程 霞

（甘肅省武威第一中學(xué)，甘肅武威 733000）

實(shí)驗(yàn)是高中物理的核心內(nèi)容，優(yōu)化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、構(gòu)建理論與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式，能夠有效增進(jìn)學(xué)生對物理理論的理解，同時(shí)深化其實(shí)踐素養(yǎng)。根據(jù)當(dāng)前教學(xué)情況，STEM理念與高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合可以很好地促進(jìn)上述內(nèi)容的落實(shí)，值得教師展開深入研究。

一、傳統(tǒng)模式下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足之處

雖然傳統(tǒng)模式下的高中物理教學(xué)對實(shí)驗(yàn)活動給予了一定的關(guān)注，但是在組織和實(shí)踐方面，明顯存在不足，如理論指導(dǎo)過多、學(xué)生動手操作機(jī)會不足、課堂氛圍較為沉悶等。一些教師認(rèn)為，學(xué)生只有完全掌握了理論知識才能做好實(shí)驗(yàn)，因此在組織實(shí)踐活動之前向?qū)W生灌輸大量的理論知識。甚至還有一些教師，為獲得良好課堂反饋，手把手地教學(xué)生怎樣做實(shí)驗(yàn)。雖然在該模式下，學(xué)生能夠更迅速地掌握實(shí)驗(yàn)操作方法，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是由于理論灌輸過多與教師的介入，使得學(xué)生失去實(shí)驗(yàn)操作興趣，甚至在教師監(jiān)督下產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)操作壓力，在無形中阻礙了學(xué)生參與課程活動的積極性，對其可持續(xù)發(fā)展大為不利。

二、高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入STEM 理念的優(yōu)勢

將STEM 理念應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)際上就是以科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四方面知識的融入來豐富課程活動，不僅可以優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)構(gòu)，還可以促進(jìn)學(xué)生思維多元發(fā)展。尤其是運(yùn)用工程思維、數(shù)學(xué)思維、科學(xué)思維構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒎治鲎罱K結(jié)果，可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維，從而主動對所獲得的知識展開多角度思考，各項(xiàng)思維能力均能在原有基礎(chǔ)上得到提升。

三、STEM 理念在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）基于教學(xué)模式重構(gòu)進(jìn)行理念應(yīng)用

通過心理學(xué)知識我們可以知道，高中物理教師如何選擇實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)方法，與其教育理念、構(gòu)建教學(xué)模式的習(xí)慣有關(guān)。因此，將STEM 理念應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先應(yīng)打破教師原有的思維束縛，重構(gòu)教學(xué)模式、重塑教育理念。只有教師在內(nèi)心深處認(rèn)同了STEM 理念在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用意義，才能更加積極主動地加以應(yīng)用，并圍繞其制訂新的教學(xué)計(jì)劃。

但是就目前來說，無論是教師還是學(xué)校，在該方面都做得不是很好。對此，學(xué)校和教師均應(yīng)做出調(diào)整。學(xué)校需要做好管理工作，組織高中物理教師對STEM 理念、STEM 與高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)系展開探究，引導(dǎo)教師在教研活動中合作探究STEM 理念與高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合方法。而教師應(yīng)主動對新形勢下的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新要求、STEM 理念內(nèi)涵及實(shí)踐價(jià)值展開學(xué)習(xí)，充分了解相關(guān)教育元素，在對其形成正確認(rèn)識的基礎(chǔ)上，利用STEM 理念衍生手段重構(gòu)教學(xué)模式。如此，教師教育理念隨教學(xué)模式的重構(gòu)發(fā)生積極變化，從而主動加強(qiáng)對STEM 理念的創(chuàng)新應(yīng)用，課程實(shí)踐活動在STEM 理念的創(chuàng)新支持下才會有序推進(jìn)。

（二）基于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培育設(shè)計(jì)課程

物理是探究物質(zhì)運(yùn)動一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的一種科學(xué)，是自然科學(xué)的帶頭學(xué)科。這也就意味著，高中生對物理知識的探究、對該學(xué)科實(shí)驗(yàn)活動的參與，是一個(gè)科學(xué)探究過程，應(yīng)以發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)。而這一科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，與STEM理念中的“S”形成了統(tǒng)一。由此啟發(fā)教師，應(yīng)用STEM 理念組織高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動，應(yīng)以培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。同時(shí)，教師不得不思考一個(gè)問題：“高中生的科學(xué)素養(yǎng)在哪些狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展？”教師可以在學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)活動的過程中，不斷圍繞學(xué)生的操作過程和結(jié)論提出問題，引導(dǎo)學(xué)生對操作過程、最終結(jié)論展開分析，探究如何將物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于社會科學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，并鼓勵(lì)學(xué)生分享自己的分析結(jié)果，也可以積極提出不同想法。通過循序漸進(jìn)的思考和分析，學(xué)生不斷在物理實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究中進(jìn)行更有深度的科學(xué)分析，科學(xué)素養(yǎng)得到提升。而這種科學(xué)素養(yǎng)的提升可以反作用于學(xué)生對物理知識的科學(xué)探究，讓他們在實(shí)驗(yàn)操作過程中有更積極的表現(xiàn)和更豐富的收獲。

（三）基于完善教學(xué)設(shè)施促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

STEM 在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果，受學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施影響頗大，若學(xué)校能夠?yàn)閹熒峁┩晟频膶?shí)驗(yàn)設(shè)施，師生融合STEM 思想的實(shí)踐學(xué)習(xí)條件更優(yōu)越，自然有望全面提高教學(xué)效果。與此相反，若學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施落后，無法為師生提供完成某部分物理實(shí)驗(yàn)的必備材料和設(shè)施，必然會阻礙教學(xué)活動的展開，影響課程效果。而分析當(dāng)前高中物理實(shí)驗(yàn)STEM 教學(xué)情況不難發(fā)現(xiàn)，教學(xué)設(shè)施不完善問題依然存在，部分教師在教學(xué)中不得不面對器材不足、材料缺失問題，以至于無法很好地將STEM 理念滲透在教學(xué)中。針對此情況，學(xué)校應(yīng)主動解決教師開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動面臨的問題，適當(dāng)投入資金以完善教學(xué)設(shè)施，定期修理、更新?lián)p壞的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，盡可能為師生實(shí)驗(yàn)提供更豐富的物理材料，降低師生搜集物理實(shí)驗(yàn)材料的難度。師生處于良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境當(dāng)中，在STEM 理念應(yīng)用下形成更積極的實(shí)驗(yàn)活動體驗(yàn)，進(jìn)而在完善的設(shè)施與豐富的材料支持下參與更多元的實(shí)驗(yàn)，獲取更全面的物理實(shí)驗(yàn)知識，增強(qiáng)學(xué)習(xí)成效。值得一提的是，此教學(xué)環(huán)境有助于教師專業(yè)水平的提升，而只有教師提升專業(yè)水平，才能為學(xué)生提供更科學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)指導(dǎo)，采取更合理的方式應(yīng)用STEM 進(jìn)行教學(xué)，從而促進(jìn)高中物理STEM 應(yīng)用下實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提升。

（四）基于信息技術(shù)手段組織教學(xué)活動

傳統(tǒng)模式下的高中物理教學(xué)效果差強(qiáng)人意，存在實(shí)驗(yàn)活動組織低效的問題，并缺乏對信息技術(shù)手段的合理應(yīng)用。對此，應(yīng)用STEM 理念重構(gòu)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師應(yīng)提高對信息技術(shù)手段運(yùn)用的重視，通過信息技術(shù)與課程活動的有機(jī)融合提高實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、組織的有效性。而基礎(chǔ)教育中的信息技術(shù)手段內(nèi)涵十分豐富，是對所有在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下衍生出的新教學(xué)方法的統(tǒng)稱。因此，基于信息技術(shù)組織高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動時(shí)，教師可以適當(dāng)進(jìn)行多種嘗試。

首先，教師可以通過多媒體動畫導(dǎo)入課程。高中生雖然已經(jīng)形成較為成熟的思維模式，習(xí)慣了從教材中探究知識，但是只引導(dǎo)他們通過教材了解物理實(shí)驗(yàn)，其效果難免會較為遜色。反之，若對多媒體動畫加以應(yīng)用，以動畫展示形式將物理實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的現(xiàn)象呈現(xiàn)出來，可以讓學(xué)生的注意力更加集中，有效增強(qiáng)其知識探究與實(shí)踐操作熱情。所以說，教師可以先在網(wǎng)絡(luò)中搜集一些與教材內(nèi)容對應(yīng)的物理現(xiàn)象，再將其通過多媒體動畫呈現(xiàn)出來，以起到優(yōu)化課程導(dǎo)入的作用。

其次，教師可以通過電子白板講授實(shí)驗(yàn)步驟，幫助學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)操作過程。相較于傳統(tǒng)的口述如何做，一邊在電子白板上進(jìn)行模擬操作，一邊向?qū)W生介紹操作重點(diǎn)，能夠讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作過程和重點(diǎn)形成更加準(zhǔn)確的理解。在條件允許的情況下，教師甚至還可以邀請學(xué)生通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行模擬操作，將計(jì)算機(jī)平臺視為實(shí)驗(yàn)室，以信息化操作代替動手實(shí)踐。這樣，教學(xué)和實(shí)踐過程更加簡潔，學(xué)生既能夠通過模擬操作感受物理知識的生成過程，理解其基本內(nèi)涵，也可以通過信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)的深度融合加強(qiáng)對信息技術(shù)重要性的認(rèn)識，從而同步提高信息素養(yǎng)。

再次，以信息技術(shù)為支持將STEM 應(yīng)用在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師還可以開辟線上教學(xué)渠道，延展學(xué)生學(xué)習(xí)空間，這也是傳統(tǒng)模式下的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所缺失的。在傳統(tǒng)模式下，高中物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)局限在常規(guī)課堂與實(shí)驗(yàn)室中，并未向生活進(jìn)行合理的延伸，這也導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作缺乏持續(xù)性，知識與經(jīng)驗(yàn)積累存在斷層，制約了教學(xué)有效性的整體提升。而信息化教學(xué)手段為教師解決此問題創(chuàng)造了便利條件。高中物理教師可以嘗試基于STEM 理念構(gòu)建物理實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)平臺，在信息技術(shù)支持下，通過線上教學(xué)平臺向?qū)W生分享精彩的物理小實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)他們在家庭、生活中設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)空間被拓寬，成長與進(jìn)步的可能性也就更大。

（五）基于工程理念指導(dǎo)物理實(shí)驗(yàn)操作

STEM 理念應(yīng)用下的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，基于工程理念引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作也是個(gè)不錯(cuò)的選擇。尤其是在一些力學(xué)課程中，通過融入工程思維構(gòu)建力學(xué)模型，可以讓學(xué)生更加迅速地找到實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，有助于他們對相關(guān)知識的研究和分析。將技術(shù)手段與工程理念相結(jié)合，學(xué)生還可以通過信息技術(shù)構(gòu)建物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，這同樣可以對其動手操作能力的提升起到一定的促進(jìn)作用。然而綜觀當(dāng)前的教學(xué)活動，大多數(shù)教師都忽略了這一內(nèi)容，他們更習(xí)慣于直接組織學(xué)生進(jìn)行動手操作，并未及時(shí)提醒學(xué)生運(yùn)用工程理念進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析。所以，對于一些在工程理念指導(dǎo)下可以變得更加簡單的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生依然采用復(fù)雜的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，使得整體學(xué)習(xí)呈現(xiàn)出低效特征，學(xué)生工程素養(yǎng)的發(fā)展受到了限制。面對該情況，針對STEM 理念在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，教師一定要提高對工程理念的關(guān)注。久而久之，學(xué)生不斷在課程實(shí)踐活動中深化工程理念，借助工程方法建構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其?shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效率與效果必然會獲得質(zhì)的提升。

（六）基于數(shù)學(xué)思維優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

常言道：“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕。”數(shù)學(xué)與物理本身就是相輔相成、殊途同歸的，均指向了對科學(xué)的大膽探索。將STEM 理念應(yīng)用在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中，教師還可以滲透數(shù)學(xué)思維，借助數(shù)學(xué)思維優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。但需要注意的是，這一思維的滲透，既指向?qū)ξ锢韺?shí)驗(yàn)活動數(shù)據(jù)的整理，也指向?qū)?shí)驗(yàn)操作結(jié)果的分析，是記錄與思考的結(jié)合。但是在現(xiàn)階段的具體實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)了明顯的重記錄輕分析、重分析輕記錄等記錄與思考不平衡問題，導(dǎo)致數(shù)學(xué)思維滲透效果受到消極影響，阻礙了學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和數(shù)學(xué)思維、學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。對此，教師必須做出調(diào)整，提醒學(xué)生一邊做實(shí)驗(yàn)一邊記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)他們根據(jù)最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和中間記錄的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對操作結(jié)論展開分析。如此，學(xué)生在STEM 理念支持下的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)才會更加完整。依托于完整的數(shù)據(jù)、及時(shí)的分析，學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)結(jié)論準(zhǔn)確性得以提升，數(shù)學(xué)思維與學(xué)科素養(yǎng)均有望實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。

（七）基于學(xué)生主體地位深化理念應(yīng)用

說到底，提高對物理實(shí)驗(yàn)課程活動的重視、將STEM 理念應(yīng)用在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，都是新課程改革提出的要求。因此，在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用STEM 教學(xué)理念，教師還應(yīng)該注意遵循新課程改革要求，在滿足其基本要求的基礎(chǔ)上調(diào)整課程活動組織方式。對此，最重要的一項(xiàng)內(nèi)容，就是尊重學(xué)生在課程活動中的主體地位，尊重物理實(shí)驗(yàn)中學(xué)生主體參與特性，讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作并探究相關(guān)物理知識。事實(shí)上，也只有這樣，學(xué)生才能真正在實(shí)驗(yàn)操作中實(shí)現(xiàn)生成性學(xué)習(xí)，充分感受到物理的魅力并理解實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。反之，若教師經(jīng)常介入學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作中，并直接告訴學(xué)生應(yīng)該怎樣做、不應(yīng)該怎樣做，學(xué)生看似在進(jìn)行自主操作，實(shí)際上并未進(jìn)行主動思考，教學(xué)預(yù)期目標(biāo)依然難以實(shí)現(xiàn)。必要時(shí)，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生在合作狀態(tài)下自主參與實(shí)驗(yàn)活動。通過合作，學(xué)生不斷幫助其他學(xué)生解決自主操作問題，并且在其他學(xué)生的啟發(fā)下對實(shí)驗(yàn)展開多角度思考，收獲也會更加豐富。但是綜觀當(dāng)前高中物理實(shí)驗(yàn)學(xué)生合作學(xué)習(xí)小組的建設(shè)，或多或少地存在著和諧性不足、學(xué)生配合缺乏默契等問題，這主要與教師未在學(xué)生小組建設(shè)之前全面分析學(xué)生間的差異與特點(diǎn)有關(guān)。小組內(nèi)成員物理實(shí)驗(yàn)素質(zhì)與對STEM 的認(rèn)識差異過大，最終導(dǎo)致了上述問題的出現(xiàn)。因此，教師應(yīng)優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)小組建設(shè)方法，在建設(shè)合作小組之前，對每一名學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)特質(zhì)、思維習(xí)慣與性格特點(diǎn)等展開分析，然后將相似的、能夠自主進(jìn)行高效交流的學(xué)生劃分在同一小組中。如此，學(xué)習(xí)小組內(nèi)學(xué)生間的合作默契度提升，其實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)關(guān)系更加和諧，融合STEM 的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果自然會更好。

綜上所述，傳統(tǒng)高中物理教學(xué)存在的STEM 理念滲透不足、實(shí)驗(yàn)組織形式較為單一問題，在一定程度上限制了學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)乃至學(xué)科綜合素質(zhì)的發(fā)展，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以滿足新課程改革要求。因此，在新的基礎(chǔ)教育形勢下，高中物理教師應(yīng)加強(qiáng)對STEM 理念的合理應(yīng)用，借助信息技術(shù)手段、工程理念、數(shù)學(xué)思維指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，并以此培育其科學(xué)素養(yǎng)，通過重構(gòu)教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化。