STEAM視角下物理小組合作實(shí)驗(yàn)的探索

翁宗琮

[摘要]文章闡述了在STEAM視角下如何引導(dǎo)學(xué)生利用小組合作的形式對(duì)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，利用多種傳感器搭載Arduino主機(jī)板實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助，提高課堂教學(xué)效率。讓學(xué)生在動(dòng)手制作作品的同時(shí)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)有更全面的了解，并能夠更加扎實(shí)地掌握物理知識(shí)。在對(duì)不同層次學(xué)生的訪談中了解到，學(xué)生普遍對(duì)融合STEAM教育的中學(xué)物理小組合作實(shí)驗(yàn)很感興趣，尤其是對(duì)Arduino的廣泛應(yīng)用興趣濃厚，這與初中生所具有的喜愛分享、喜歡展示自己的個(gè)性有很大的關(guān)系。此外，融合STEAM教育的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)很大程度上允許學(xué)生自主探究和學(xué)習(xí)，這讓本來生硬的知識(shí)通過信息化的環(huán)境變得生動(dòng)有趣，興趣成為學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的最大動(dòng)力。

[關(guān)鍵詞]STEAM;中學(xué)物理;小組合作

[中圖分類號(hào)]G633.7? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A? [文章編號(hào)]1674-6058（2020）02-0043-03

一、問題的提出

新一輪基礎(chǔ)教育課程改革對(duì)教師與學(xué)生的平等對(duì)話提出了新的要求，教師所遵循的教學(xué)理念應(yīng)該更注重在課堂上發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)。在這種背景下，以小組合作形式構(gòu)建的課堂教學(xué)模式可以讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主題，教師轉(zhuǎn)為幕后導(dǎo)演，讓學(xué)生在互相合作的前提下激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，也讓學(xué)生更加認(rèn)可自己作為學(xué)習(xí)主人的角色。另一方面，隨著近幾年STEAM教育的逐漸興起，STEAM教育所具有的自由探索、自由思考的優(yōu)勢(shì)讓廣大教育工作者開始關(guān)注并思考如何借鑒。如何在小組合作的背景下將STEAM教育與中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)更好地融合在一起是我們一直探索的問題。

二、STEAM教育的內(nèi)涵

STEAM課程是美國(guó)政府主導(dǎo)的“項(xiàng)目引路PLTW”計(jì)劃所倡導(dǎo)的以科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)為核心的課程。STEAM教育主要以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題學(xué)習(xí)為主要教學(xué)（學(xué)習(xí)）方式，引導(dǎo)學(xué)生通過合作與實(shí)踐，完成主題項(xiàng)目或解決生活中遇到的難題。STEAM教育是由STEM教育加入了藝術(shù)概念后發(fā)展而來，這種教育在美國(guó)、韓國(guó)和英國(guó)等國(guó)家八十年代便已開始興起，至今已有三十多年，積累了大量的素材和經(jīng)驗(yàn)。

STEAM教育具有多學(xué)科性、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性、實(shí)證性、技術(shù)性強(qiáng)等特征;STEAM教育以整合的教學(xué)方式，注重實(shí)踐和過程，強(qiáng)調(diào)解決真實(shí)問題，倡導(dǎo)“做中學(xué)”;STEAM教育強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新與創(chuàng)造能力培養(yǎng)，注重知識(shí)的跨學(xué)科“遷徙”及其與學(xué)習(xí)者之間的關(guān)聯(lián)。

因此，在中學(xué)物理小組合作實(shí)驗(yàn)過程中，融合STEAM教育理念，采用傳感器、3D打印等其他相關(guān)新技術(shù)，不僅能夠幫助學(xué)生更加直觀地理解物理實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，還能促進(jìn)物理教師自身的專業(yè)發(fā)展。

三、物理小組合作實(shí)驗(yàn)與STEAM教育融合的意義

（一）有利于拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維

小組合作學(xué)習(xí)的核心就是以學(xué)生為主體，鼓勵(lì)學(xué)生以小組分工的形式開展學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。在這種前提下，小組成員之間的思維碰撞與交流有利于創(chuàng)新火花的出現(xiàn)，以小組為單元的學(xué)習(xí)活動(dòng)不僅效率更高，小組成員的互助、鼓勵(lì)，對(duì)物理問題的發(fā)現(xiàn)與解決具有更大的幫助。STEAM教育融入小組合作實(shí)驗(yàn)，不僅能夠讓學(xué)生獲得課本上沒有的知識(shí)，還能在思考方式以及探究方法上尋得新的路徑。

（二）有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力

學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中，如果僅僅依靠簡(jiǎn)單的文字?jǐn)⑹龊蛦握{(diào)的習(xí)題訓(xùn)練，很難內(nèi)化為自身的知識(shí)。就好比騎單車，僅僅依靠文字描述和觀看單車的圖片，很難讓學(xué)生掌握騎單車的技巧。對(duì)物理這門學(xué)科，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)就是掌握物理知識(shí)最直觀、最有效的方法。物理小組合作實(shí)驗(yàn)不僅能夠讓學(xué)生從已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)提煉出新的觀點(diǎn)，還能讓組內(nèi)成員彼此借鑒不同的經(jīng)驗(yàn)，交流產(chǎn)生新的思維碰撞。STEAM教育融入小組合作實(shí)驗(yàn)不僅能讓實(shí)驗(yàn)的手段多樣化與新穎化，還能讓學(xué)生的思維深度得到有效拓展。

（三）有利于轉(zhuǎn)化學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

中學(xué)三年的學(xué)習(xí)時(shí)間不僅讓學(xué)生的邏輯思維得到較大的提升，還使得他們看問題的角度與深度也隨著時(shí)間的推移而變得更加多樣化，初中生所具有的好奇心與求知欲，如果能夠得到正確的引導(dǎo)，學(xué)習(xí)的效率將得到極大的提升。STEAM教育沒有固定的模式與器材，各種新穎的技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)的融合點(diǎn)層出不窮，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，不僅能夠極大地滿足好奇心，還能把短時(shí)興趣逐漸轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)時(shí)興趣，最后變?yōu)閷?duì)物理學(xué)科本身的興趣。

四、STEAM視角下中學(xué)物理小組合作實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

（一）培訓(xùn)

利用第二課堂對(duì)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)：首先講授STEAM教育理念等理論知識(shí);然后對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維的培訓(xùn)，并指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科技文獻(xiàn)、科技論文，在此基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生Arduino套件組裝能力和基礎(chǔ)軟件編程技能等，并讓學(xué)生學(xué)習(xí)制作作品及相關(guān)工作的基本流程;接著進(jìn)行基本動(dòng)手技能的訓(xùn)練，包括各種工具、測(cè)量?jī)x器等設(shè)備的選擇與使用，在原有基礎(chǔ)作品上，增加一個(gè)至兩個(gè)新功能;最后進(jìn)行探索式主題活動(dòng)，以合作小組為單位對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的有關(guān)主題內(nèi)容進(jìn)行合作探究，嘗試制作具有個(gè)性特點(diǎn)和創(chuàng)新特點(diǎn)的物理作品。

（二）制作

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行思考，看看是否有可以改進(jìn)的地方，是否可以借助STEAM技術(shù)使實(shí)驗(yàn)變得更加直觀，并以小組為單位圍繞某一實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論。找到可以改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)后，以小組分工合作的形式進(jìn)行材料尋找、制作、調(diào)試等步驟，最終制成一個(gè)合適的作品。

（三）評(píng)價(jià)

作品完成以后，以小組為單位，先進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，主要圍繞是否對(duì)原有的物理實(shí)驗(yàn)有所改進(jìn)，改進(jìn)的地方是否合理等進(jìn)行評(píng)價(jià)。然后由小組長(zhǎng)帶領(lǐng)組員在課堂上進(jìn)行演示，邀請(qǐng)全班同學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)與改進(jìn)，觀察作品的實(shí)際教學(xué)效果。

五、STEAM視角下中學(xué)物理小組合作實(shí)驗(yàn)的實(shí)施案例

（一）3D打印音調(diào)演示裝置