论文题目：基于STEM的初中物理教学策略与设计研究
摘要：在科学技术快速发展的今天,国家对于综合创新型人才的需求越来越高,职业教育、技术教育的课程改革也得到不断的推进。STEM教育在美国等发达国家的兴起与发展,正逐步得到我国专家学者的关注。从物理学科的特点来看,物理的学习既涉及理论知识,又与生产生活、工程技术息息相关。在本课题中笔者通过对文献研究和教材对比研究,提出教师在初中物理课堂教学中,将STEM教育工程技术理念融入物理知识讲授的教学策略。笔者对描述STEM教育特点的文献进行了总结概括,STEM教育理念是对科学、技术、工程、数学这四种理念的融合,体现了理科教育和工科教育之间的平衡。这种融合说明在物理教学中既要重视理论知识的学习,也要强化对学生进行工程技术的训练。融入STEM理念并不是完全让学生学习技术,也不是形成另一种过分强调工科学习的教育模式,而是通过在日常的物理知识学习过程中融入STEM领域相关的工程技术理念。这样既能提升学生对于理论知识的掌握,又可以激发学生多方面的学习兴趣,使学生能够得到全面的发展。从2001年新课改至今的教育研究现状看来,笔者发现我国在基础教育阶段仍存在重视理论知识讲授、忽略工程技术教育的问题,大量一线教学工作者发表的教育研究文献还是以强调在物理课堂教学中加强学生对理论知识的学习为主,但也不乏希望通过实验探究来培养学生的动手能力和探究水平。笔者认为通过实验探究培养学生的动手能力不同于STEM教育对学生工程技术理念的提升和技术技能的训练。就国外现状来看,美国在K-12阶段的物理教育中,重视学生在理论知识的学习和对STEM理念的渗透,其他各发达国家也同样重视对学生在STEM领域的培养。而我国工程技术教育仍以职业教育为主,在高等教育中也出现了理工科教育脱节的问题,在普通高中和义务教育阶段的日常物理教学中甚至很少涉及对学生进行与STEM领域相关的教育。因此,笔者结合对文献的理论研究期望教师在初中物理日常教学中,对初中生进行STEM教育的渗透。此外,笔者对比苏科版和人教版教材中理论知识与STEM领域相关内容的结合情况,发现在这两版本教材的内容中,都包含体现STEM教育理念的素材,是可以提供教师融入日常课堂教学来对学生进行工程技术理念的启蒙教育。但初中教师在教学的过程中往往更注重物理知识（S）和数学方法（M）的传授,而忽略了教材中原本隐含的工程（E）技术（T）理念。另外,教材对于工程技术内容的呈现方式和所处模块,都能够使物理中抽象的概念更贴近生活,从而激发学生对理论知识的学习兴趣。笔者认为将这些教材中丰富的工程技术素材融入课堂教学对学生进行STEM教育,从而达到提高学生的课堂参与度,实现STEM教育理念的融入的目标。其次,在本研究中笔者对课程标准进行分析发现,在STEM教育中所包括的工程与技术理念,符合职业教育培养学生操作技能的教学目标要求。结合物理学科的特点以及初中学情,笔者主张通过让学生在“玩”中学习物理知识培养工科思维、在“做”中巩固物理知识渗透技能训练以及在“设计”中应用物理知识培养解决实际问题能力的教学策略,在STEM教育将理论知识与工程技术相结合的理念指导下,利用游戏活动、制作活动等教学活动的设置,来培养学生的工程技术素养。同时,笔者根据设计的教学策略对从苏科版教材中选择《声音是什么》、《平面镜》等八节内容进行在知识学习时融入STEM教育理念的课堂教学设计。笔者发现在初中物理教学中融入STEM教育理念,既能强化学生对物理知识的学习兴趣,又有利于加强对学生思维方式、创新能力和技术技能的训练。由于客观条件的限制,笔者仅对其中一个教学案例《物体的浮与沉》进行了课堂教学的实践,并对教学过程进行反思。最后,笔者对本课题的整个研究过程进行总结,希望基于以上对融入STEM教育理念的教学案例设计分析,能够为一线初中物理教师提供课堂教学的新视角。
关键词：STEM教育;初中物理;课堂教学;工科教育
学科专业：学科教学（物理）（专业学位）
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 STEM教育的起源与发展
1.1.2 我国初中物理教育改革的要求
1.2 国内外STEM教育的研究现状
1.2.1 国外研究现状综述
1.2.2 国内研究现状综述
1.3 基础教育阶段工程技术教育发展的国内外现状研究
1.3.1 国外发展现状综述
1.3.2 国内发展现状综述
1.4 研究方法
1.4.1 文献研究法
1.4.2 行动研究法
1.5 研究内容
1.6 研究意义
2 相关概念及理论依据
2.1 STEM与STEM教育
2.2 STEM理念与工科教育
2.2.1 工程意识
2.2.2 工科思维
2.2.3 技术技能
2.3 STEM理念下的理工科教育与三维目标
2.4 理论基础
2.4.1 活动教学
2.4.2 建构主义学习理论
3 初中物理教材中工程技术内容的对比分析
3.1 教材选取
3.1.1 教材版本
3.1.2 教材对比
3.2 教材中涉及工程技术内容的分析
3.2.1 初中物理知识中涉及的工程技术内容
3.2.2 教材中工程技术内容呈现方式的对比分析
3.3 教材中工程技术内容所处模块的对比分析
3.4 总结与反思
4 教学策略设计
4.1 在物理知识教学中融入工科意识的教学策略
4.1.1 教师需要具备与工科教学相关的工程技术意识
4.1.2 利用物理课堂教学对初中生进行工科意识的培养
4.2 在“玩”中学习物理知识,培养工科思维的策略
4.2.1 工科思维培养的必要性
4.2.2 以“玩”的方式培养集成思维的有效性
4.3 在“做”中巩固物理知识,渗透技能训练的策略
4.3.1 在模仿中实现“从做中学”
4.3.2 在制作中进行工科技能的训练
4.4 在“设计”中应用物理知识,培养解决实际问题的能力的策略
4.4.1 利用生活中的实际问题激发质疑
4.4.2 学会应用物理知识,设计解决问题的方案
4.5 总结
5 融入STEM教育的教学案例设计
5.1 初二物理教学案例设计
5.1.1 《声音是什么》
5.1.2 《汽化和液化》
5.1.3 《平面镜》
5.1.4 《物体的浮与沉》
5.2 初三物理教学案例设计
5.2.1 《杠杆》
5.2.2 《滑轮》
5.2.3 《电路连接的基本方式》
5.2.4 《磁场对电流的作用电动机》
5.3 总结与反思
6 课堂教学案例
6.1 以《物体的浮与沉》为例
6.1.1 学生背景
6.1.2 课堂实录
6.1.3 教学反思
7 总结与展望
7.1 研究总结
7.2 研究展望
参考文献
附录Ⅰ: 教师访谈记录
附录Ⅱ: 融入STEM教育理念的教学设计
致谢