【摘要】 ?在STEM理念下高中物理教學(xué)通過設(shè)計(jì)有邏輯的學(xué)生自主探究過程，將新知識納入舊知識結(jié)構(gòu)，以小組合作學(xué)習(xí)等形式，進(jìn)行一些工程設(shè)計(jì)與開發(fā)，解決實(shí)際問題，達(dá)到學(xué)以致用，使學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿在在高中物理教學(xué)過程中，落到實(shí)處，要處。從生活走向物理，從物理走向社會，關(guān)注學(xué)生社會情緒的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】 ?核心素養(yǎng) STEM 汽車安全行駛 小組合作學(xué)習(xí)

【中圖分類號】 ?G633.7? ? ? ? ? ? ? ?? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 ?A 【文章編號】 ?1992-7711（2020）19-163-02

2018年1月，教育部發(fā)布了《普通高中課程方案和全部學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，這是物理學(xué)科核心素養(yǎng)下的課程標(biāo)準(zhǔn)。物理課程作為一門自然科學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)課程，要從四個(gè)方面（科學(xué)知識、科學(xué)方法、科學(xué)精神與態(tài)度、科學(xué)應(yīng)用）為學(xué)生今后的生活和工作作準(zhǔn)備，使學(xué)生養(yǎng)成終身發(fā)展所需的必備品格以及關(guān)鍵能力，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。重新調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生能夠?qū)κ挛锖退龅降膯栴}進(jìn)行理智的獨(dú)立分析、判斷，并能創(chuàng)造性地解決問題，這是具有實(shí)際意義的。

STEM教育是在單一學(xué)科的理論基礎(chǔ)上，進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)，通過團(tuán)隊(duì)合作，解決實(shí)際問題，將學(xué)科知識與生活實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)過程。STEM課程理念，最早由美國國家科學(xué)基金會（National Science Foundation，NSF）提出。主要包括4部分內(nèi)容，分別是科學(xué)SCIENCE，技術(shù)TECHNOLOGY，工程ENGINEERING，數(shù)學(xué)MATHEMATICS，這四個(gè)相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的學(xué)科是科技的基礎(chǔ)，是高素質(zhì)創(chuàng)新性人才所必備的核心學(xué)科。培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性人才被認(rèn)為是增強(qiáng)國家競爭力的重要手段，是社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本動(dòng)力。

目前，被大多數(shù)人普遍接受的，Rider-Bertrand教授在2007年對STEM教育的定義： STEM教育是有目的地整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四大學(xué)科的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，通過跨學(xué)科融合教學(xué)，學(xué)生將從中發(fā)現(xiàn)并獲得能在學(xué)術(shù)和現(xiàn)實(shí)生活背景中可以運(yùn)用的知識、能力以及科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)思維等，以提高學(xué)生核心競爭力。因此，可以看到，STEM課程理念更注重整合，課程的整合，不同學(xué)科、不同能力的整合。教學(xué)則應(yīng)該在整合的過程中，形成具有凝聚力的教學(xué)策略和教學(xué)方案。而我國關(guān)于STEM課程的研究起步較晚，直到2016年6月7日，我國國家教育部頒布了《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的文件中明確指出“積極探索信息技術(shù)在創(chuàng)客教育、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力”。這作為綱領(lǐng)性的文件，標(biāo)志著我國正式踏入STEM教育改革的行列中。

現(xiàn)有研究主要還是集中在對國外STEM理論發(fā)展的理論研究方面以及對國外各部門在推行和落實(shí)STEM課程理念的過程介紹等。而關(guān)于從幼兒園、小學(xué)、初中以及高中階段（相當(dāng)于美國K-12階段）的STEM課程的研究不夠具體，缺乏實(shí)踐探索的真實(shí)案例，特別是在高中物理課堂中，具體把STEM課程理念，落實(shí)到教育教學(xué)實(shí)踐中的還很少。因此，在以分科教學(xué)為主的高中教學(xué)背景下，開展有關(guān)STEM課程理念下的高中物理教學(xué)模式的研究，是符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

STEM課程理念具有跨學(xué)科，跨領(lǐng)域的特點(diǎn)，它涉及到科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科?？茖W(xué)（S），是人類探索、研究、感悟宇宙萬物變化規(guī)律的知識體系的總稱，是人類對世界的認(rèn)識以及自然現(xiàn)象和客觀規(guī)律的解釋。工程（E）和技術(shù)（T），應(yīng)該說是人們在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，改造自然，以達(dá)到預(yù)定目標(biāo)來滿足社會發(fā)展需要的方法和手段。 數(shù)學(xué)（M）則是科學(xué)、工程和技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類在探索世界中不可缺少的科學(xué)工具。

以學(xué)生參與為主體，基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，基于科學(xué)探究過程和工程設(shè)計(jì)過程的“STEM”教育，其探究式思維以及工程技術(shù)實(shí)踐引導(dǎo)理念，與物理新課標(biāo)是非常吻合的，同時(shí)為高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)提供了指引，也明確了方向，為實(shí)現(xiàn)高中物理高效課堂提供了可能。

一、 解讀教材，落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)

“汽車安全行駛”安排在學(xué)習(xí)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，目的是要學(xué)生能夠進(jìn)行勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用和遷移，因此本節(jié)是本章的一個(gè)比較重要的、典型的應(yīng)用型知識點(diǎn)。普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）（以下簡稱“新課標(biāo)”）要求是：“通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識汽車安全行駛問題”，要求學(xué)生能通過一些科學(xué)探究或具體的活動(dòng)來了解和體驗(yàn)汽車安全行駛。理解汽車安全行駛的實(shí)質(zhì)，理解物理觀念。具體分析為其一： 應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析汽車安全行駛距離，不僅有利于學(xué)生鞏固對規(guī)律內(nèi)容理解，也有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，提升科學(xué)思維.其二，這是一個(gè)貼近日常生活的實(shí)際問題，學(xué)會應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的方法和思路，學(xué)會理想化處理實(shí)際問題，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和體會見物說理的奧妙。其三，將德育教育滲透在日常物理教學(xué)中：遵守交通法規(guī)，安全出行;珍愛生命，人人有責(zé)，從而激發(fā)學(xué)生社會情感價(jià)值，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

二、 基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向及融合STEM理念來處理教材

（一）創(chuàng)設(shè)生活情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

生活情境1：播放學(xué)生課前完成的“生活中的交通意外現(xiàn)場”的視頻，提供素材。

創(chuàng)設(shè)生活情境，從生活走向物理。激發(fā)學(xué)生的求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，為課堂教學(xué)埋下伏筆。

課前布置和指導(dǎo)學(xué)生分學(xué)習(xí)小組合作完成“汽車行駛事故調(diào)查報(bào)告”，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境。這其中包含了前期準(zhǔn)備工作和后期的匯報(bào)處理，通過該活動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生精益求精、務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)合作的科學(xué)精神。

（二）觀察視頻，提出研究問題

提問與小組討論一：為什么要保持一定的行車距離？討論二：我們?yōu)槭裁床豢删坪篑{車？

通過對視頻觀察及老師提出問題引導(dǎo)思考，引導(dǎo)學(xué)生理解安全距離，運(yùn)用學(xué)習(xí)的知識分析物理現(xiàn)象。

（三）實(shí)驗(yàn)探究、體會研究方法

情境2：有一輛汽車以108km/h的速度在泊油高速公路上行駛，突然駕駛員發(fā)現(xiàn)一輛大卡車橫向停在其前方70m處，于是他馬上以10m/s2的加速度進(jìn)行緊急剎車。請問：是否會發(fā)生撞車事故？

變式情境3：剛才問題的解決是建立在駕駛員發(fā)現(xiàn)情況與采取剎車動(dòng)作是同時(shí)進(jìn)行的假設(shè)為前提的。但實(shí)際生活情境中，兩者能否做到同時(shí)進(jìn)行？

實(shí)驗(yàn)探究：人的反應(yīng)時(shí)間是指從你的眼睛看到信號，到你開始做出相應(yīng)的反應(yīng)之間的一段短暫時(shí)間間隔。請用你身邊的器材設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，粗略測量人的反應(yīng)時(shí)間。

物理學(xué)科核心素養(yǎng)中對科學(xué)探究素養(yǎng)的具體要求：提出問題，進(jìn)行猜想或假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲取和處理數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，最后還需要對實(shí)驗(yàn)探究過程和結(jié)果進(jìn)行相互交流、評估和反思。學(xué)生必須親自經(jīng)歷探究過程，細(xì)致觀察，善于分析，發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，嘗試用科學(xué)探究的方法研究物理問題。通過學(xué)習(xí)小組組內(nèi)組間的交流，可以提高學(xué)生間的協(xié)作意識，體會合作的重要性，同時(shí)提升學(xué)生團(tuán)隊(duì)溝通能力。在實(shí)驗(yàn)操作過程和生生交流過程中，教師要做適當(dāng)?shù)脑u價(jià)與激勵(lì)，將有效的教學(xué)資源加以利用，最終才能使教育不僅是讓學(xué)生記憶百科全書式的知識，更是讓學(xué)生經(jīng)歷一種過程和領(lǐng)悟一些方法，提升一些能力，授人以魚不如授人以漁。

（四）學(xué)以致用，變式情境

變式情景4：在情境2中考慮駕駛員需要經(jīng)過0.5s的反應(yīng)時(shí)間才開始剎車，問：是否會發(fā)生撞車事故？

重新回味在考慮反應(yīng)時(shí)間下，反思情景2，再次升華理解反應(yīng)時(shí)間內(nèi)汽車進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)學(xué)會應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的方法和思路，達(dá)到學(xué)以致用目的。

在論證這些法規(guī)合理性的過程中，運(yùn)用了運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式原理，明確了一般的解題程序。學(xué)生不僅了解到行車安全的部分法規(guī)，而且還知道了這些法規(guī)完全來自于物理學(xué)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理。用學(xué)過的知識，解決生活中的問題，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。將德育教育滲透在日常物理教學(xué)中：遵守交通法規(guī)，安全出行;珍愛生命，人人有責(zé)，從而激發(fā)學(xué)生社會情感價(jià)值，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

（五）豐富現(xiàn)象，拓展提升

變式情境5：在平直公路上甲車以20m/s的速度行駛，突然發(fā)現(xiàn)乙車以10m/s的速度在其前方20m處同方向勻速行駛，于是甲車司機(jī)立即以加速度大小為2m/s2剎車（不考慮人的反應(yīng)時(shí)間），問：兩車是否相撞？

變式情境6：停在路口的值班警車發(fā)現(xiàn)有一輛紅色出租車正在以10m/s速度闖紅燈，警車馬上以5m/s2的加速度進(jìn)行追趕攔截，（1）警車和出租車何時(shí)相距最遠(yuǎn)？最遠(yuǎn)距離是多少？（2）警車追上出租車需要多長時(shí)間，成功完成追趕攔截任務(wù)的警車此時(shí)速度是多少？

學(xué)生應(yīng)用能力的提升，一定是對科學(xué)方法的掌握和靈活運(yùn)用。很多學(xué)生遇到新的問題就無法解決，最主要的原因，就是學(xué)生只是把握住物理知識的表層意義，卻沒有理解和掌握其中的物理方法。教育教學(xué)貴在創(chuàng)新，學(xué)生學(xué)習(xí)也貴在創(chuàng)新。教育教學(xué)的創(chuàng)新可以表現(xiàn)為思維的創(chuàng)新，變式教學(xué)實(shí)踐就是一種思維創(chuàng)新。在物理教學(xué)中通過變式教學(xué)，應(yīng)用規(guī)律尋找物理量之間關(guān)系，通過情境變式，不斷地變更所提供材料或事物的呈現(xiàn)形式，使本質(zhì)屬性保持穩(wěn)定更突出核心，而非本質(zhì)屬性不斷變化，從而拓寬學(xué)生的思路，提升學(xué)生的思維敏捷度，靈活度和創(chuàng)造性。以變養(yǎng)智，以變養(yǎng)德。

結(jié)束語

從物理觀念、科學(xué)思維、研究方法、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任等維度歸納本節(jié)課。融合STEM的理念，打破學(xué)科的界限，整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)，設(shè)計(jì)有效的探究實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造機(jī)會讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)研究的全過程。STEM理念下的高中物理教學(xué)，以體驗(yàn)為主線，改變了傳統(tǒng)物理教學(xué)中“填鴨式”講授模式和學(xué)生被動(dòng)接受的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究式的學(xué)習(xí)。通過情景創(chuàng)設(shè)引入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使老師的“講授”轉(zhuǎn)化為學(xué)生的“自主體驗(yàn)”，從思考，猜想，理解，設(shè)計(jì)，表達(dá)，到實(shí)踐并最終完成，學(xué)生逐步建立自身的知識框架平臺，體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的思維模式，形成一定的物理建模能力，并能解決社會實(shí)踐中的相關(guān)實(shí)際問題。從而有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)，提升創(chuàng)新能力，拓展學(xué)生思維，拓寬學(xué)生知識面，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和表現(xiàn)欲，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)方法、科學(xué)應(yīng)用方面的素養(yǎng)，不僅達(dá)到了“教是為了不教”的目的，還落實(shí)教育立德樹人的育人功能，從而激發(fā)學(xué)生社會情感價(jià)值，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

[ 參 ?考 ?文 ?獻(xiàn) ]

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