区燕珍

【摘要】 科学技术的快速发展，预示着社会对人才的综合能力要求更高，主张学科融合的STEM教育在中学科学教育中发挥着越来越重要的作用。本文结合初中物理教学实施，分析初中生的特点，结合STEM的教育理念，对初中物理热学部分内容的教学进行重新设计，结合课堂中教学实际，对教学效果进行了分析总结。

【关键词】 STEM教育 物理教学 核心素养

【中图分类号】 G633.7

【文献标识码】 A

【文章编号】 1992-7711（2020）01-155-020

一、引言

随着社会的发展，从知识经济时代到后工业时代再到现在的互联网时代，低创造性的职业、岗位逐步被机械化取代，知识在互联网上外挂，对学习者知识记忆等低阶认知要求逐步降低，社会对人才需求趋向于综合性。目前单科教学的方式难以达到对综合性人才的培养要求，尤其是高素质的工程人才。而以学科整合为背景的STEM教育在中学科学教育中发挥着越来越重要的作用。物理作为理工科课程，在初中的物理教学中融入STEM概念，并基于STEM概念开展相关知识的教学显得很有必要。

二、STEM概述

STEM 是由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的首字母组成。在飞速发展的科技创新背景下，STEM 教育的出现意在弥补传统教育所出现的问题，与当前中国分科教学相比，STEM 教育突破了学科之间的独立性且重新定义了科学、技术、工程和数学的集成内涵，预示着学科教育应多关注学科之间的联系。

三、新课程标准对初中物理教学的要求

我国2011年颁布的《义务教育物理课程标准》中明确指出义务教育阶段的物理课程作为科学教育的组成部分，是以提高全体学生科学素养为目标的自然科学基础课程。此阶段的物理课程不仅应注重科学知识的传授和技能的训练，而且应结合实验，注重与生产、生活实际、时代发展的联系，让学生经历实验探究过程并关注技术应用带来的社会进步和问题，使学生掌握科学探究方法，提高分析问题及解决问题的能力，提升学生的学习兴趣和探究能力，培养他们的创新意识和科学素养。2016年9月教育部发布了《中学生发展核心素养》，明确了学生发展的六大核心素养，其中物理学科核心素养由“物理观念”“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”等4个方面的要素构成。

四、初中物理教学现状分析

物理作为自然科学的一部分，与生活、科技、社会发展关系密切。新课改强调物理知识在科学技术、生产活动、社会生活中的应用。鼓励教师在日常教学中整合教学内容、设计并开发课程，培养学生的核心素养。但在考试评价的背景下，教师更过于注重强调概念、定义和解题方法，教学脱离了真实的生产生活情景，使得学生学习兴趣下降，利用物理知识解决实际问题的能力有待提高。虽然，在某些习题或者教学环节中，对稍微结合现实生活情景，但也知识粗略带过，并没有深入地让学生体验物理与现实社会生活的机密联系。

五、基于STEM理念的物理教学开展的重要性

为了深入实施《中国制造2025》，进一步提高制造业人才队伍素质，实现制造强国的战略目标。2016年12月由国家教育部、人资部、工信部共同编制《制造业人才发展规划指南》（下文简称《指南》）。《指南》中提出了制造业人才发展的主要任务，要求在基础教育阶段的实践活动课程、通用技术课程中加强学生制造业基础知识、能力和观念的启蒙和培养。由此可见，无论是物理新课程标准还是《指南》中，都对基础教育阶段培养学生的核心素养提出了要求。

在STEM教育中所包括的工程与技术理念，符合基础教育培养学生“科学思维”、“实验探究”和“科学态度与责任”的教学目标要求。结合物理学科特点与学生发展阶段特点，让学生在“玩”中学、在“做”中练、在“设计”中应用，提高解决实际问题能力的策略。在STEM教育理念指导下，利用解决问题、设计项目等活动的设置，可以培养学生的工程技术素养。在初中物理教学中融入STEM教育理念，既能提高学生对物理知识的学习兴趣，又有利于培养学生科学思维和创新能力。同时有助于提高课堂教学的效率，给物理教学提供新思路，给学生提供更完善的知识背景，提高学生的核心素养，为学生之后的学业选择、职业选择以及终身学习打下基础，从而培养具有 STEM 综合素养的人才。

六、基于STEM理念的物理教学设计实例——自制便携冰箱

基于STEM理念的物理教学设计应包含一下几个方面：学情分析与教学目标：了解学生最近学习或准备学习的课程的相关主题，对学生的学习内容、课程内容、以及学科概况有宏观上的了解从而确定符合学生现状的教学主题，明确合适的教学目标。 教学问题设计：所设计的教学问题要基于现实世界和情况，能够吸引学生的兴趣，激发他们探索和深入了解相关知识，而且需要团队成员之间的合作来解决。 教学步骤的构建：教师可以通过分解问题构建教学步骤，分析问题解决的阻力，合理安排教學实践开展的顺序，协助学生解决教学问题，从而达到教学目标。 多元化评价：学生通过学习设计出解决问题的方案后，提供平台让学生展示、测试、交流、优化方案，并对相关知识进行拓展运用等。

（一）分析学情与确定教学目标

八年级的学生即将要开展物理科的学习，对物理科学习的内容、为什么要学习物理、学习物理有什么实质好处等各个方面都充满疑惑和好奇。通过主题为“自制便携冰箱”的项目课程的学习，以期达到以下几个教学目标：

（1）让学生将真实生活中遇到的问题与物理知识产生联系，让学生体验到物理与日常生活紧密联系，并不神秘，消除学生对物理的陌生感。

（2）掌握并应用相关的物理知识：热传递、比热容、温度计、物态变化。

（3）制造一个实用便携的冰箱，在制作和优化项目作品的过程中培养学生的核心素养。

（二）提出教学问题

通过视频资料展现真实生活情景，提出制作便携冰箱的项目主题、吸引学生兴趣、激发学习热情：炎炎夏日小明与伙伴们到郊外游玩，休息时想喝冷饮降温，但是经过几个小时的游玩后，原来冰冷的饮料已经被晒热，食物也变味腐坏。如果有一个能够行走的冰箱，就可以解决这些问题。请同学们利用提供的工具制作一个便携冰箱吧。

（三）设计教学步骤

教师作为引导者，通过提出以下问题，协助学生整理思路，开展项目活动。

1.冬天，当我们想随时喝到温水时，会使用保温杯装水。请同学们思考下面的问题：

（2014年广州市初中毕业生学业考试第23题）有两个容积相同的保温杯，设计实验比较哪个杯的保温效果好。

（1）需要的实验器材：                                                            .

（2）写出实验步骤和判断哪个杯保温效果好的根据。

学生在解决问题的过程中，学习并掌握了人教版物理八年级上册第三章第1节《温度计》的相关内容：知道温度及摄氏温度的规定;通过“用温度计测量水的温度”的实验，了解温度计的结构及工作原理并且会使用温度计测量温度，感受物理与生活的紧密联系。同时了解水温降低的原因：不同温度的两个物体接触后会发生热传递，使高温的水放出热量温度降低。让学生再次感悟到物理与生活息息相关，无处不在，同时引发学生思考如何减缓热传递，使保温杯的保温效果更好。从而引出下一个学习内容：

2.请学生说说生活中见到过的隔热材料或隔热方式，课后鼓励学生利用资源丰富的互联网查找相关信息，引导学生正确使用网络，增长见闻，帮助学习。

3. 通过视频了解冰箱的基本结构和制冷原理。并具体展开学习人教版物理八年级上册第第三章相关的物态变化的内容，知道同种物质在固、液、气三个状态转变的时会吸热或者放热，为自制冰箱奠定初步理论基础。

4.为自制冰箱挑选制冷剂的过程当中，通过对人教版物理九年级全一册第十三章《比热容》的学习，让学生了解到不同物质吸热能力不同。学生综合考虑制冷材料的熔点、沸点、比热容等各方面因素，参考网上查询的资料，最终确定冰箱的制冷剂。

5.整个项目学习、制作的过程中，各小组成员分工合作，设计、挑选材料、组装、外形美化等充分发挥小组成员的个人特长，让每一个成员都参与其中，并为之自豪。

6.冰箱完成后，完善作品。

（四）开展教學评价

各个小组作品完成后，让小组每一个成员就其负责的方面向全体同学介绍作品并分享制作心得。各个小组都分享完成后，教师再次作为引导者，引导学生从冰箱的重量（便携性）、保温时长（实用性）、容量、外形等多个方面以产品拍卖的方式评选一个最佳作品，每个小组可以获得拍卖价格对应的饮料和食物，放在制作的冰箱中，冷冻后食用。项目结束后，鼓励学生吸取其他小组的冰箱的优点，继续完善自己小组的作品，并在实际生活中使用。在不断的使用过程中继续提升，改良，拓展。

（五）教学反思

“自制便携冰箱”项目课程的教学，主要以物理知识和工程技术为主线，让学生在工程制作的过程意识到学习物理知识的需要，然后按照学生的需求教授相应的物理知识，对初中八九年级的物理热学知识整合作为模块一起讲授，使得学生对知识的掌握成块状，并且综合运用，突破了物理热学知识的分散造成学生学习困难的难点。在项目课程开展的过程中学生会主动利用网络搜索相关信息，以改良自己制作的冰箱，体验了产品制作到完善的全过程，对于学生日后的工程制作有很好的示范作用。冰箱的制作涉及各个方面，最大程度地激发了小组每个成员的参与积极性，充分发挥每位小组成员的特长，体现出现在社会当中不同的人担任的角色。但是物理课时有限，关于冰箱的制作则需要学生在课后的时间自觉到实验室制作，教师也利用课后的时间及时指导学生的制作，最后在物理课堂上进行展示与交流。

七、结语

多学科融合的STEM教育理念的指导下，开展初中物理教学，有利于培养学生的核心素养，培养高素质综合性人才。但符合我国目前教育制度的STEM教育模式仍不成熟，借鉴不足的背景下，需要教师认真整合本学科的教学内容的同时，也需要具备其他相关学科的知识，合理设计教学项目，在不断的尝试与反思中，不断完善。

【注：本文系广东教育学会教育科研规划小课题“基于STEM教育理念的初中物理教学设计研究”成果（课题编号：GDXKT20582）】

[ 参  考  文  献 ]

[1]王玲玲，基于STEM的小学科学课程设计研究[J].华东师范大学，2015（5）.

[2]教育部，《义务教育物理课程标准（2011年版）》，http：//www.hteacher.net/jiaoshi/20120202/20600.html.

[3]柴秀芹、王凤程，基于核心素养的高中物理实验课教学——“验证机械能守恒定律”教学设计[J].中学物理教学参考，2017（5）：24-25.

[4]教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部，《制造业人才发展规划指南》，https：//wenku.baidu.com/view/0c9956c16aec0975f46

527d3240c844768eaa061.html.

[5]汪依凡.基于STEM的初中物理教学策略与设计研究[J].扬州大学，2018（5）.