劉喜珊 梁健華

【摘要】 物理學科的特點和STEM教育理念有很多相似之處，融合STEM理論的科學學習，能有效的使學生達到新課標所制定的目標。STEM 教育倡導多學科融合，基于真實問題情景下的跨學科項目式學習，其理念對于我國初中物理教育創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要啟發(fā)意義。本論文論述三種在初中物理教學嵌入STEM課程的實施策略，第一，先研發(fā)合適的STEM課程;第二，在物理課堂中，創(chuàng)設新情境，設置任務驅動的STEM“科學體驗課”;第三，課外時間，利用物理社團，嵌入STEM項目式學習;第四，借助學校科技活動節(jié)或年級比賽，嵌入STEM項目活動比賽。在摸索和實踐中，得到一些效果，同時也有一些不足。

【關鍵詞】初中物理教學   STEM課程   實施策略

【中圖分類號】G633.7

【文獻標識碼】A

【文章編號】1992-7711（2020）29-157-02

教育部2012年修訂的《義務教育物理課程標準》，它倡導探究式的學習，強調科學與實際，科學與社會的聯(lián)系。課程標準指出，本課程的價值是讓學生在形成物理學核心素養(yǎng)的同時，能夠在面對或解決現實生活中的某些問題，能用科學的知識觀點，思路和方法。

初中物理學科中，有“實驗”“想想做做”“想想議議”“STS”“動手動腦學物理”等環(huán)節(jié)，學生在學習的過程中，首先，要主動參與學習的過程，既要參與動手活動，也積極的融入到動腦的環(huán)節(jié)中;其次，完成工程學的任務或探究類學習，加深學生對物理學概念的理解和提升應用知識的能力;最后在實踐活動中，要適當的融入跨學科的知識和技能，特別是在實踐教學中，對科學技術工程和數進行整合，適應在學習中的要求。

STEM是科學、技術、工程和數學的英文縮寫。STEM教育倡導跨學科教育，依靠多種學科的思維，去解決和實際相關的問題，依靠真實問題的解決為任務驅動，讓學生能夠在實踐中運用知識，獲得知識。培養(yǎng)學生的問題解決能力，復合思維和創(chuàng)新思維。融合STEM理論的科學學習，能有效的使學生達到新課標所制定的目標。STEM 教育倡導多學科融合，基于真實問題情景下的跨學科項目式學習，其理念對于我國初中物理教育創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要啟發(fā)意義。

綜上所述，可見在初中物理學科中嵌入實施STEM課程具有一定的意義。下面介紹如何在初中物理學科中嵌入STEM課程。

一、研發(fā)合適可以到嵌入物理學科的STEM課程

國內近幾年才開始逐漸重視STEM教育，很多地區(qū)和學校都處于摸索和實踐的過程，沒有現有的成熟的通用教材，具體到融入初中物理學科可以實施的STEM課程就更少。因此需要研發(fā)合適學校實行的STEM課程。而基于實際物理教學中，由于課時量的限制，要單獨實施STEM課程的時間也有限，所以我們可以有效地利用我們的教育教學資源，設計符合自己學校特色的和初中物理學科特點的STEM課程，設計一些能嵌入在平時物理教學中的STEM課程。

設計STEM課程，我們秉承下面的理念：

（1）跨學科性理念

跨學科意味著教育工作者在STME教育中，不再將重點放在某個特定學科，或者過于關注學科界限，而中心放在特定的問題上，強調利用科學技術工程或數學等學科相互關聯(lián)的知識解決問題，實現跨學科界線從多學科知識綜合運用的角度，提高學生解決實際問題的能力。

（2）趣味性理念

STEM教育在實施過程中，要把多學科知識，融于有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學生生活相關的問題中，問題和活動的設計又能激發(fā)學生內在的學習動機，問題的解決，又讓學生有成就感，因此STEM項目的設計需要趣味性。在設計的過程中，可以把一些游戲或比賽融入到STEM項目，增加趣味性。

（3）體驗性理念

跨學科意味著教育工作者在STEM教育中，不再將重點放在某個特定的學科，或者關注學科界限。STEM課程可以設計一些項目學習，將重放在特定的問題上，強調利用科學、技術、工程或者數學等學科相互關聯(lián)，解決問題，從多學科知識綜合運用的角度，提高學生解決實際問題能力的教育目標。

根據STEM教育的特點和設計理念，課可以設計“嵌入物理課堂中基于真實問題情境下的探索式學習和課后項目學習”相結合的課程。結合物理課程的內容，有的章節(jié)可以改編成是基于真實問題情境下的探索式的STEM學習課程;有的章可以在整章教學的結束后，有一個課后STEM項目學習課程。在后面第三、四點將具體講解到“科學體驗課”和“項目學習課”的STEM 課程模式。

STEM課程編寫的模式應包括教學目標，教學內容與教學項目，教學工具與資源，教學活動，教學評價等方面。

二、創(chuàng)設新情境，任務驅動的STEM“科學體驗課”

當前物理學科中的實驗教學，大體分為兩種，一種是以教師為主體的演示實驗，另一類是以教材為中心，學生操作，老師指導的驗證性實驗或探究性實驗，這一類實驗在書中寫明有明確的步驟和注意事項，學生在指定的，器材中進行實驗，這些實驗教學中，比較強調怎樣通過實驗得出規(guī)律。這個過程能鍛煉學生理科邏輯推理思維和動手能力，但和沒有過多強調物理與生活實際的聯(lián)系。

我們把物理課本里部分章節(jié)的內容設置成一個新的情境，劃分成多個任務，充分的利用科學實驗的思維，把習得的物理知識同科學、技術、工程、數學與日常生活結合，這樣既能解決實驗教學中的問題，又能強調物理生活實際的聯(lián)系，同時增強了學生解決實際問題的能力，加深的物理知識與其他化學科知識的聯(lián)系，體現了杜威的“從做中學理論”和STEM的教育理念。

在物理課堂中嵌入STEM課程——科學體驗課，大體的設計思路如下思維導圖：

以初中物理八年級上冊第一章第一節(jié)為例，本節(jié)內容是“長度和時間的測量”，在傳統(tǒng)的物理課中，是在課室里，教師告訴學生長度和時間是什么的物理量，以及用什么工具，如何測量。比較多的是講授式模式。我們可以把這節(jié)課進行STEM課程改變，首先，給本節(jié)課創(chuàng)設一個新情境：“我們今天要去操場測量操場的跑到長度，旗桿的高度或旗桿的直徑”，引起同學們探究的動機。然后，分小組，讓小組自己設定項目，有的小組想要用卷尺測跑道，有的小組想用腳步測量跑道，有的小組想用手拉手的方式來測量跑道……同學們都比較有興趣自己猜想問題，提出猜想，并設計方案，進行實施，實施的過程中采集數據，并分析與論證自己的方案是否正確，是否有偏差，是否需要改進方案，在此過程中，同學們積極交流與合作，最終一起測量出比較理想的跑道長度。

在實施的過程中，老師沒有制定具體的工具和方案，但同學們在新情境中，比較感興趣，在任務的驅使下，會自己思考有什么辦法來測量它們呢？需要用什么工具？并利用數學的知識，工程設計的思路，科學的探索方法，進行完成跑道長度的測量。在此過程中，自然學會了長度的測量，刻度尺的使用，并體驗到合作與交流，用知識實際解決問題的樂趣，提高了各種能力。

這種在物理課堂中嵌入STEM科學體驗課，可以不拘泥于上課的形式，可以是在課室里，也可以在課室外;即能把物理中的知識應用會，又可以提高學生解決實際生活問題的能力。

三、利用物理社團，嵌入STEM項目式學習

可以利用學校社團活動，成立一個初中物理STEM社團，在課后做基于初中物理學科的STEM項目活動。在學習每章或每個模塊知識時，我們設計相關的項目學習，在設定項目時給出明確項目的結果，但模糊實施項目的具體任務。學生在指定的要求和課時內完成作品。學生得經過工程師般的思維過程來完成整個作品：學生利用多門學科知識積極探索，設計出解決問題的方案，并通過實踐，測試調查調整，尋找出最優(yōu)方案，完成任務或制作出作品。

在基于項目STEM學習中，學生要進行經常能夠聚焦于現實世界中的真實問題，跨學科的探究活動。學生在實踐中從多方面對項目學習的探索與思考，提升學生的科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數學素養(yǎng)、藝術素養(yǎng)，培養(yǎng)學生跨學科、多元化思維，最終培養(yǎng)學生的解決問題能力、復合思維和創(chuàng)新能力。

例如：學習完《物態(tài)變化》可以設計貼近生活的項目《自制唇膏》。學生制作唇膏的過程中，做一個唇膏需要什么材料，涉及工程中的材料學;需要什么配方，量多少，需要數學運算;如何熔化和凝固，涉及科學;如何從顏色，氣味，形狀等做的更受歡迎，也需要學生從藝術的角度設計完成。一個簡單作品的完成，涉及學生從多個角度，跨學科完成制作唇膏。

在項目學習的過程中，我們給學生的是一個明確定義的結果——制作唇膏，但模糊定義的任務，例如需要買什么材料，制作操作過程等，我們都不給出具體的任務，而待學生自己建構思路，調查，設計方案，初步制作，測試第一次作品是否合要求，然后分析問題所在，進行修改，然后用批判性思維討論出最優(yōu)方案，再制作出最優(yōu)作品。這而整個過程學生在任務驅動下，通過小組合作， 結合自我確定的挑戰(zhàn)而開展合作性活動。評價是以完成項目過程中的積累性表現和體驗所獲得的知識，而不是傳統(tǒng)意義的考試和測驗所得的成績。

四、借助學校科技活動節(jié)或年級比賽，嵌入STEM項目活動比賽

以《雞蛋撞地球》STEM項目為例，設置一些游戲活動進去，在學校初二年級舉辦這項活動，經過初賽和決賽，檢驗“雞蛋撞地球”科學游戲活動成效。比賽設置一些獲獎的條件，學生根據要求，自己利用課余時間，設計方案，嘗試實踐，修改完善方案，再實踐直到自己滿意為止，在學校規(guī)定的比賽時間，再進行實踐。類似這樣的項目可以成為聯(lián)系各個學科的紐帶，學生在完成真實項目的過程中進行知識的構建和深化，最終解決真實問題。讓同學們體驗“工程師”解決問題的思維模式。而且，這種活動形式，時間比較靈活，可操作性強。

五、不足與借鑒經驗

我們基于初中物理學科實施STEM課程的研究，以初中物理學科為研究對象，在初中物理課程中融入STEM教育理念，開展基于真實問題情境下的探索式學習教材和課后的項目學習，培養(yǎng)學生的STEM素養(yǎng)，即科學素養(yǎng)，技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數學素養(yǎng)，以達到提高學衡解決問題能力和創(chuàng)新能力。

但同時也有不足的地方：

1.對于如何設計物理學科實施STEM課程，精準設計項目，聯(lián)系實際生活，整合資源，形成STEM學習系統(tǒng)等沒有同一的標準，存在評價差異。

2.實施STEM課程，必要有相應的硬件，例如實驗工具，場地等支持。

3.教師經驗不足，需要更專業(yè)的STEM素養(yǎng)的教師培訓指引。

4.沒有現成的通用的教材，需要繼續(xù)模式實踐，并將成功的經驗編寫共享。

【參考文獻】

[1] 中華人民人民共和國教育部.義務教育初中科學課程標準（2011年版）[M].北京師范大學出版社，2012.

[2]張悅穎，沈祖蕓，小學STEM教育實踐路徑與方法——上海市世界外國語小學的探索，[M].上?？萍冀逃霭嫔?，2017.

[3] 丁杰，蔡蘇，江豐光，余勝泉.科學、技術、工程與數學教育創(chuàng)新與跨學科研究——第二屆STEM國際教育大會述評[J].開放教育研究，2013，4，19（2）.

[4] 趙中建，施久銘.STEM視野中的課程改革[J].人民教育，2014（02）：64-67.

[5] 秦瑾若，傅鋼善.STEM教育：基于真實問題情景的跨學科式教育，[J].中國電化教育2017（4）.