在初中物理里, 浮力属于极为重要的教学内容, 本文依据STEM环形教学模型, 以初中物理教材中“浮力”这节课的教学内容当作例子, 搭建起以问题作为核心的STEM教学设计。
课堂导入
创设问题情境，引导学生发现问题
运用最常见的物品设计问题情境, 以此来引入问题情境, 目的在于让学生亲自去发现问题, 并且提出猜想, 这里所指的情境呈现于图２之中, 具体如下:
图２ 问题情境
左边摆放着一罐啤酒, 右边存在沉入水底的两罐, 并且这沉入水底的两罐连同中间的一罐是相同的饮料。首先, 向学生提出要求, 意在让其观察现象, 并且从中寻找、发现问题。学生借助操作, 情况是会发现, 啤酒罐不管以怎样的形态放置于水中, 都不会出现下沉的现象初中物理浮力的教案，然而饮料罐只有在底部的凹槽里有部分空气尚未排出的情形下, 才存在能浮起来的可能性。在这个时候, 学生自然而然地便会萌生出一个问题: 物体于水中的沉浮跟哪些因素存在关联呢?
以问题为中心初中物理浮力的教案，开展实践研究
教师规定学生关联所学知识, 借由分组实验来讲物体所受浮力跟可能存在的影响因素之关系。这时, 不同学生将给出不同方案, 教师该激励他们完善实验设计, 把实验投入实践, 查验假设的合理性。其中一组用易拉罐自身做实验来证实浮力与体积的关系（图３）: 量其高度ｈ和截面直径ｄ, 且把高度均分成４份。
图３ 实验探究
实验进行当中, 把易拉罐缓缓浸到水里, 每到一个刻度界, 读出弹簧秤显示的数值。依据力的平衡状况, 浮力Ｆ的大小等同于饮料罐的实际重力跟弹簧秤的示数的差值。在得到浮力与排水体积的４组数据之后画出相应坐标图像中的点, 算出浮力与排水体积之间的函数关系式。有学生提议直接运用相关软件对数据予以拟合（如图４）第一考试网，最终得到浮力与排水体积间呈现线性关系: F=9.6875V+0.175, 忽视实验误差, 最终得出F=9.69Ｖ。
图４ 拟合数据
STEM教育倡导以小组合作的方式来解决问题或完成项目, 教师依据每个学生的各异特点展开分组, 每个组里有擅长规划的学生, 有数学成绩优异突出的学生, 还有设计实验能力相对较好的学生。如此这般分组有益于学生去学会怎样在团队里展现自身的专长特长, 培育学生的团队协作方面的能力。另外, 教师需要鼓励学生运用关联STEM方面的知识去解决问题问题, 就像上述小组之中的学生运用了数学公式以及计算机辅助工具把浮力和排水量之间的关系表达呈现出来。
组间交流
讨论不同观点，拓展研究领域
“整合”这种理念在 STEM 教育里有所体现, 这里所说的“整合”, 不光涵盖学科知识彼此间的整合, 更为广义理解的话, 也是指不同观点的整合。处于实验探究实施进程当中, 每个小组的实验设计以及结果存有差异。教师需要针对所存在的问题, 去组织学生展开讨论, 让学生去相互交流实验过程, 经由分析反思这般一系列过程, 从而得出一致的结论。此外, 所讨论的范围并非仅仅限定于本节课所研究的, 关于浮力的问题之上, 它还能够延拓至其他的知识点, 甚至是其他的领域, 比如说, 针对为何体积相同的啤酒会比饮料重这一问题, 有学生经过对比后发现, 饮料的配料当中含有大量的糖, 而啤酒所含有的则是酒精, 一般情形下, 糖的密度相较于酒精而言要更大一些, 所以饮料罐会下沉，然而啤酒却不会。再比如说, 有学生依据易拉罐的沉浮状况, 构想出了制作简易潜水艇的想法。总而言之, 交流这个环节应当尽可能在不偏离教学目标这样子的条件的情况之下, 使得学生能够自由自在地发表观点, 并且呢, 对于别人的观点也可以做到合理且公正的评判, 唯有如此, 才能够体现出STEM教育的开放性。
纠正错误观念，深化研究内容
在评价环节当中, 教师需要针对整节课去做评价总结, 除了针对新颖的探究方案, 以及创新观点给出鼓励以外, 还得要针对此过程里出现的错误观念展开分析。学生的思维之中存有许多先验的观念, 这些观念大部分源自学生日常的经验, 其中有些带有显著的科学性错误。借助以学生为主导的探究以及交流讨论过程, 能够初步判断出学生在哪些概念上依旧存在错误的认识, 比如存在一部分学生一直觉得, 重的物体像铁和铜等金属, 在水中是不受浮力作用的。所以, 于学生开展研究以及讨论的进程当中, 要擅长发觉他们于知识层面和方法层面所存在的欠缺, 要是于讨论部分结束之后, 学生在某一问题上面依旧存有异议, 教师能够运用做实验或者举例子等各样的方式去纠正学生认知里的失误。另外, 本节课的研究关键在于在水中探寻影响浮力的因素, 为了能更深入地展开研究, 可针对初始的问题情境抛出反思: 要是把水槽里的清水替换成油或者别的物质, 易拉罐状态会不会产生变化?
与传统教学相较, STEM 教育的优势体现于, 充分认知到真实研究过程具备的多元性以及灵活性, 还认识到跨学科知识所拥有的重要性。在当下全球科技持续进步之际, 选择正确的教育发展路径, 对于学生的未来, 甚至于国家的发展, 都有着至关重要的意义。STEM 教育融合当代最为先进的教育理论, 把学生的学习过程予以方法化、系统化以及多元化, 借助学生之间的合作, 依照探究实验的方式, 充分激发学生学习的自主性, 培育学生的科学思维品质, 提升学生的 STEM 素养。