造力才能够得到培养。同时，教师要灵活引入小组合作形式，引导学生结合教师布置的问题任务认真搜集相关资料，与小组成员加强交流讨论，构思设计方案，之后与小组成员共同进行实践。在这一过程中，教师要对各组学生的项目进展进行密切关注，从教学资源方面提供支持。如果小组学生遇到了难以解决的问题，教师要及时进行引导，鼓励学生调整思路和方法，最终完成项目任务。例如，在教学“电磁感应”知识时，教师先带领学生学习教材中的基础知识，之后设计与教学内容关联密切的探索项目，引导学生设计能够判断感应电流大小的实验。学生经过查阅资料、相互交流，设计出相应的实验方案：先连接自制线圈与小灯泡，再快速插入与拔出磁铁，通过对小灯泡的亮暗程度进行观察，即可判断电路中是否产生感应电流及其大小。学生通过创新设计与动手实验，既可以深入理解与牢固掌握基础理论知识，又能够锻炼培养创新精神与实践能力。

（六）多元评价，促进成长

为充分体现STEM理念的应用价值，教师要及时优化教学评价机制，建设多维评价模式，发挥教学评价对教学活动的导向功能。

1.拓展评价主体。依据STEM理念，教师需在课堂教学中组织小组讨论、项目探究等诸多类型的活动。在活动实施过程中，教师无法全面了解各个学生的实际学习情况。如果单单由教师进行评价，就难以有效反映学生能力发展以及学习表现情况，所以教师应鼓励学生积极地参与其中，并结合自我评价、小组评价、生生互评等形式客观全面地评价学生的实际表现。

2.丰富评价指标。为全面了解学生各项能力的发展情况，教师需设计多个维度的评价指标，如活动参与表现、回答问题积极性、协作意识、创新精神等。通过丰富评价指标，我们能够保证评价的全面性。

3.具体真诚评价。教师在评价学生时，要采用真实的态度和具体的语言，不能简单地用“你真棒”等话语进行敷衍。如一些学生能够从新的角度思考问题，教师可先肯定学生的创新精神，再评价思路是否正确、答案是否准确等。如果学生出现错误，教师不能单单进行批评，而是要巧妙融合夸奖与批评，先发现、夸奖学生的长处，再采用适宜的方式指出学生的缺点与不足，这样学生更容易接受教师的意见。由此可见，采用具体、真诚的评价方式可以充分发挥评价的功能作用。此外，教师要充分考虑学生的性格差异，采用针对性的评价策略。如一些学生性格较为腼腆，教师要多采用鼓励评价形式，增强学生的自信心。

三、结语

综上所述，STEM理念与物理课程改革要求相适应，有助于培养学生的知识整合、创新实践等多方面能力。作为高中物理教师，我们要积极学习STEM教育相关的理论知识与实践经验，结合学科特点及学生情况高度融合物理教学与STEM教育，切实提高物理学科授课质量，全面促进学生进步。

参考文献：

［1］ 陈允怡.STEM理念下高中物理探究性实验教学——以智能手机传感器的应用为例［J］.中学物理教学参考，2020（20）.

［2］ 王浦宇，余洋.基于STEM的高中物理教学设计——以“光的全反射”为例［J］.中学物理教学参考，2021（36）.

［3］ 郑学旎，王笑君.基于STEM教育理念的高中物理教学设计——以“自感现象”为例［J］.物理通报，2020（9）.

［4］ 郭睿鹏.基于STEM理念的高中物理课堂教学改进——以“制作光控灯”为例［J］.成才，2021（21）.

［5］ 吴凌.高中物理教育中STEM教育理念的渗透研究［J］.今天，2020（9）.