物理实验与STEM教育理念的结合需要在一定的规范下才能让教学实践的进行有条不紊，设计原则在一定程度上反映了教学工作的基本要求，贯彻在教学过程的各个方面和始终，同时是教师研究创新性实验的指导性原理，灵活运用设计原则可以提高教学的质量，保障教学的效率^[7]。

（一）关联性原则

STEM教育理念下的科学、技术、工程、数学四个方面有紧密的联系。教师在设计创新型实验的过程中，除了分析当前学习主题的重难点之外，还要对教学内容、实验环节中蕴含的STEM学科内涵进行深度挖掘，并系统地解析出来，这样学生才能从整体上把握学科知识和STEM素养之间的联系。而且STEM教学强调学生之间的思维和想法也应该有交集和碰撞，在互动互助的实验过程中，不断解决思想矛盾才能获得更好的学习效果，产生更完善的问题解决方案。

（二）开放性原则

说到开放性原则，这里不得不提一下著名教育学家陶行知提出的“六大解放”：解放学生的头脑，发展开放性思维；解放学生的双手，放学生大胆去操作；解放学生的眼睛，拓宽学生的视野；解放学生的嘴，让学生畅所欲言表达心中所想；解放学生的空间，让他们不局限于课堂去感受、亲近自然；解放学生的时间，给学生安排更自由的学习进程，让他们也可以做自己想做的事。这种教学做合一的教育思想和所述的STEM思想有非常契合的地方，学生看待问题的视野也更加宽广，从而获得不同意义的学习成果。在物理实验上，教师也是从学生的生活出发，寻找更生活化的学习问题，以高于生活的层次设计问题的探究性，由开放性的实验、活动、比赛、考查替代单一的课堂教学，尊重学生的个体差异和独特见解，保护他们的创新意识，给他们以自由开放的时间与空间^[8]。

（三）创新性原则(www.daowen.com)

在我国2016年正式提出的核心素养里，创新素养是极其重要的一项，也是被教育者们强调要在各教学领域中最需要真正落实的一项。在近两年的学术论坛上发布的各类新型探究性实验教学中，几乎每一个下工夫的教师都强调过学生的创新意识需要得到提升，需要有更具时代意义的课堂教学让学生发挥出他们的灵活性与创造性。物理实验本身就是能够有很大变通的一个教学项目，哪怕是换一种新的工具或是新的技术手段，都能给学生焕然一新的感觉。在设计实验环节时，教师不妨大胆设置一些具有争议性的点，培养学生的质疑精神，挖掘他们的求实动力，再给学生付诸想法到实践中的机会，让他们展示自己的潜能和努力成果。

（四）情境性原则

有时，学生在听课的过程中不是没有产生过新奇的想法，只是缺乏合适的情境让他们理解心中所想的可行性。对于新奇的知识，学生一开始总是抱有好奇心并在生活经验中对其加以迁移，教师在讲台上一丝不苟地讲解早已熟悉烂透的物理概念时，那些概念在部分学生的脑海中产生的迁移画面完全是另一番面貌，看过的电影、路经的表演都可能在他们的脑海中形成独特的思维认知，创新之后的物理实验虽然不能比拟如此奇幻妙想的过程，但依然是更具乐趣和探究性的教学体验，它让学生勤于思考，也让学生置身于问题的情境之中，学生一直在这样的状态里开展实践探究活动，更能产生良好的效果。

（五）理论和实践相统一原则

荀子有一句经典名言：“不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之。学至于行之而止矣。”作为最高等级的学习，“行”可谓是中国从古至今最被推崇的学习方式。教师在设计物理实验时，同样要考虑这一原则。教师教的是自己已知的内容，学生学的是自己未知的内容，两者所在的出发点就已经不同，只有教师让学生亲历探索的过程，有真正需要动脑思考解决问题的过程，才能让学生真正理解而不是记住物理知识，这样建构的物理知识才能在新的问题情境中实现有效的学习迁移。