初中物理教材中的实验是非常基础的，为了让初中阶段的实验更具有物理的学科背景特色，教师可以基于STEM理念对物理实验进行改进、深化和拓展：在创新设计过程中，除了遵循上述的五个原则之外，教师还应该有一套系统的实验设计模式作为参考，在余胜泉、胡翔的《STEM教育理念与跨学科整合模式》^[12]一文中，就对融合STEM理念的跨学科整合模式课程的策划提出了较完善的一套设计模式，主要包括以下六个步骤：学前分析、教学法分析、教学过程分析与设计、知识结构化设计、教学项目的应用与改进、总结性评价。这里将以创新型中学物理实验为主解析这六个步骤。

（一）学前分析

在实验设计之前，教师要分析当前学习主题的教学目标及重难点，学生当前的学习水平，以及可能对教学造成影响的前概念。每一小节物理内容都有对应的三维目标，教师在设计对应的物理实验之前，首先要深入分析知识内容间的结构关系和知识内容的类型，再分析学生的智力因素和非智力因素，以确保设计的实验适合学生进行学习。

（二）教学法分析

前文所述STEM教育下的三种教学方法都可以同物理的实验教学结合起来，只是施教的过程不同，教师可以根据当前学习主题和三种STEM教学法的契合度选择实验教学的方法，PBL教学方法适合教学内容中某一重要主题的教学，不管是基于问题还是基于项目，都可以将其中重要的主题内容利用实验进行细化的处理，帮助学生攻克重难点，同时这一种教学法也是物理教师进行教学实践尝试时最爱选用的，具有针对性强、易于记录的优点。6E教学法适合那些需要具象化的实验或多有操作性内容的章节。这种教学方法可以将一整节课的内容设计成一个教学案例来实施。这一点和PBL教学针对其中问题或项目是不同的。6E教学法将章节内容依据六个步骤循序渐进地安排教学，可以使知识在合适情境下有连贯性地呈现，同时不乏操作性和体验性。工程教育模式目前在小学课程中实施的环节分为发现问题、草拟计划、选择材料、制作测试、记录分享五个环节。初中物理中简单的实验部分和教具制作也可以选用此法。

（三）教学过程分析与设计

选择合适的教学方法之后，就要将学习的章节内容细化，在教学方法的框架中进行顺序编排，并具体安排每个环节的教师活动、学生活动。我们拿6E教学法来举例。教师首先针对章节的内容构思一个合理的物理情境，再由浅入深、循序渐进地将主题内容做出逐步的呈现，有效活动就将其穿插进去，然后将实验过程也进行一定的分解和编排，再思考教学内容或是实验还有什么可以做出深化拓展的地方，有什么可以让学生再进行知识迁移的地方来巩固学生的学习效果，最后设计该课程和实验的评价角度。总之，整个教学过程要有清晰的条理和逻辑，知识衔接要自然。

（四）知识结构化设计(www.daowen.com)

教学的大致步骤确定下来之后，就要对教学过程进行细节处理，知识的呈现方式，知识点之间的过渡，还有每一个环节的教学意义，都要仔细地思考并记录下来，这样才能将整个教学实践活动的内容都建构起来。还有各教学环节的语言组织，学生可能会提问的内容以及做法的预测，实验步骤在STEM理念中的具体体现，都是需要事先设计思考的内容。

（五）教学项目的应用与改进

在设计完教学方案之后，教师可能会在施教过程中遇到很多始料未及的问题，比如对学生的前水平预估存在误差，物理情境的创设难以让学生进入状态，不能很好地激发学生的学习潜能，学生的设计方案离题，学生在合作过程中难以达成共识，学生接受知识的时间轴过长超出了预期等。这些问题在新的实验教学中出现是很正常的，教师确实需要足够的经验去应对上述困难。因此，为了积累更多的实验教学经验，教师可以从简单的实验做起，再慢慢提高难度，在逐渐熟悉当前学生的学习特征和水平之后，就可以挑战更高完整性的实验教学模式^[13]。

在每一次教学结束以后，教师都要对课堂中出现的问题进行思考，对先前设计的实验教学方案进行修正与改进。如果条件允许的话，在另一个班级再做一次教学尝试，逐步提高当前主题教学方案的完整性。

（六）总结性评价

在当前学习单元几次实验教学告一段落时，教师除了在教学活动过程中建立形成性评价之外，还要再做一次总结性评价。形成性评价可以再通过知识测验、行为观察的方式进行确认，主要是为了了解当前阶段教学中存在的问题和改进的方向。总结性评价是在完成阶段教学之后通过课程标准中的课程目标分析教学的效果和与预期的差距，以及各教学步骤、实验设置是否真正落实了学生的STEM素养培养目标，教师的评价过程可以有更多的方式，比如事先制订评价标准，学生小组填写教学问卷调查等，要改变单一的评价方式，强调多元主体评价。

总的来说，教师要在STEM理念的应用中设计和完善跨学科的实验教学整合模式，针对学习主题涉及的STEM元学科内容创设系统的教学方案，降低学科疑难伪解决、学科知识伪探究这类问题的发生，以让学生获得统整性学习的成就感，提升STEM素养和知识理解，为STEM教育理念在初中物理教学中的推广提供更多宝贵的参考经验。