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中、美課程標準中stem教育的體現(xiàn)

在NGSS中有大量篇幅體現(xiàn)了STEM教育，如專門對科學、技術(shù)和工程的概念進行了辨析；將工程設計、相關數(shù)學、STSE（科學、技術(shù)、社會、環(huán)境）分別作為獨立的章節(jié)，與學科核心知識等內(nèi)容并列陳述；對不同學段（幼兒園至2年級、3～5年級、6～8年級、9～12年級）的學生提出不同水平的具體目標。以工程設計為例，NGSS對6～8年級和9～12年級學生的要求如表1所示。我國在初中階段設有科學綜合課程，但大部分地區(qū)實施的是分科物理課程，高中階段科學領域的課程標準則都是分學科制定的，可以說，我國的物理課程以分科課程為主。初、高中的物理課程標準盡管沒有明確提出對工程的要求，但都從STS的角度對“關心科學技術(shù)”給予了重視。在高中物理課程模塊中，選修二系列側(cè)重于從技術(shù)應用的角度展示物理學，強調(diào)物理學與技術(shù)的結(jié)合，著重體現(xiàn)物理學的應用性和實踐性。

物理教材中STEM教育的體現(xiàn)

下面以在美國較為流行的初中科學教材《科學探索者》為例，分析其中STEM教育的元素。《科學探索者》重視科學領域內(nèi)部學科的綜合、重視科學與相關數(shù)學知識的整合、重視知識應用和技術(shù)、重視學生的工程設計活動。例如，在“運動、力與能量”分冊中，就有以下內(nèi)容體現(xiàn)出STEM教育整合思想（見表2）?！犊茖W探索者》中安排了很多學生的設計制作活動，以滲透工程方面的教育。例如，“功與機械”這一章的學生活動“制作起重機模型”，要求“把至少兩種以上的簡單機械組合成一輛能把質(zhì)量600克的罐頭舉高5cm的起重機模型”，同時要求“和同學集體討論起重機模型的各種不同的設計方案，看哪些材料可以用來制造起重機模型”。通過應用已學物理知識制作起重機模型，學生初步經(jīng)歷了界定工程問題、設計解決方案、優(yōu)化解決方案的工程設計過程。在我國的物理教材中，注重介紹物理知識的技術(shù)應用，滲透STS教育。以側(cè)重于物理學技術(shù)應用的選修二系列的人教版高中教材為例，該教材一些章節(jié)的內(nèi)容完全是技術(shù)應用，如選修2-2第二章“材料與結(jié)構(gòu)”、第三章“機械與傳動裝置”等。但是，該教材中對技術(shù)的介紹是從理論應用的角度出發(fā)的，而幾乎沒有讓學生親自體驗實踐、完成工程或技術(shù)項目的活動。相比而言，我國的物理教材更重視學科內(nèi)部邏輯體系和從理論的角度談技術(shù)應用。在技術(shù)和工程方面，讓學生親自制作、自主設計的活動很少。這樣的設置仍然使學生從理論知識的角度來看待技術(shù)和工程，而難以自覺主動地應用技術(shù)和從工程的角度思考并解決問題。

物理教學中的STEM教育

1.在物理教學中應用技術(shù)

現(xiàn)代信息技術(shù)在物理教育中已經(jīng)得到廣泛應用。例如，使用計算機及相關軟件、傳感器、移動設備、網(wǎng)絡等輔助物理教學。使用計算機和傳感器進行物理實驗，既能夠提高實驗精度，又可給學生以實時反饋，提高教學效率，在日常教學中已經(jīng)大大普及。比起教師在講臺上通過技術(shù)設備進行演示，學生親自使用技術(shù)設備學習物理（包括進行實驗）的過程更有助于他們體會物理和技術(shù)的關系和培養(yǎng)他們自覺應用技術(shù)的意識。例如：在物理探究活動中通過網(wǎng)絡搜集信息、展開自學；在處理實驗數(shù)據(jù)時利用Excel軟件；等等。又例如：一些智能手機和平板電腦只要安裝相應軟件，就可以測量加速度、磁感應強度；使用手機或平板電腦上的攝像頭錄像，再通過軟件分析錄像中物體的運動規(guī)律[3]……這樣的例子還有很多。隨著智能手機和平板電腦等便攜式移動設備越來越普及，學生可以利用這些技術(shù)隨時隨地展開物理實驗和探究。

2.在物理教學中有意識地滲透工程和技術(shù)教育

比較NGSS和我國物理課程標準，NGSS不僅要求學生了解技術(shù)、利用技術(shù)學習物理，還要求學生親自參與工程設計和應用技術(shù)，并在實踐、體驗的過程中對工程和技術(shù)形成一定水平的認識；我國目前仍主要是從知識應用的角度了解技術(shù)和利用技術(shù)為物理教學服務，重點放在理論知識的學習上，而忽視對技術(shù)應用和工程設計本身的體驗和深入學習。物理和技術(shù)、工程有密不可分的聯(lián)系。在物理教學中，只要潛心挖掘，利用現(xiàn)有的教學資源，就可以開發(fā)出讓學生既能體驗工程設計和技術(shù)應用的過程，又能加深對物理內(nèi)容理解的學生活動，體現(xiàn)STEM教育的整合思想。舉一個簡單的例子：在初中學完溫度相關內(nèi)容后，布置作業(yè)給學生，讓他們在幾周內(nèi)完成課題“自制液體溫度計”。如果想在較長時間內(nèi)比較準確地測量出溫度高低，學生需要克服各種困難，解決實際遇到的問題，如“使用哪些身邊容易獲得的物品進行制作”、“如何使玻璃泡和細管的連接處不漏氣”、“如何避免溫度計中液體蒸發(fā)”、“怎樣給溫度計標上刻度”等。最后比較不同學生制作的溫度計，討論誰的溫度計材料易得、成本較低且測量較準確。經(jīng)歷了自制溫度計的過程，學生不僅對工程設計和技術(shù)應用有了初步的實際體驗，對溫度計的原理、攝氏溫標，甚至氣壓等相關物理知識的理解也會更加深刻。中學生畢業(yè)后無論進入大學深造還是步入社會就職，都應該不僅僅能夠進行理論方面的推演和探究，還有能力實際動手操作、發(fā)現(xiàn)并主動應用知識和技術(shù)解決遇到的現(xiàn)實問題。在國際科學教育領域，重視學科間的聯(lián)系與整合、培養(yǎng)學生的科學技術(shù)素養(yǎng)也是主流觀點。由此看來，在物理教育中體現(xiàn)STEM教育是未來的發(fā)展方向，值得認真思考和研究。在我國主要為分科物理課程的大背景下，如何借鑒國際上已有的資源，開發(fā)適合我國的教育資源，在物理教育中有意識地滲透STEM教育，需要同仁們的努力探索。

作者：范佳午樊方園工作單位：北京海淀區(qū)教師進修學校北京三帆中學