STEM教育，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）教育的融合，旨在培养学生的综合素养与创新能力。高中物理作为一门基础学科，具有较强的理论性与实践性。将STEM教育理念融入高中物理教学，符合新课程改革的要求，有助于打破学科界限，提升学生的综合应用能力，为培养适应时代发展的创新型人才奠定基础。

一、当前高中物理教学现状及融入STEM教育的必要性

（一）传统教学模式的局限性

传统高中物理教学往往侧重于知识的传授，以教师讲解、学生听讲和做题为主。教学内容相对独立，各学科之间缺乏有效的联系与整合，导致学生难以将所学知识综合运用到实际问题解决中。例如，在讲解物理定律时，多是从理论推导入手，较少结合实际工程案例或技术应用，学生难以理解物理知识的实际价值与应用场景^[1]。

（二）学生综合素养培养的需求

在当今科技飞速发展的时代，社会对人才的要求越来越高，不仅需要具备扎实的专业知识，还需要具备跨学科的综合素养与创新能力。高中物理教学作为培养学生科学素养的重要途径，应顺应时代发展需求，融入STEM教育理念，通过跨学科的学习与实践，培养学生的综合思维、问题解决能力和创新精神，使学生能够更好地适应未来社会的发展。

二、基于STEM教育的高中物理教学策略探析

（一）培养学生跨学科综合素养

1.整合多学科知识

在高中物理教学中融入STEM教育，核心在于打破学科壁垒，实现科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的有机融合。以“圆周运动”这一典型物理知识点为例，教师可引入工程领域的经典案例——过山车设计，引导学生从多学科视角深入理解其原理。从科学角度出发，学生需分析物体在竖直平面内做圆周运动时，向心力的来源与变化规律，理解重力、支持力或拉力在不同位置如何共同提供向心力；从技术层面，可介绍现代过山车轨道的计算机辅助设计（CAD）技术、材料选择标准以及制造工艺，使学生了解物理原理如何通过技术手段实现；在工程维度，重点探讨结构稳定性、安全系数计算、乘客舒适度控制等实际问题，培养学生系统思维与风险评估能力；同时，结合数学知识，指导学生运用圆周运动公式、动能定理和牛顿第二定律，定量计算过山车在最高点、最低点的速度、加速度及受力情况。通过这种多学科联动的教学方式，学生不仅能深化对物理概念的理解，还能建立起知识之间的联系网络，提升综合运用能力，为未来应对复杂现实问题奠定基础。

2.开展项目式学习

项目式学习（Project-Based Learning, PBL）是STEM教育中培养学生综合素养的有效途径。教师可设计贴近生活、具有挑战性的项目任务，如“设计并制作一个简易的太阳能热水器”。该项目要求学生综合运用物理、工程、数学等多学科知识完成从构思到成品的全过程。在物理方面，学生需理解太阳能的热辐射原理、能量转化效率、热传导与保温机制，并比较不同材料（如黑色吸热涂层、玻璃盖板、保温层）的性能差异；在工程设计环节，学生要绘制结构草图，考虑水箱倾斜角度、集热管布局、水流循环方式等，优化热能吸收效率；数学知识则用于计算热水器的表面积、容积、成本预算以及预期加热时间等参数。此外，学生还需调研当前太阳能技术的发展趋势，如真空管集热器、光伏-光热一体化系统等，提升信息检索与科技敏感度^[2]。整个项目通常以小组合作形式进行，学生在分工协作中锻炼沟通能力、时间管理能力和团队意识。最终成果可通过展示、测试和答辩等形式呈现，不仅强化了知识应用，也显著提升了学生的实践能力、创新思维和解决复杂问题的能力。

（二）提升物理问题解决能力

1.创设真实问题情境

STEM教育强调“学以致用”，将物理知识置于真实、有意义的问题情境中，有助于提升学生的应用意识和问题解决能力。例如，在讲授“摩擦力”时，教师可创设“冬季冰雪路面行车安全”这一生活化情境：汽车在结冰路面上容易打滑，如何有效应对？学生需结合所学知识，分析影响滑动摩擦力的因素（如接触面粗糙程度、正压力），进而提出切实可行的解决方案，如安装防滑链、更换雪地轮胎、在路面上撒盐降低冰点等。教师还可进一步拓展情境，引导学生思考智能防滑系统（如ABS防抱死系统）的工作原理，将物理知识与现代科技结合。通过这类贴近生活的情境教学，学生能够深刻体会到物理知识的实用价值，增强学习动机，同时在分析、比较、决策的过程中，逐步形成科学的问题解决思维模式。

2.引导学生进行探究式学习

探究式学习是STEM教育的重要方法，强调学生在教师引导下主动提出问题、设计实验、收集数据并得出结论。以“自由落体运动”为例，教师可提出开放性问题：“在空气中，不同质量的物体下落速度是否相同？”鼓励学生基于已有经验进行猜想，并设计实验进行验证。学生需选择合适的实验器材（如不同质量的小球、光电门、计时器等），控制变量（如释放高度、空气阻力影响），进行多次实验并记录数据。通过数据分析，学生不仅能验证“在忽略空气阻力的情况下，所有物体自由下落加速度相同”的物理规律，还能深入理解理想模型与现实差异的关系。在此过程中，学生经历了完整的科学探究流程：提出假设、设计实验、操作验证、分析误差、得出结论，从而有效提升了科学思维能力、动手能力和批判性思维。这种以学生为中心的探究活动，不仅加深了对物理规律的理解，也为未来从事科学研究或工程实践打下坚实基础。

（三）激发物理学习兴趣与创新精神

1.引入科技前沿内容

将现代科技前沿融入高中物理教学，是激发学生兴趣、拓宽视野的重要手段。例如，在讲解“电磁感应”时，可引入磁悬浮列车的工作原理，介绍其如何利用超导体的迈斯纳效应和电磁力实现无接触悬浮与驱动。通过播放我国上海磁悬浮示范线的运行视频，或展示高速磁浮交通系统的研发进展，学生不仅能直观理解电磁感应的实际应用，还能感受到我国在高端装备制造领域的科技实力，增强民族自豪感。此外，教师还可拓展介绍无线充电、电磁炮、核磁共振等前沿技术，让学生认识到物理不仅是书本上的公式，更是推动社会进步的核心动力。这种与时俱进的教学内容，能有效提升课堂吸引力，激发学生探索未知的热情。

2.鼓励学生开展创新实践活动

创新实践活动是培养学生创新精神和实践能力的关键载体。教师应鼓励学生围绕物理原理开展小发明、小制作或实验改进。例如，学生可尝试制作简易电磁炮，研究线圈匝数、电容电压、弹丸材质等因素对发射距离的影响，并通过反复调试优化性能。在这一过程中，学生需综合运用电磁学、电路设计、材料力学等知识，不断尝试新思路，锻炼工程思维和创新能力。学校可定期举办科技节、创新大赛或开放实验室，为学生提供展示平台。对优秀项目，还可推荐参加青少年科技创新大赛、明天小小科学家等赛事，进一步激励学生的创造热情。通过持续的实践锻炼，学生不仅能将抽象的物理知识转化为具体成果，更能在“做中学”中培养坚韧不拔的探索精神和勇于突破的创新意识。

三、结论

STEM教育在高中物理教学中的实践具有重要的意义。通过培养学生跨学科综合素养，能够打破学科界限，让学生学会综合运用多学科知识解决问题；提升物理问题解决能力，使学生能够将所学物理知识应用到实际生活中，提高学习的实用性；激发物理学习兴趣与创新精神，让学生感受到物理学科的魅力，培养学生的创新意识和实践能力^[3]。在高中物理教学中，教师应积极引入STEM教育理念，通过整合多学科知识、开展项目式学习、创设真实问题情境、引导学生进行探究式学习、引入科技前沿内容和鼓励学生开展创新实践活动等策略，将STEM教育真正融入到高中物理教学中，为培养具有创新精神和实践能力的复合型人才贡献力量。同时，学校和教育部门也应加强对STEM教育的支持与引导，为教师提供相关的培训与资源，推动STEM教育在高中物理教学中的深入开展。

参考文献

[1] 董莉.有关高中物理教学中渗透STEM教育的思考[J].中学物理:高中版, 2016.

[2] 赵冬玉.基于STEM教育理念的高中物理教学策略与应用[D].扬州大学,2024.

[3] 谭宇斌 张照滔.基于STEM教育的高中物理科学探究能力培养实践[J].  2024.

STEM教育在高中物理教学中的实践研究 STEM教育专项课题（青年教师） 杜放 青岛西海岸新区致远中学 2024XHA145D044