(广东省广州市海珠区教育发展中心，广东 广州 510310)

教学模式是在一定教学思想或教学理论的指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。作为结构框架，突出了教学模式从宏观上把握教学活动整体及各个要素之间的关系和功能；作为活动程序，则突出了教学模式的有序性和可操作性。因此，基于核心素养目标的STEM课程教学模式也将从结构框架和活动程序两个方面展开说明。

1 结构框架

在STEM教学过程中，关键的是针对某一情境问题设计并制作出能够解决该问题的作品。在构建基于高中物理学科核心素养目标的STEM课程教学模式时，需将各个要素提取出来，它们之间的关系如图1所示，其中物理建模和工程实践是该教学模式中最关键的两个环节。首先，在问题解决过程中必然存在一个将实际问题转化为由学科知识整合的物理模型的过程，这个过程需要通过物理建模来实现；其次，确定了物理模型，对于设计的作品有了一定的构想之后，需要通过工程实践才能将这个想法转化成现实的作品。

图1

评价环节在该模式中主要起到如下两个作用：第一，在物理建模和工程实践环节中，需要通过评价环节来检验是否符合要求，并进行可行性分析，从而对存在的问题进行改进；第二，评价环节理应贯穿整个教学过程，评价这个教学活动是否实现了教学目标，达到了怎样的教学效果。

2 活动程序

基于对物理学科核心素养以及STEM素养要素的分析，笔者设计了基于STEM教学模式的教学流程(如图2)。

在物理课堂中实施STEM教学模式，共有4个环节：情境引入，提出问题，物理建模，工程实践，总结评价。

在此教学模式中，学生为学习的主体，教师则担当教学活动的组织者、学生学习的引导者和辅助者等角色。每个环节所对应的教师活动与学生活动各不相同，教师在每个环节中所起到的作用各不相同，比如在物理建模环节中，教师不能直接向学生给出所要构建的物理模型，而应当给予适当的指导，逐步引导学生自主构建物理模型，给予学生思考与自主学习的时间和空间。在工程实践环节，教师应为学生提供充分的资源，给予学生实践方面的指导，并且监督学生操作安全等。每个环节中的学习活动是按照循序渐进、由浅入深的原则设计，学生活动的整体过程是由实际生活转向理论探究，再利用理论指导实践的过程。总体来说，四个教学环节紧密联系，承上启下。

图2

2.1 情境引入，提出问题

情境引入环节是学生对于教学情境的初体验环节，所设计的情境应是教师在课前通过对知识以及学生学情了解的基础上，整合STEM课程而创设的完整的、真实的问题情景。

在课堂教学中，教师将学生引入情境中，与此同时应提出问题。问题的来源分为：(1) 教师直接给出与情境相关的问题；(2) 教师引导学生在情境中发现问题，问题隐含于所给情境中，需要学生自主分析、讨论得出。例如教师可以在课堂上播放古代战争中所用到的攻城武器——投石机的视频，并提问：投石机跟我们学到的什么物理知识有关？如何把石头投得更远？应注意的是，教师所创设的情境应该与后面的工程实践有一定的联系，不能只有知识之间的联系。教师应减少不同情境的给出，以免对学生的思维造成混乱，情境的创设应做到少而典型。在物理教学中为学生创设STEM情境，促使学生独立思考，激发新、旧知识之间的冲突，形成问题，极大地激发了学生的学习兴趣和探究欲望，有效培养学生的问题意识和分析能力。

2.2 物理建模

物理建模是将比较繁琐的真实物体抽象化为简单的物理模型，或者将具体的核心局部放大，进而专注研究核心因素的物理形象，其目的是让真实问题更加简单化、明了化、可操作化，本质就是将具体情境中的实际问题转化为物理问题，使学生从科学的视角审视现实生活中的问题。在教学中引入物理模型教学，一方面能促使学生学习、理解物理知识，另一方面有助于培育学生的创新思维、科学态度，使学生掌握科学研究的基本方法，尤其是在面对应用型物理问题时，学生能够运用科学思维方法，从而促进学习。

在物理学习中，学生所遇见的物理模型多种多样，常用的物理模型可分为三类：(1) 对象物理模型，比如质点、单摆、自由电荷等；(2) 过程物理模型，比如匀速直线运动、匀加速直线运动、抛体运动、圆周运动等；(3) 条件物理模型，比如理想斜面、匀强电场和磁场、均匀介质等。

在融入STEM教学模式的物理教学中，学生自主构建物理模型是其首要的、关键的环节，为后面的工程实践打下基础。在物理课堂中实施STEM教育，首先要将所讲的具体情境展示给学生，让学生对情境进行细致分析，进而接受并获取知识，这样可以培养学生的创新能力，在工程实践环节有效运用物理知识。

具体情境中的问题具有以下特点：提出问题的过程具有较高的复杂性，已知条件具有隐蔽性，影响因素具有多元性，解决问题时需考虑方案选择的最佳性等。在物理教学中引入物理建模，将复杂的问题简单化，有利于学生理解物理知识，提高学生学习的积极性。

从具体情境构建物理模型的过程具体可以分为如图3的步骤。

图3

在此环节中，学生自主利用所学知识建构物理模型，教师提供相应的帮助引导学生建模。例如学生根据教师播放的投石机视频，首先提取出关键信息、简化实物，从而构建出能体现出投石机原理的模型。物理模型具有抽象性与形象性，是将现实问题转化为物理问题的有效途径，便于学生理解物理知识，降低学习难度；物理模型具有科学性和假定性，有利于培养学生的物理观念、思维能力以及严谨的科学态度，提高解决实际问题的能力。

在此环节中教师应当指导学生把复杂的学习任务加以分解，把学习逐步引向深入。例如在STEM课程中，学生最终是要做一个工程作品作为课程学习的成果，教师可提供一个已有的关于制作简易投石机的方案供学生参考，并提供器材，同时也应确定一个目标，如学生所制作出来的投石机应能投出规定的距离或高度。让学生能够参考教师提供的方案和器材，和同学共同讨论、制定实现目标的方案。

2.3 工程实践

工程实践是指学生利用工程知识，通过设计、制造，将物理问题转化为一个具体作品的过程。它包括设计制造和测试评价两个环节，这两个环节相互迭代、螺旋上升，其步骤为：设计→制作→测试→再设计。

设计建造是指学生根据自己的方案利用建模软件或工具进行模型设计，再利用相应的材料和手段进行工程实施，最后得到初步作品的过程。例如学生根据上一环节所制定好的制造投石机的方案，利用教师所提供的器材，制造出一个简易的投石机，该投石机能够初步满足教师所提出的目标，如可以达到规定的距离或高度。

测试评价环节是在学生作品制作完成后,对照设计目标，测试产品是否能够满足要求的环节。学生应该在各种可能的条件下对自己的产品进行多次测试，针对测试过程中出现的问题，重新回到问题的起点,通过小组成员头脑风暴以及教师评价,找到解决问题的办法,然后更新方案设计，再次建立模型,进行测试及改进。例如学生制造出一个简易的投石机后，应该测试能否实现教师提出的目标，如不能，则应不断改进，或者请教教师；如能，可以寻找作品的优化方案并实现。

在开展工程实践过程中，教师应提供巡回指导，在学生设计建造和测试评价前，教师应提供建模工具的讲解和介绍；在学生设计建造中，教师应巡视每个小组的进展，并给予学生相应的指导和帮助，如提供设计建造的工具及其使用方法、提醒学生注意操作安全等；在测试评价时，教师应提供一些工程测试的常用方法和技巧，并及时对学生的作品给出自己的建议和评价。

在整个过程中，引导学生在问题探究的过程中使用科学的研究方法与过程技能，提高学生的科学思维能力，提高学生的实际操作能力、克服困难的能力、团队协作能力，使学生的科学和工程素养在“做中学”的过程中得到提升。

2.4 评价总结

该环节倡导过程性评价，学生在确定最终方案并且制作出最后的作品后，各个小组上台展示设计思路、团队分工、探究的问题等，分享经验，交流与总结制作的技巧与作品特点，介绍遇到困难和克服困难的过程。学生在这个过程中可以锻炼沟通与表达能力，吸取其他组的优点，正确认识本组的长处，反思本组的缺点与不足，形成良好的批判思维。每个小组分享后，教师应给予相应的评价，同时组间进行互评。最后教师进行总结，对于学生整体任务完成情况、小组作品的亮点和不足之处要有一个简洁的评价。

对学生的评价并不只是总结性的教师评价和组间互评，在整个教学过程进行当中，教师按照课前设计制作的评价量表进行表现性评价，将过程性评价和总结性评价进行整合，最后为学生给出综合性的成绩与评语。