基于STEAM理念的初中物理家庭實驗教學研究

陳崢嶸

摘 要：初中物理教學方式不僅能夠影響學生的實際學習效果，還能夠決定學生是否對物理學科感興趣。為提升課堂教學效率，提高學生對物理學習的興趣，文章就基于STEAM理念的初中物理家庭實驗進行了探究，簡單闡述了該理念的意義與作用，并詳細分析了初中物理家庭實驗效果的提升策略，旨在為相關教育工作者提供參考。

關鍵詞：STEAM理念;初中物理教學;家庭實驗

課題項目：本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“基于STEAM理念的‘初中物理家庭創新實驗’研究”（C-b/2020/02/31）的階段性研究成果。

引 言

隨著社會的不斷發展以及教學水平的不斷提升，現代化教學的方式和方法發生了一定的變化，為使學生的物理水平得到有效提升，教師應熟練使用物理家庭實驗的方式來進行教學。教師應堅持STEAM理念，調整教學方式，提升物理課堂的教學效率，充分利用不同的資源和工具，使學生的學習更加輕松，激發學生對物理學科的學習興趣。

一、基于STEAM理念開展家庭實驗對初中物理教學的意義與作用

STEAM理念是一種新型的教育理念，其將科學、技術、工程、藝術、數學等多學科進行有機結合，形成具有多元化特征的課程教學方式，通過不同學科之間的融合與交流，使課程滿足學生的學習需求。與傳統教學理念不同的是，該理念對于綜合教學和超學科教學更為重視。在傳統的教學過程中，教師往往通過單一的方式進行學科教學，教學過程中不會利用其他學科的相關技術，這使得學生對該學科知識的掌握情況一般，最終的運用效果也相對較差。為使整體教學效果得到提升，教師應將STEAM理念融入課程教學過程，利用多學科知識，將初中物理的知識以較為綜合的方式展現出來，讓學生在掌握物理學科知識的同時，加深對多學科綜合知識的掌握，進而提升學生的綜合實力。

STEAM理念下的物理家庭實驗，即結合學生在學校學習的物理相關知識以及生活中的一些常識，利用家庭中常見的工具和器材進行物理實驗探究。在這一過程中，學生不僅要有扎實的物理學科知識和技能基礎，還要對生活中事物的物理性質、材料特性、制作工藝等有一定的了解，因為物理家庭實驗甚至可能涉及工程力學、數學計算等跨學科知識。可以說，初中物理家庭實驗，能夠很好地跨學科指導學生的學習，培養、發展學生的綜合能力[1]。

二、提升STEAM理念下初中物理家庭實驗的具體策略

（一）提升學生對物理實驗的興趣

學生對物理實驗的興趣對物理教學效果有著較大的影響。在以往的教學過程中，教師往往通過語言講解或使用幻燈片等多媒體設備進行演示，學生無法真實地接觸實驗，導致學生對物理實驗的興趣被抑制，從而對物理知識的理解和吸收程度較為有限，影響整體教學效果。在STEAM理念下，教師使用初中物理家庭實驗教學方法為學生選定課題，通過將物理知識與其他知識進行結合，激發學生對相關實驗和知識的好奇心，鼓勵學生在生活中尋找合適的實驗器材，根據題目來開展實驗[2]。在獨立實驗的過程中，使學生的好奇心被滿足，同時也能獲得強烈的成就感，使其對物理實驗的興趣變得更加濃厚，進而提升整體的學習效果，提高對物理知識的掌握程度。

例如，在“物質的三態 溫度的測量”一課中，學生需要觀察不同狀態的水，并嘗試測量液體的溫度，要學會使用溫度計，將物理知識與生活知識進行結合，提高學習效率。教師在設置課題時，應調整實驗的內容，使其更能吸引學生，同時讓學生在實驗的過程中學會正確使用溫度計。如教師可以詢問學生：“同學們，你們都喜歡喝什么飲料？”學生可能回答出五花八門的飲料種類，教師可以繼續提問：“不同溫度下的飲料口感是否會有變化？”教師可以讓學生回家后分別測試自己喜歡的飲料如牛奶、可樂等在不同溫度下的口感變化。相比于普通測量溫度的實驗，該課題更具趣味性，能夠吸引學生來進行實驗探究。在布置完題目后，教師要求學生按照標準的實驗過程，在家中或課下進行實驗，并對實驗結果進行分析總結，形成實驗報告。

（二）引導學生獨立思考物理問題

在教學過程中，教師不僅要教授專業的物理知識，更重要的是教會學生學習和思考的方式，使其學會獨立思考相關物理問題。在STEAM理念下，教師要想提升學生的思考能力，就要合理利用不同學科的知識來加強對學生的引導，使其能夠順利進行思考，提升自身的學習能力[3]。教師要設計相應的物理家庭實驗課題，鼓勵學生自己設計實驗方案，自己準備相應的實驗工具，通過創新和創造，完善相應的實驗步驟，完成物理實驗，并對實驗的結果進行記錄和分析，得到相應的實驗報告。學生在對整個實驗過程進行思考和分析的過程中，能夠有效地提升自身的思考能力。

例如，在“物體的質量”一課中，學生要學會測量物體的質量。教師根據教材中的實驗，為學生設計新的課題“自己制作簡易天平，并測量不同形狀的同一物質，其質量是否發生變化”。學生接觸到課題后，需要思考幾個難點。首先，思考應使用哪種物體來進行實驗，才能保證其在變換形狀的過程中，不會受外界的影響。學生可以使用橡皮泥捏出不同形狀來測量，也可以測量冰塊及其熔化后的水的質量，通過思考來選擇合適的物體，提高實驗的實際效果。其次，制作簡易天平。在制作時，學生要思考如何保證兩側的平衡，以及砝碼的重量怎樣估算等。學生可以使用筷子、塑料瓶、紙杯以及毛線等家中常見的物品來制作簡易天平，使用有明確質量的糖果或者橡皮等來作為砝碼測量和比較。最后，分析和總結實驗。物理實驗較為簡單，但實驗報告的撰寫較為復雜，學生要對實驗過程和結果進行分析和總結。實驗報告有利于學生對自己的實驗思維進行歸納和調整，使思路更加清晰。

（三）加強針對性教學和實驗布置

STEAM教育理念要求結合不同學科知識和實驗等進行教育，培養綜合型人才，這就要求教師對學生的教育更加多樣化，并且具有較強的針對性。教師在教學時，要根據學生的實際情況設置不同的實驗課題，通過合理的方式對學生進行引導，使學生能夠循序漸進地學習相應的物理知識，提高對物理知識的掌握效果。因為學生個人的天賦以及興趣不同，所以他們感興趣的實驗教學內容也是不同的，如果學生能夠參加自己比較感興趣的實驗，那么將會在很大程度上調動學生深入探究實驗的積極性，這樣，學生能在實驗過程中學習到更多的知識，教師也能更好地通過課題實驗教學引導學生進行知識的自主探究。教師應因根據不同學生的特點來選擇恰當的教學方式，有針對性地進行指導和教育，使學生能夠更好地掌握學習內容。

例如，在“杠桿”一課的學習中，學生要通過實驗對杠桿的平衡條件進行探究。針對不同學生的學習特點，教師可以為他們設置不同難度的實驗課題。教師可以將實驗課題分為兩個層次：基礎層次中，學生按照教材的提示，自制簡易杠桿，探究其中的平衡條件，探究其平衡狀態與哪些因素有關。進階層次中，教師可以將課題進行拓展或深化，讓學生分析不同因素對杠桿平衡的影響效果，并通過的計算，探究怎樣能夠使杠桿實現省力的效果。從興趣引導的角度出發，教師可以安排不同內容的家庭實驗讓學生選擇性地進行探究學習。如讓學生利用家中老式的桿秤進行稱量，通過選擇不同秤砣稱同一物體，探究杠桿平衡條件中，力和力臂之間的關系。如果家中沒有老式的桿秤，教師可以讓學生選擇制作簡易天平，還可以布置利用筷子和電子秤配合，制作小型桿秤的實驗探究課題。無論哪個實驗課題，學生都需要充分利用有關杠桿平衡條件的相關知識，通過力和力臂的計算，更好地理解桿秤的工作原理，通過深入探究桿秤稱量物體的實踐操作，更加深入地了解杠桿的平衡概念。教師要從動手實踐、實驗驗證以及實踐運用等多個角度進行家庭實驗的設計，以更好地滿足學生不同的學習和探究需求，讓學生自由選擇感興趣的實驗課題，提升家庭實驗教學的效果。

（四）打破學科界限，提升學習物理水平

在物理教學中，教師應通過家庭實驗來提升學生對物理知識的學習能力、創新能力，因為其關系到學生后續的發展，因此，教師應進行合理的引導。傳統物理教學中，教師只是簡單地進行專業知識教學，學生需要背誦概念、公式和計算方法，大量地做題、背題，這樣的物理教學缺乏創新性，使得學生的學習能力和綜合實力無法得到有效提升，制約了學生綜合素質的發展。在STEAM理念下，教師應鼓勵學生通過實驗來進行物理知識學習，結合學科知識進行實驗，并對實驗過程進行分析和總結，充分了解實驗知識和內容，從而提升自身的綜合實力。如在“電流的磁場”一課中，學生要對通電螺線管磁性強弱情況及影響因素進行分析，在實驗的過程中，學生可以利用四氧化三鐵和三氧化二鐵等化學材料。生活中常見的含有四氧化三鐵的物品有磁帶、吸鐵石等，含有三氧化二鐵的物品有紅色顏料、部分干燥劑等。學生利用通電螺線管對實驗物質進行吸引，能夠辨別哪種為有磁性的四氧化三鐵，哪種為無磁性的三氧化二鐵。在傳統的實驗過程中，學生的注意力較難集中，而在開展家庭實驗的過程中，通過眼、手、腦之間的配合，以及跨學科的學習，學生的思維不斷拓展，注意力高度集中，實現了對自身能力的培養。在實驗完成后，學生可向其他學生分享自己的實驗過程和創作思路，豐富知識儲備，使其思維能夠得到一定的拓展，進而得到有效的發散。

（五）利用項目教學法，優化實驗教學效果

項目教學法即將為學生創設具體的知識運用情境，充分利用學生的主動性以及創造性，讓學生能夠相互協作完成學習探究任務。在以往的物理實驗教學中，教師指導學生參與的實驗大都是驗證性實驗，也就是先教給學生理論知識，通過理論知識推斷實驗現象以及實驗結果，最后，學生通過實驗驗證理論知識的正確性。這種實驗教學不符合STEAM理念，并且對學生的實驗探究能力以及物理思維能力的培養效果都會大打折扣。項目教學法就是要讓學生組成項目小組，以某一主題或者探究內容為引導，自主進行實驗的設計、實施、總結等活動，更好地發展學生的自主學習和探究能力，更好地鍛煉學生的動手實踐能力以及思維能力。項目教學法和初中物理家庭實驗教學能夠完美地結合。在通常情況下，學生獨自完成物理實驗任務的難度較大，尤其是初中階段的學生接觸到的物理知識較為淺顯，在實驗探究方面的知識和方法掌握也不夠，獨自完成實驗探究難免會出現很大的疏漏，同時也無法保證實驗探究的效率。更重要的是，物理實驗本身就是團隊性工作，一個人的能力有限，但是如果多人一起圍繞實驗探究項目展開合作，就能夠起到很好的互相促進作用，讓學生的思維在協作的過程中，碰撞出靈感的火花，同時也能學會更加完整和嚴謹地設計以及開展生活物理實驗。并且，在多人小組合作共同完成實驗項目的過程中，組員之間也會起到一定的監督和促進作用，避免學生自己開展生活實驗時，因隨意和怠惰，影響教學質量。

在運用項目教學法時，首先教師要合理安排項目小組，將學生按照實際學習情況進行分組，綜合考慮學生及其在課堂學習過程中的態度和表現。這樣一方面能夠保障學生在課下快速集合并進行實驗探究，另一方面則是小組內既有學優生，也有學困生，他們能夠通過互相幫助、互相帶動，提升整個項目小組的學習效率。其次，要做好物理家庭實驗項目的設計，教師可以根據學生的生活實際以及課堂教學內容，設計合理、有趣的物理家庭實驗探究項目。例如，在教學物體密度相關知識的時候，教師就可以設計研究家庭生活中常見小物件密度的實驗項目，讓學生根據密度公式ρ=m/V自行展開家庭實驗的設計、計劃、實施以及記錄總結等實驗探究過程。教師可讓學生組成項目小組，選擇合適的生活物品，合作討論并設計合理的密度測量方案，展開實驗探究學習。最后，在運用開項目教學法時，教師應要求學生做好實驗計劃書和實驗記錄。在物理實驗中，實驗現象、數據的觀察和記錄，是分析、研究實驗結果的重要參考依據，也是實驗探究的重點。教師要培養學生嚴謹科學的實驗態度，發展學生的科學觀念。

結 語

為提升學生的學習效果，教師應在STEAM理念下，綜合多學科的知識，設計初中家庭實驗課題，鼓勵和引導學生對物理實驗進行設計和實施，在充分的鍛煉下提升學生的動手和動腦能力，不斷強化其思維綜合能力，使學生成為綜合發展的新一代學生。

[參考文獻]

[1]詹友琳.基于STEAM教育理念的初中物理課程創新與案例設計研究[J].中學課程資源，2019（5）：56-57.

[2]梁喆.融合STEAM理念的初中物理實驗生活化教學——以“光的折射”為例[J].中小學數字化教學，2020（2）：29-31.

[3]王健源.試論從物理學科教育走向STEAM融合教育——中學物理教學的創新之道[J].黑河教育，2020（2）：20-21.