STEM 教育中初中物理实验设计与教学方法创新研究

随着我国教育事业的蓬勃发展，教育界越发重视对于学生学科素养的培养，传统的教学模式已经无法适应时代的发展趋势。在此背景下，社会对于人才的需求也发生了变化，教育界需创新初中物理课程教育理念和教学方法，培养初中学生的创新思维和跨学科能力。STEM 教育理念指的是将科学、技术、工程以及数学等多门学科的知识、思维、学习视角引入初中物理教学过程中，有助于培养学生的创新能力，拓展学生的知识面，提高学生的文化知识，不断突破影视教育理念的束缚，提升初中物理学科的教育质量及效率，促进初中学生科学素养及实践能力的全面提升。

一、STEM 教育理念的主要特征

STEM 教育理念具有跨学科整合特征。STEM 教育理念集科学、技术、工程以及数学等多门学科于一体，其在教学过程中的运用，有助于突破传统教学模式的束缚，促进初中学生科学素养及实践能力的全面提升。STEM 教育理念通过其跨学科整合的教学方式，使学生能够全面、系统地理解所学知识，形成跨学科的知识体系和思维方式。STEM 教育理念不仅有利于培养学生的创新精神和学科素养，还能够培养学生的问题解决能力。通过实施 STEM 教育理念，可以为学生的未来职业生涯发展奠定坚实基础，培养出更多具备科学素养及实践能力的人才，为社会的进步及发展做贡献，实现学科教育质量及效率的全面提升。

二、STEM 教育中初中物理实验设计流程

（一）明确教学主题及实验内容

教学主题和实验内容是整个初中物理实验的核心，也是学生探究物理知识的关键。由于初中物理不同知识点间具有紧密联系，STEM 教育理念主张不同学科知识的交叉整合。因此，在STEM 教育理念指引下，明确教学主题和实验内容，有助于帮助初中学生更深入地解读初中物理知识点。基于 STEM 教育理念，教师可对于具有内在联系的物理知识点进行统一整合，使学生能够在具体的教学过程中能感受不同知识点的内在联系，从而确保学生掌握物理知识。例如：以“浮力”一节的教学为例，教师可以引导学生自己收集实际生活中的材料开展实验设计，利用鸡蛋、树枝以及石头等生活用品来开展实验活动，让学生在原有认知状态的基础上，通过实验对浮力相关知识进行总结概括。在明确教学主题、实验内容的基础上，教师还可以引入其他教学方法，设计多个实验项目，贯彻落实“引入- 探究- 提问- 实验- 总结- 评价”的具体实验设计过程，为后续初中物理实验设计的开展提供方向。

（二）提出初中物理实验教学问题

初中物理实验设计中的教学问题往往能引领学生积极思考，活跃课堂气氛。因此，在初中物理实验设计中，教师可结合教材内容及教育目标，提出教学问题，以创设问题情境，激发学生的学习兴趣。在物理实验教学中提出问题，不仅可创设教学情境，激发学生的学习兴趣，还可明确教学重难点，引导学生积极思考，探索不同知识点间的内在联系。在物理实验教学中提出具体的教学问题，还可将抽象的物理知识，通过直观可见的实际实验进行呈现，使学生更易于理解物理知识点。通过提出教学问题，还有助于激发学生的求知欲望。此外，初中阶段正是学生发散思维能力的关键阶段，在物理实验中，物理实验教学问题的提出，能够为学生明确教学重难点，引导学生深入解读相关知识点。此外，在物理实验教学中提出问题，也有利于指引学生关注关键知识点，将学生引向知识核心。帮助学生建立问题意识，启发学生更深入地理解物理原理，有助于学生内化知识。例如：以“重力”一节的教学实验设计为例，在课堂教学前，教师可以设置一系列与重力概念、重力方向等核心知识点有关的问题，在课前通过教学问题，引导学生明确教学重难点，向学生布置了课前导学与讨论任务。比如，教师可以提出以下问题：重力产生的原因到底是什么？重力与质量之间存在着怎样的关系？等，在此基础上，教师鼓励学生自主设计、开展一些简单的重力实验活动，找到这些问题的答案。例如，学生可以结合教材内容，设计如下实验：将重物挂在了一根绳子的一头，发现绳子始终都是垂直向下、指向地心，所以

得出，重力方向始终朝下。

（三）布置课后实验作业

结合 STEM 教育理念，通过设计实验作业，有助于实现理论教育与实践教育的结合，课后实验作业主要包括实验类作业和实践类作业，实验类作业协助学生巩固所学知识。通过实验设计，引导学生观察物理现象，并通过实验联系之前所学知识，实现知识点的迁移应用，提升学习效果，以促进学生的知识巩固和应用。例如：以“弹力”一节的课后实验作业布置为例，教师可以布置如下实验类作业：通过弹簧测试实验，观察不同重量物体在弹簧上的拉伸数据，记录计算弹力系数。帮助学生巩固“弹性”知识，培养学生的实验设计和数据分析能力，激发学生的学习兴趣，锻炼他们的实验操作能力。

实践类作业需要学生以小组形式完成，首先将学生非为若干学习小组完成作业，自行安排成员进行实验，在巩固学生知识点同时，还能够培养学生的团队写作能力，发挥学生的主观能动性，使学生由被动接受知识转化为主动学习知识。例如：在“液体压力”课后，教师设计作业：在水槽中测试不同质量和形状的物体对液体压力的影响，使小组成员自行完成，提升学生的团队写作能力，发散学生思维，提高教学效率。（没有液体压力一节）

三、STEM 教育中初中物理教学方法的创新

项目式教学应围绕某一特定主题实现知识内容的深层次挖掘。在项目学习中，首先应确立教学主题，然后围绕着教学主题确定教学内容，教师在教学过程中针对教学内容进行深层次提炼，在教学过程中需要避免出现偏离主题的现象。项目式学习应迎合学生的认知规律，针对教学内容和学生的认知水平保障教育质量。例如：教师可以使学生设计制作小型太阳能热水器，通过项目式学习探究太阳能热水器的应用原理。首先，在项目准备阶段，教师可以选择与太阳能相关的主题，确保主题与初中物理课程内容相关。然后明确项目式学习的目标，即：理解太阳能工作原理、掌握热力学基本知识、培养动手能力和创新思维等。进入项目实施阶段，学生自行设计方案，需要根据所学知识和信息，设计小型太阳能热水器的制作方案，包括选择材料、设计结构、考虑热能转换效率等。教师需要对于学生进行一定指导，与学生共同探究太阳能热水器的工作原理和应用，并对于学生的设计方案进行指导，引导学生调整和改进设计方案。最后，要对此次制作完成的小型太阳能热水器进行测试，并记录相关数据、进行评估，从而更好的分析设计方案的优缺点，总结知识点在设计案例中的应用。

四、结束语

综上所述，STEM 教育理念具有跨学科整合特征、创新与实践结合的特征以及合作与交流特征，注重通过实际案例讲解知识，有助于培养符合社会需求的综合型人才。STEM 教育中初中物理实验的设计，首先是明确教学主题及实验内容，其次是提出初中物理实验教学问题，然后是活用生活材料拓展学生视野，最后布置课后实验作业。STEM 教育中初中物理教学方法的创新，可以通过项目式学习提升学生实践能力、通过信息技术丰富教学手段，提升初中物理学科的教育质量及效率，促进初中学生科学素养及实践能力的全面提升。

参考文献

[1] 方瑞瑞 .STEM 视域下初中物理实验创新实践研究 [J]. 数理天地（初中版）,2023,(16):68-70.

[2] 李丽玲.STEM 教育理念下初中物理力学实验教学改革研究[J].教育信息化论坛 ,2024,(12):93-95.