摘要：STEM教育理念是科学、技术、工程和数学的综合教学理念，具有相互补充、互相支持和共同促进的关系，能够培养学生科学、技术、工程和数学素养，指导学生更好认知知识和解答问题。高中物理教学中，教师可以根据STEM教育理念指导学生在深层理解下学习，深入学习物理知识、掌握各项物理解题和实验技能、理解技术设计与开发过程、运用数学工具等，从而结合情境提出问题、运用实验探究问题、小组合作解决问题，更好开展是什么、为什么、怎么做的探讨。
关键词：STEM教育理念；高中物理；提出问题；探究问题；解决问题
科学问题来源于人类生活和生产实践，在观察自然现象与其他现象中产生，并通过反复观察、模拟实验、推导论证解决这些问题，形成各种科学定理，进而为人类深入了解大自然、生产和生活服务。比如自然界和生产生活中蕴含的科学问题有“雷雨天为什么会有闪电？”，比如“怎样控制电服务于人类？”等，这些问题涉及到电能的控制和利用等，在科研和教学中结合这些问题展开探索，就涉及到科学与工程的联系问题，下面内容主要是结合高中物理教学进行相关实践分析。
一、创设生动情境，提出相关问题
在高中物理教学中，教师基于STEM理念开展课堂教学，首先应该根据相关物理知识内容引入相关生产和生活的实际情境，与实际情境联系起来，并运用多媒体创设和展示生动的情境，以此吸引学生的注意力，驱动学生积极地参与课堂中，教师可以结合情境提出一些问题，从而引发学生强烈的好奇心与探究兴趣，引导学生积极地参与到问题探究、动手操作和解决问题中，更好地解决问题[1]。例如，人教版高中物理选修3‐2中有“涡流、电磁阻尼和电磁驱动”课程，主要教学目标是让学生了解涡流的产生，知道涡流的有利之处和弊端，知道如何利用涡流，防止涡流的危害等。在主要的内容教学完成之后，教师可以引入一段电磁炉使用的视频，让学生认识到电磁炉在短时间内将一些水和一些食物加热，进而提出问题：电磁炉运用了什么原理？电磁炉的工作原理主要是什么？我们如何模拟这项原理的应用？在提出问题之后，教师就可以引入学生以小组为单位，利用互联网工具查阅相关资料，并在实验室中创设和操作实验，探究这些问题。
二、指导设计实验，探究相关原理
教师在利用多媒体工具创设生动的情境和提出探究性问题之后，可以指导学生准备相关实验用的器材，搜索和整理相关的数据，运用已学的物理知识和数学知识设计相关实验，探究实际情境中的相关原理，在此过程中可以初步得出结论。教师应该指导小组之间共同交流与探讨，相互合作，并注意监督和指导学生，以便让每一名学生能够亲自参与其中，并保障物理实验操作的安全[2]。例如，在上述的问题中，教师可以指导学生重新复习电磁涡流的知识，并为学生提供可以拆卸的教学变压器上线圈、硅钢片叠加铁芯、外形相同的铁芯等器材，之后，教师可以让学生自行设计和操作实验，同时加强指导与监督。在实验中，学生在教师的辅助下，根据此前搜集到的电磁炉原理资料，将线圈接到220V的交变电源上，线圈中接入块状铁芯，并运用绝缘物体或者温度计检测铁芯发生的变化，5分钟后会看到温度计的明显上升。之后，教师可以让学生探究其中原因，可知在变化的磁场中金属离子会在磁场中运动，形成感应电流，铁芯的磁通量变化，进而形成闭合电路，在这个过程中会发热，这种现象被称作涡流。
三、探究相关结构，得出实践结论
在具体的实验操作中，会涉及到物理学习知识、工程学设计、技术操作和数学演算等，教师在指导学生设计实验和动手操作实验的过程中，能够有效实现多学科的整合，更好地体现STEM的教育理念[2]。学生在弄懂相关原理之后，教师可以引导学生探究具体应用的结构，并根据原理得出实践结论。在上述的实验中，学生可以基本弄懂电磁炉的工作原理，之后可以让学生将块状铁芯换成整块的硅钢片进行实验，感知到温度无明显变化，可以继续让学生根据原理解释。例如，学生通过探究电磁炉的基本构造可知，其主要的结构是控制器、高频感应线圈、高频电力转换相关装置等。主要工作原理是：在高频的感应线圈通入交变电流后，感应线圈会形成交变磁场，上面会放入铁磁材料制作的锅体，这样可以让感应线圈形成的交变磁场通过锅体本身产生涡流，进而在锅体上产生热量，从而让水和食物的热量升高。根据这个结论，便可以解释整块的硅钢片没有明显温度变化的原因，主要是涡流被限制在较小的薄片中，导致形成较大回路电阻，涡流减弱，产生的热量较少。同时也可以解释为何电磁炉不能用非金属材料。
综上所述，本文主要探究和分析STEM教育理念融入高中物理教学中的实践，在具体的物理课程教学中，教师可以根据具体的教学内容和相关教学目标，引入丰富的教学素材，创设生动的实际情境，并结合情境提出问题，让学生通过小组合作的方式进行探究，通过设计实验探究其中的原理，并根据实验解决问题和得出实践结论。在此过程中，学生需要用到物理知识、工程学原理、实验操作技术和数学知识等，在无形中渗透了STEM教育理念。
参考文献
[1]董莉.基于STEM教育理念的高中物理教学策略研究[D].四川师范大学,2017.
[2]刘晓利,张军朋.基于STEM教育的高中物理教学设计——以"液压传动"的教学为例[J].物理通报,2019(02):73-77.
作者:刘逢春 单位:平远县实验中学
返回物理论文列表