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浅谈在高中物理教学中渗透STEM教育理念的策略

发布时间:2020-06-02 人气:

作者:陈思鑫
  摘要:现如今高中生更多关注的是记忆和解题技巧,而不是发现问题和解决问题。在高中物理教学中渗透STEM教育理念是改变这一问题的新思路。从教学实际出发,提出以工程设计为基础,注重知识与真实情境相联系,提出了强化科学探究,重视项目设计的课堂模式。
  关键词:高中物理;STEM教育;价值
  一、 STEM教育的现状
  STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)四门学科英文首字母的缩写。STEM教育不是四门学科简单的叠加组合,而是以多种多样的学习活动方式支持学生解决实际问题中实现不同学科知识和方法的整合、运用和迁移。近年来,STEM教育受到世界各国的重视,美国、英国、德国等国家都设计了本国STEM教育发展规划。我国也在2018年由中国教育科学研究院提出了“中国STEM教育2029行动计划”,这必将极大推动我国STEM教育真正落地并持续健康发展。在中小学教育阶段,目前STEM教育主要在小学阶段尝试,在高中阶段的STEM教育的研究和实践则相对滞后。
  二、 渗透STEM教育理念的价值
  (一)有利于学生物理学科核心素养的培养
  物理学科核心素养是指学生在物理学习过程中不断形成的适应社会需要和个人发展的必备品格和关键能力。这就要求物理老师不仅仅是课堂上物理知识的传授,不能简单以解题代替能力的培养和科学思维的提升。应该创设条件让学生把物理所学的作为一种工具、一种思维方式去探讨实际问题。STEM教育所倡導的在真实情境中学科融合多学科知识解决问题的理念与物理学科核心素养的培养是一致的。
  (二)高考中体现STEM教育理念
  物理与数学、科学的其他学科、工程、技术等方面的联系十分紧密,近年来高考中不少题目出现了融合了技术和工程背景的物理试题。2016年出现的利用热敏电阻设计的报警系统,,2017年出现的测量稀薄气体压强的仪器,2018年探讨高空坠物的冲击力问题,2019年利用数码相机连拍功能研究自由落体等等。在高考试题中出现物理学科与工程、技术、数学的融合,这要求在平时教学中要重视STEM教育渗透在教学环节中。
  (三)有利于学生的生涯规划教育
  如今高中生在学校里接受物理教育,却很少能反映从事物理相关职业的人实际的工作。如果学生能在高中阶段体验到像科学家一样探究问题,像工程师一样解决问题,了解相关的职业及其发展前景,能让学生更好地树立人生目标,对其今后的就业选择具有指导意义。更为重要的是在开展STEM教育过程中提高学生的科学探究能力、创新能力和解决复杂问题的能力,为培养国家经济发展所需的复合型、创新型人才奠定了基础。〖HJ0.65mm〗
  (四)有利于强化国家经济实力
  STEM教育是基于美国所具备的科技人才资源于全世界中比例逐步下降,且在亚洲国家经济飞速增长,使自身科技技术不断提升的背景下被提出的,而在美国一项教育评级及国家评估项目研究显示,中小学测评结果优良,在这样的环境及市场压力下,STEM的积极提出可进行国家竞争力的不断增强,可见,实施STEM教育是社会公认为加强国家经济实力的关键性指标。就目前现状来看,我国科技人资建设处于相对落后的状态,科学及工程教育体系尚未完善健全,立足于高中教学视角下,除科学及数学教育发展局势尚为可观,但在工程及技术教育上,并无一席之地,这一点应引起社会及教育领域高度重视。将STEM教育理念合理引进高中物理教学,引进中国教育,除提升物理成绩外,亦对国家科技人才的培养发挥积极作用,从长远眼光看,该理念可强化中国在全球中的经济实力,而且这一理念会让学生更深刻地了解STEM相关职业,从而产生兴趣,培育更多的科技型人才。
  三、 高中物理融合STEM教育的课堂模式
  高中物理课堂中融合STEM教育,可以工程设计为主线,结合物理学科的科学探究思维设计项目任务。让学生采用各个领域的知识来解决问题,更为重要的是让学生动手实验。项目任务解决过程本身就是学习的过程。把学生拉回到真实的情境中,通过“科学探究”和“工程设计”等实践活动开展学习,运用跨学科的知识应对和解决挑战性任务,是STEM教育中比较适切的课程设计模式。高中物理关于长度测量的工具游标卡尺是一个重要的考点,其读数问题一直都是一个易错点,重要原因就是学生对这一实用工具原理不清。改变教学模式,以《游标卡尺的设计》作为项目任务,通过引入—探究—解释—工程—深化—评价一系列的课堂环节,融合STEM教育,让学生更好地掌握游标卡尺原理。
  (一)引入
  在介绍项目之前,必须抓住学生对设计问题的兴趣点。在该环节中要让学生对于项目目标和范围达成共识。可以通过工程人员使用游标卡尺进行工件测量加工的真实场景作为情境导入,联系刻度尺读数和精度问题,提出项目目标是“设计一把高精度尺子”。
  (二)探究
  在这个环节中,学生需要明确问题,分析需求,并基于已知的内容,结合课堂讨论进行头脑风暴,形成初步的设计方案。教师需要提供探究支架,组织有序的探究活动。引导学生,通过数学推导和讨论,得到游标卡尺的原理,在游标尺刻度讨论环节,可以通过一系列问题,引导学生思考。
  (三)解释
  学生要整理讨论后的结果,选择最佳方案。通过思维导图等方式向其他同学解释项目方案选择的依据、实施的策略、可能存在的问题。这个环节教师可以进行提问,引导学生更好地解释探究的结果,并把这些结果向其他同学分享。
  (四)工程
  在该环节,学生需要把前期方案变现,需要在短时间完成项目原型的制作。课堂上可以提供硬纸片或者塑料薄片作为游标卡尺结构材料,提供尺子、剪刀、美工刀等工具。有条件的学校可以采用激光雕刻机等工具。学生在实际动手的过程中,去一步步验证自己的设计,真正实现“做中学”。

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