STEM教育专栏
STEM理念下中学物理创新演示实验的设计与实践*
翁宗琮
摘 要：从STEM的概念出发，阐述了在STEM视角下如何对传统物理实验教学进行改进，利用多种传感器搭载Arduino主机板实现对物理实验教学的辅助，提高课堂的教学效率。让学生在物理课堂上更加清晰地观察实验现象以及获取实验资料，对物理实验的本质能够有更全面的了解，并能够更加扎实地掌握物理知识。在针对不同层次的学生进行的访谈中，学生普遍对STEM教育融合中学物理实验教学很感兴趣。尤其对Arduino的广泛应用兴趣浓厚，这与初中学生所具有的喜爱分享、喜欢展示自己的个性有很大的关系。此外STEM教育融合中学物理实验教学很大程度上允许学生自主探究和学习，这让本来生硬的知识通过信息化的环境变得生动有趣，兴趣成为学生学习物理知识的最大动力。关键词：STEM；中学物理；创新；演示实验
一、问题的提出新课程改革对中学物理教学提出了全新的教学理念，首先是培养中学生了解并采用科学家的探究精神发现和解决物理问题，全面发展学生的科学素养。其次是引导学生学会细致观察生活中的物理现象，实现“从生活走向物理，从物理走向社会”的STS教学理念。第三是通过多种学习与探究方式让学生发挥自身的想象力与创造力发现和解决物理问题。探究性实验，是指学生在不知道实验结果的前提下，以教师所给的启发性问题为指导，通过实验设计、实验操作、思考分析得出结论的实验形式。由学生亲身经历和体验物理探究过程，不仅可以获得物理知识与技能，还可以激发对物理的学习兴趣。通过了解物理探究的方法，知道物理的本质，形成科学精神和科学价值观，从而全面发展学生的科学素养。
STEM教育(STEM Education)源于美国。美国科学教育学者最早于20世纪50年代提出科学素养概念，并得到了其他国家科学教育学者的普遍认同；到20世纪90年代，美国国家科学基金会首次使用STEM描述涉及一至多门STEM学科的事件、政策、项目或实践;在小布什总统两届任期内，STEM作为新概念不断出现在美国各种改革政策和项目甚至法律中；奥巴马总统执
政之后，对STEM教育的重视提升到新的层次。上任初，他便颁布了《美国振兴及投资法案》，将增加财政投入支持STEM教育写进法案；值得注意的是，美国STEM教育的推广不是在政府指导下单纯依靠学校推动，而是动员了全社会特别是企业界的力量(中国教育信息化网，2024)。物理探究实验在实质上是一种模拟性探究活动。具体而言是一个以学生为主体的探究学习环境。学生通过经历与科学家进行科学探究相似的过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，领悟科学的精神和思想。对于中学生而言，物理探究实验有利于在物理新课程的教学活动中，让学生体会从自然到物理，从生活到物理的STS理念，让学生通过自主学习和协作学习，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探究求知精神、实践能力以及创新思维。因此，在中学物理演示实验过程中引入STEM理念指引下的Arduino传感器平台等，不仅能够帮助学生更加直观地理解物理实验的本质，激发学习兴趣，更能够提高物理教师自身的专业化发展。
二、STEM理念下中学物理演示实验的设计原则STEM教育既有坚实的教育理论和教学实践基础，又是技术创新的驱动力，而物理演示实验是中学物理教
作者简介：翁宗琮，本科，中教高级。广州市第一二三中学，510700
基金项目：广东省教育技术中心2024年度专项课题《STEAM理念下中学物理演示实验的设计与实践》(编号：18JX07015)。
622024年5月总第314期
STEM理念下中学物理创新演示实验的设计与实践
