基于STEM 理念的初中物理跨学科作业设计与实践研究

引言

随着基础教育课程改革的深入推进，培养学生核心素养已成为各学科教学的重要目标。物理作为自然科学的基础学科，在培养学生科学素养、创新精神和实践能力方面具有独特价值。然而，当前初中物理作业仍以习题训练为主，存在形式单一、脱离实际、缺乏整合等问题，难以满足学生全面发展的需求。

一、STEM 理念与物理教学的契合性分析

STEM 教育是一种整合科学 (Science)、技术 (Technology)、工程(Engineering) 和数学 (Mathematics) 的跨学科教育模式。其核心理念包括：强调学科交叉融合，注重真实问题解决，培养创新实践能力，提倡合作学习等。这些理念与初中物理课程改革方向高度契合。

物理学本身就是一门综合性学科，与STEM 各领域有着天然联系。在科学层面，物理规律是认识自然的基础；在技术层面，物理原理是技术发明的依据；在工程层面，物理知识是工程设计的支撑；在数学层面，物理现象的描述离不开数学工具。这种内在联系为基于STEM 理念的物理教学提供了可能。

初中物理课程标准明确要求加强学科联系，注重物理知识与生活、社会的联系，培养学生的探究能力和创新意识。这些要求与STEM 教育的目标高度一致。通过STEM 理念指导物理作业设计，可以改变传统作业的局限性，让学生在完成作业的过程中体验知识的综合应用，发展解决实际问题的能力。

二、跨学科物理作业的设计原则与框架

基于STEM理念设计初中物理跨学科作业，需要遵循以下基本原则：一是整合性原则，作业应自然融合多学科知识，避免简单拼凑；二是实践性原则，作业应包含动手操作或调查分析等实践环节；三是情境性原则，作业应设置在真实或模拟真实的情境中；四是开放性原则，作业应允许学生采用不同解决方案，鼓励创新。

在这些原则指导下，可以构建 " 目标定位 - 主题选择 - 任务设计 -评价反馈 " 的作业设计框架。目标定位阶段要明确作业培养的核心素养和关键能力；主题选择阶段要寻找物理与其他STEM 领域的自然联结点；任务设计阶段要规划具有挑战性的实践任务；评价反馈阶段要制定多元化的评价标准。

具体而言，主题选择可以从以下几个方向切入：物理与工程结合的 " 简单机械设计 " 类作业，物理与技术融合的 " 家用电器原理探究 "类作业，物理与数学联系的 " 运动图像分析 " 类作业等。这些主题既符合初中物理课程内容，又能体现STEM 的跨学科特征。

三、跨学科物理作业的类型与设计策略

基于 STEM 理念的初中物理跨学科作业可以分为以下几种类型：一是探究实验类作业，要求学生设计并完成跨学科实验，如 " 探究不同材料隔热性能 " 结合热学知识和材料技术；二是工程设计类作业，如制作 " 太阳能小车 " 综合运用能量转换和简单机械知识；三是调查分析类作业，如 " 家庭用电情况调查 " 涉及电学知识和数据处理技能；四是问题解决类作业，如" 设计校园节水方案" 需要运用流体力学和工程思维。

设计这些作业时，需要采取有针对性的策略。首先，要创设真实的问题情境，如从校园生活、家庭生活中选取学生熟悉的场景；其次，要设计阶梯式任务，既有基础性要求，又有拓展性挑战，满足不同学生需求；再次，要提供必要的支架支持，如实验指导卡、数据记录表等，帮助学生顺利完成作业；最后，要预留创新空间，鼓励学生提出个性化解决方案。

以 " 设计简易报警器 " 作业为例，可以整合电路的串联并联知识、导体绝缘体特性以及工程技术要求。作业设计时先让学生研究常见报警器的工作原理，然后设计自己的电路方案，最后制作实物并进行测试改进。这样的作业既巩固了物理知识，又培养了工程实践能力。

四、跨学科物理作业的实施路径

有效实施基于 STEM 理念的跨学科物理作业需要系统规划实施路径。在时间安排上，可以采用 " 长作业 " 与 " 短作业 " 相结合的方式。

简单任务可在 1-2 天内完成，复杂项目则可延续 1-2 周，给学生充分的探究时间。

在组织形式上，提倡个人完成与小组合作相结合。基础性任务由个人独立完成，综合性项目则以 3-4 人小组合作完成，培养学生的团队协作能力。在资源准备方面，教师要提供必要的材料清单和安全指导，鼓励学生利用家庭和社区资源收集材料。

实施过程要注重阶段性指导。布置作业时明确任务要求和评价标准；中期通过课堂交流或线上平台了解进展，提供针对性指导；后期组织作业展示与互评，促进学生间的交流学习。特别要关注学习困难学生的需求，提供差异化指导。

此外，为了进一步提升教育效果，我们还需要建立一个有效的家校协同机制。通过定期举办家长会、提供作业说明等多种方式，让家长充分理解跨学科作业的重要价值，从而争取到家庭方面的支持与配合。我们可以设计一些作业项目，这些项目需要家长适度参与其中，例如进行家庭用电安全调查等。这样的作业不仅能够增进亲子之间的互动和沟通，而且能够拓展作业本身的教育功能，使其不仅仅局限于学校教育的范畴，而是延伸到家庭生活中，让学习变得更加贴近实际，更有意义。

五、跨学科物理作业的评价方法

科学合理的评价是保证跨学科作业质量的关键。基于 STEM 理念的物理作业评价应突破传统作业评价的局限，建立多元化的评价体系。在评价内容上，要关注四个方面：学科知识的掌握程度、跨学科应用的能力表现、实践过程的参与质量以及创新思维的展现水平。

在评价方式上，可以采用以下方法：一是档案袋评价，收集学生的设计方案、过程记录、改进版本等，全面反映学习过程；二是表现性评价，通过观察学生的实验操作、作品展示等评估其实践能力；三是反思性评价，要求学生撰写作业心得，反思收获与不足；四是互评与自评，促进学生间的交流学习和自我监控。

在评价标准制定上，要体现 STEM 教育的特征。例如，可以设计以下几个维度的评分标准：学科整合的合理性（ 30% ）、问题解决的创新性（ 25% ）、实践操作的规范性（ 20% ）、团队合作的有效性（ 15% ）、成果展示的清晰性（ 10% ）。根据不同类型的作业，可以适当调整各维度的权重。

评价结果的使用要注重发展性。不仅要给出等级或分数，更要提供具体的改进建议。可以选取优秀作业案例进行展示交流，发挥示范作用。对完成质量不高的作业，允许学生在教师指导下修改完善，重视学习过程的提升。

六、结论

本研究探讨了基于 STEM 理念的初中物理跨学科作业设计与实践策略。研究表明，STEM 教育为物理作业改革提供了新思路，跨学科作业能够有效激发学生学习兴趣，培养其综合应用知识解决实际问题的能力。研究提出的设计原则、框架和实施策略为教师开展相关实践提供了指导。

参考文献

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