基于STEM教育的初中物理教学设计研究
摘 要：随着科技的发展与文化的进步，社会岗位对于综合性人才的需求越来越强烈，单一的课程教学已经不能满足人才培养的要求。在这样的背景之下，美国首先提出了STEM教育的理念，这是一种新型的教育理念。将STEM教育融入初中物理课堂，能够使课堂教学更容易被学生所接受，并能进一步提高学生的动手能力、综合素养和核心素养，有利于学生未来长远的、全面的发展。笔者经过调研，了解到初中物理STEM教育的国内外研究历史和发展现状，在前人工作的基础上，笔者将结合初中学生的心理特点、知识掌握情况和理解能力等，遵循新课改课程综合化的要求，采用适恰的评价标准，针对物理教科书的教学内容，开展基于STEM教育的教学设计。
关键词：初中物理；STEM教学；课堂改革；教学设计
美国国家科学委员会（NBS）于1986年发表了《本科的科学、数学和工程教育》（Science and mathematics and engineering education of undergraduate course）报告，首先提出了STEM教育的理念。STEM教育将科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）、数学（mathematics）四门学科结合起来。其中科学在于认识世界、解释自然界的客观规律；技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现与自然界的和谐共处、解决社会发展过程中遇到的难题；数学则作为技术与工程学科的基础工具。
STEM教学是一种以建构主义为主要思想，通过解决生活中、真实世界中的问题作为情境、背景，促使学生开发、完成一个项目，将自己所学过的理论知识：科学知识、数学知识、技术知识、工程知识，在实践的过程中运用出来，使学生能够更好的掌握这些知识，使这些知识能够在运用的过程中融会贯通。帅厚梅、鲁信在《在高中物理教学中渗透STEM教育理念——以“研究新型导体的伏安特性曲线”为例》[1]中指出，融入STEM教育的物理课程会更有情境性、设计性、体验性、协作性和跨学科性。STEM教育理念是对学生进行学科融合的、综合的教育，对于学生的理论知识与实践相结合、动手操作能力和创造能力，有了更高的要求，着眼于提高学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养。
结合STEM教育理念的教学让学生在课程学习的过程中，更加的具有主观能动性，能发挥自己的自主权，给学生更多创造力和想象力发挥的空间，充分调动他们在课堂上的积极性和兴趣，最大程度的通过实践的方式让学生将理论知识和实践知识相结合起来，以达到更好的教学目标。而对于技术、工程类的知识，其掌握程度的评价标准没有比实际操作来的更加精准了。但非所有的课程都是提倡结合STEM教育理念的，喻丹丹在《融合STEM理念的初中科学教学实践探索》[2]中指出：STEM理念下的课程内容是有选择性的，要选择一些比较综合的课程内容，并且可以实践，有可操作性，又是一些真实存在的社会性问题。由实际存在的真实问题出发，可以使学生更加的有生活体验和归属感，让他们觉得这些问题并不难解决，可以提高他们的参与感和积极性，而不是望而却步，综合类的课程又可以很好的与数学、工程、技术类知识相结合，使学生对于知识体系的融合与转化更加的得心应手，也能有效的提高学生的探究、合作能力和科学素养。
对于学生来说，在这个学习过程中，学生将经历准备、实施、演示、评估和纠正五个阶段。通过问题引入到背景经验学习再到工程问题解决的过程中，学生经历了一段跨学科融合的学习，在这个过程中，不仅能激发学生学习的积极性和学习兴趣，还可以加深学生对于知识概念的理解，还可以培养学生的科学探究精神，提高学生的动手操作能力以及工程、技术知识的运用能力，在合作交流的过程中，可以培养学生的领导能力、合作意识和交际能力，满足教育部《普通高中物理课程标准》中对于中学生的“适应现实复杂性”的需求，在评估和纠正的阶段，有利于学生养成自我反思的习惯以及批判性思维的能力。这一整个过程可以提升学生的问题解决能力、创造力和实践能力，让学生真正体会到物理、科学实验所带来的快乐。
董静在《STEAM教育在初中物理实验探究课的实践》[3]中指出：STEM教育对于老师来说提出了更高的标准和要求，现阶段的教师基本都是按照学科教学单一的课程内容实施教学，教师本身的专业限制也是一个问题所在。现阶段的教师基本都是学习了单一课程的教学内容、教学方法，极少数老师能够在课程教学的基础上还涉及了工程、技术等领域的学习，因此教师的专业单一，是限制STEM教学，限制课堂教学综合化的一个重要因素。但是目前新课改的大环境要求物理探究实验教学，要求教师注重学生的实验探究能力的培养，培养能够适应社会需求的综合性人才，创新性人才，而纵观现在的初中教育，对于实践能力和创新能力的培养却十分缺乏。谢杰妹、黄静在《基于STEM理念的初中科学概念教学设计——以杠杆教学为例》[4]中指出：STEM教学正是倡导以设计和探索为手段，运用科学与数学思想，通过应用技术手段，在解决实际问题中进行知识学习的教学模式。STEM教学满足《义务教育初中科学课程标准》中对于“初中科学课程是一门综合性的科学课程”的认识，以及立足学生发展、引导学生逐步认识科学的本质、体现科学探究的精神、反映当代科学成果的基本理念，还可以促进教师增加自己自身的专业知识，拓宽自己的专业知识领域，在课堂教学中，充分尊重学生的主观能动性，尊重学生的主体地位，真正变成学生的引导者。
那么如何将STEM教学理念融入进初中科学的课堂当中呢，该如何进行教学设计呢？教育工作者们对此进行了大量的研究和实践。诸如潘晓雯等的《融入STEM教育理念的初中物理课程设计》[5]中提到：学生在学习“运动和力”时，以“制作回滚筒”为项目主题，通过装置的设计、制作以及改进，最终实现知识和技能的迁移和融合。薛仕静的《基于STEM教育理念的物理复习教学范式的实践和思考》[6]中写到的：通过商场LED灯的问题的引入，制作LED灯来复习所学的凸透镜焦距、成像等光学知识。费志明也在《STEM视野下的初中科学课堂的开发》[7]中提到：基本上都是基于现实提出一个实际问题，再由学生通过自己目前所学的知识，进行“工程化”、“技术化”、“项目化”的设计，基于建构主义理论学习，通过PBL学习策略，将多学科知识整合起来。STEM教学比较注重学生的操作、动手能力，在提出真实存在的问题之后，由学生从工程技术、数学建模等多维角度去研究问题，思考对策，进行项目式学习，制作出方案以及器具。
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