STEAM教育理念在“力的存在”中的應(yīng)用

杜晶晶 張浩

摘要：為了發(fā)展學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，教師基于STEAM教育理念，以《力的存在》一課為例，從問題出發(fā)，將STEAM教育理念在教學(xué)情景、情感體驗(yàn)、知識(shí)層次、綜合能力幾方面進(jìn)行滲透。結(jié)合學(xué)生的表現(xiàn)和后續(xù)反饋，探討了STEAM教育特征在本堂課中體現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，試圖充分發(fā)揮其教學(xué)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：STEAM教育?力?作用效果?開放?情境?主體

STEAM教育，強(qiáng)調(diào)以生活中真實(shí)存在的問題為導(dǎo)向，將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）及相關(guān)交叉領(lǐng)域中的知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，有針對(duì)性地展開探究和動(dòng)手實(shí)踐，達(dá)到最終解決問題或制作產(chǎn)品的目的。在新世紀(jì)的人才競(jìng)爭(zhēng)中，一些傳統(tǒng)的輸入式教學(xué)明顯不利于學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，嚴(yán)重影響學(xué)生解決問題能力的發(fā)展。而基于STEAM教育理念的課堂，則更強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教師的引導(dǎo)下主動(dòng)進(jìn)行問題探索和研究，逐漸發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

《力的存在》是浙教版初中科學(xué)中物理部分力學(xué)的第一課。力的概念本身是非常抽象的，鑒于初中學(xué)生對(duì)抽象事物的理解能力有限，課本并未對(duì)力的概念作出詳細(xì)的定義，而是選擇讓學(xué)生重點(diǎn)從力的作用效果去體會(huì)力的存在。如果僅根據(jù)書本提供的幾幅圖片進(jìn)行簡(jiǎn)單的輸入式學(xué)習(xí)，對(duì)力的概念的掌握就會(huì)流于表面，從而影響學(xué)生將理論聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)行再次創(chuàng)新的能力。故本文以《力的存在》一課為例，從目前遇到的一些普遍問題出發(fā)，嘗試將STEAM教育理念滲透到教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)合在情感體驗(yàn)、知識(shí)層次和綜合能力提升幾方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行探索。

一、問題提出

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師非常清楚這節(jié)課要解決什么問題，選擇的方式往往過于直接，如灌輸式的授課方式。但這種方式很難激發(fā)起學(xué)生的內(nèi)在欲望和情感去調(diào)動(dòng)手、眼、腦共同高速協(xié)作去解決問題。沒有情感碰撞的課堂是無(wú)趣的，容易造成老師激情澎湃地講課，學(xué)生依舊昏昏欲睡的現(xiàn)象。初中階段的孩子本身是積極、主動(dòng)、有好奇心的，他們對(duì)常見的一些物理現(xiàn)象已經(jīng)具備一定的辨別能力，但由于沒有任何力學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，也往往不具備較強(qiáng)的邏輯思維能力，對(duì)抽象的物理問題會(huì)比較頭痛。STEAM教育理念中最核心的就是促進(jìn)學(xué)科交叉，共同配合解決實(shí)際問題，從而達(dá)到培養(yǎng)出符合新時(shí)代需求的創(chuàng)新型人才的目的。落實(shí)到課堂教學(xué)中，其核心內(nèi)涵就是通過各種手段，不限學(xué)科、不限方法地充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的各種能力，綜合解決一堂課的問題。并不只有黑板才能帶給學(xué)生知識(shí)，組織表演、比賽、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等活動(dòng)，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，繼而會(huì)使他們接受更多原始的能力和素養(yǎng)。

二、STEAM教育理念的滲入

（一）教學(xué)情景

物理知識(shí)要放到真實(shí)的物理情景中讓學(xué)生去體驗(yàn)、去感受。把獲取的感性物理材料作為思維活動(dòng)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了物理知識(shí)由感性上升到理性，完成了物理現(xiàn)象上升到物理本質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)由理論知識(shí)走向?qū)嶋H生活。因而，STEAM教育理念的滲入需要真實(shí)的物理情景。

以課程的導(dǎo)入為例：大個(gè)男生和小個(gè)女生都在地面上進(jìn)行拔河比賽（直接手拉手），結(jié)果女生被輕松地拉了過來，并且明顯感覺到男生用很大的力氣把她拉過去。借助于學(xué)生自己的情境體驗(yàn)得出力的一種作用效果（物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變）。而男生卻非常自信地回答：“她力氣太小，我沒感覺到她在拉我。”（暴露力的作用效果常常是不明顯的）然后讓同學(xué)們思考有沒有辦法幫助男生感受到對(duì)方在拉自己這個(gè)事實(shí)。最后大家討論后決定讓男生站到滑板上，女生仍站在地面，發(fā)現(xiàn)男生被拉了過來，此時(shí)男生明顯感覺到了女生在拉她。

在這種真實(shí)的物理情景中，力的概念被提了出來。從問題出發(fā)，設(shè)計(jì)出解決方案，讓原本不明顯的作用效果凸顯出來。原本抽象的物理知識(shí)，通過具體情境的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生體會(huì)到抽象問題情境化之后也是可以很有趣的，使學(xué)生有強(qiáng)烈的欲望去進(jìn)行下一步的探索。

（二）情感體驗(yàn)

力學(xué)知識(shí)對(duì)初中生來說是較難理解的，在創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境后，應(yīng)使學(xué)生產(chǎn)生知識(shí)、思維層面的沖突，還應(yīng)使學(xué)生產(chǎn)生真切的情感體驗(yàn)。STEAM教育理念與生俱來的開放性和包容性，允許課堂形式的多樣性，可以充分激發(fā)學(xué)生的情感投入，讓知識(shí)與情感發(fā)生強(qiáng)烈碰撞。在知識(shí)講授的過程中，融入學(xué)生喜歡的活動(dòng)，自然而然地滲透積極的價(jià)值觀，能使學(xué)生產(chǎn)生相應(yīng)的情感體驗(yàn)，繼續(xù)推動(dòng)學(xué)生主動(dòng)想辦法去解決新的問題。這樣既鞏固了知識(shí)、促進(jìn)了學(xué)習(xí)，也鍛煉了學(xué)生解決問題的能力。

對(duì)初中生而言，《力的存在》這節(jié)課最抽象的地方就是力本身看不見、摸不著，難以下手。故這節(jié)課的一個(gè)重點(diǎn)就是通過力的作用效果讓學(xué)生去感受力的存在。從情感上講，那就是讓學(xué)生承認(rèn)一個(gè)看不到的事物的存在，還要清楚地認(rèn)識(shí)到力與平時(shí)所說的“力氣”是不一樣的。

比賽激發(fā)情感碰撞：限時(shí)一分鐘找身邊的力，并說出你是怎么發(fā)現(xiàn)的，獲勝者可以得到一定獎(jiǎng)勵(lì)。其實(shí)學(xué)生可以說出很多力，如課本上的足球使人臉變形、標(biāo)槍被運(yùn)動(dòng)員投出，課本外的雙手虎口相互擠壓等。教學(xué)過程中最重要的就是通過高效率的活動(dòng)去調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，學(xué)生得到答案的同時(shí)，還培養(yǎng)了學(xué)生借助于各種工具、方法去找答案的能力。最后學(xué)生們通過對(duì)“如何發(fā)現(xiàn)這些力”進(jìn)行總結(jié)，很快得出力的兩大作用效果：力可以使物體發(fā)生形狀的改變，或者力可以使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。

當(dāng)然必須再補(bǔ)充一個(gè)微小形變放大的實(shí)驗(yàn)：典型問題如桌面發(fā)生了微小形變，人眼并不能直接觀察到受了力的桌面其實(shí)也有形變發(fā)生。而光學(xué)放大就是能觀察到這一現(xiàn)象的有效手段之一。通過設(shè)計(jì)好的光學(xué)放大實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)跟學(xué)生平時(shí)所見所想不同的結(jié)果，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的情感和認(rèn)知的沖突。學(xué)生會(huì)發(fā)生各種思考、質(zhì)疑、承認(rèn)、再思考、再?zèng)_突，最后才能將一個(gè)物理現(xiàn)象真正上升為物理規(guī)律，才能真正把知識(shí)內(nèi)化為自己的一部分。解決力學(xué)問題不用拘泥于力學(xué)本身，完全可以結(jié)合光學(xué)等其他知識(shí)。這既是對(duì)上一章剛學(xué)過的光學(xué)內(nèi)容的復(fù)習(xí)，也再次體現(xiàn)了STEAM教育理念的學(xué)科包容性。

（三）知識(shí)層次

STEAM教育理念下，教學(xué)內(nèi)容不應(yīng)太拘泥于所謂課內(nèi)知識(shí)或課外知識(shí)，因?yàn)橹R(shí)本身就是開放的，基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)最終將用于解決復(fù)雜問題。

課本上對(duì)“力的作用是相互的”這一知識(shí)點(diǎn)的要求不高，沒有達(dá)到牛頓第三定律的系統(tǒng)要求。如果一句話帶過這個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，就會(huì)帶來很多疑問，因?yàn)橛泻芏嘞嗷バ允遣蝗菀子^察到的，而且極易與后期要學(xué)的平衡力混淆。在STEAM教育理念下，倒不如直接將問題暴露出來。故針對(duì)該難點(diǎn)，老師提前布置了一個(gè)課前小任務(wù)：通過網(wǎng)絡(luò)等方式收集“力的作用是相互的”例子。這充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生解決問題的積極性，利用身邊的各種工具、方法、手段，可以是物理知識(shí)本身，也可以是數(shù)學(xué)等其他學(xué)科的滲透。然后課堂上先由學(xué)生進(jìn)行展示，讓其他學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑和提問（主要圍繞作用效果的相互性）。

課堂上提問：力的作用的相互性是否普遍成立？事實(shí)上，很多例子中，學(xué)生并不能找齊每一對(duì)相互作用力對(duì)應(yīng)的作用效果。下面分享幾個(gè)典型例子：

（1）車與路面間的作用是相互的，但很難觀察到路面受到的力的作用效果，故可改成玩具電動(dòng)車車輪和薄板之間的相互作用。由于薄板夠輕，汽車啟動(dòng)的結(jié)果變成車向前且板向后，那么這對(duì)相互作用的力，分別對(duì)應(yīng)的作用效果就被清楚地展示出來。

（2）直升機(jī)與空氣的作用是相互的，我們可以清楚地看到直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，卻無(wú)法看清楚空氣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也發(fā)生了改變。故在課堂上可以用紙屑的加入去“展示”空氣也受到了力的作用。

（3）船和水之間的作用是相互的，但是水受到的力并不能清楚地被觀察到。故可設(shè)計(jì)如下的實(shí)驗(yàn)方案來演示。水中的鉤碼受到的力通過測(cè)力計(jì)示數(shù)和自身重力計(jì)算得到，而對(duì)水的力則可以通過臺(tái)秤前后兩次的示數(shù)計(jì)算得到。借助定量的儀器得到了更準(zhǔn)確的結(jié)果，循序漸進(jìn)地得出不僅力的作用是相互的，力的大小也是相等的。教學(xué)內(nèi)容具有一定的層次性，由定性到半定量，這種層次性的推進(jìn)，符合學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)知和掌握的規(guī)律。

（4）磁鐵之間的力是相互的，只需要將磁鐵綁在車上，同時(shí)釋放即可。磁力的相互性其實(shí)不難發(fā)現(xiàn)。這組實(shí)驗(yàn)存在的價(jià)值其實(shí)體現(xiàn)在知識(shí)的系統(tǒng)性方面。即通過大量生活實(shí)例，結(jié)合各種實(shí)驗(yàn)，分別體現(xiàn)了不論力的種類（重力、彈力、摩擦力、磁力），還是物質(zhì)形態(tài)（固體、氣體、液體），力的作用都是相互的。

將汽車、直升機(jī)、船等常見的場(chǎng)景搬進(jìn)課堂，結(jié)合學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，得出已有的認(rèn)知（容易找到的一個(gè)力的作用效果），引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來看清楚不易觀察的力的作用效果。這里應(yīng)用STEAM教育理念，本質(zhì)上是將物理規(guī)律與實(shí)際問題有機(jī)結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，思考如何解決問題，并在過程中充分鍛煉了學(xué)生的邏輯思維能力，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握。

（四）綜合能力

為了進(jìn)一步理解這一對(duì)相互作用力的關(guān)系，我們一般都會(huì)組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生利用一組彈簧測(cè)力計(jì)，通過對(duì)拉的方式去探究作用力和反作用力的關(guān)系。

然而事實(shí)上，在科技快速發(fā)展的今天，這個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不是最佳方案了，尤其在動(dòng)態(tài)時(shí)，人眼根本跟不上讀數(shù)的變化。故教師可在教學(xué)中演示更為精確的力學(xué)傳感器實(shí)驗(yàn)：無(wú)論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)，通過計(jì)算機(jī)和傳感器快速采集數(shù)據(jù)，直觀形象地模擬出這對(duì)力的大小、方向隨時(shí)間的變化而變化。而計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力是新時(shí)代學(xué)生的必備技能，理應(yīng)在現(xiàn)代課堂上得到鍛煉和推廣。這也符合STEAM教育理念的核心：利用各種能用的技術(shù)去解決問題。

三、總結(jié)與反思

STEAM教育作為一種新興教育模式，旨在培養(yǎng)能適應(yīng)新時(shí)代特點(diǎn)的復(fù)合型人才，當(dāng)前仍具有很高的研究?jī)r(jià)值。本文僅以STEAM教育理念在一堂初中科學(xué)課程《力的存在》中的應(yīng)用，淺析了該理念在教學(xué)中的種種優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然在具體實(shí)施過程中，遇到的主要困難還是在對(duì)課堂時(shí)間的把控上。所以考慮體驗(yàn)情境設(shè)置的合理性和科學(xué)性是非常重要的，不是越花哨就越好，情境的設(shè)置是為了學(xué)生更好地體驗(yàn)，最后還是為了解決某個(gè)具體問題，并引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，自己設(shè)計(jì)方案去解決問題。從實(shí)施結(jié)果來看，學(xué)生的積極性明顯提高，課堂的主體性相當(dāng)明確。STEAM教育理念滲透的課堂不僅僅培養(yǎng)了應(yīng)試能力，更重要的是在教與學(xué)的過程中，自然而然地鍛煉了學(xué)生的邏輯思維、語(yǔ)言表達(dá)、數(shù)學(xué)計(jì)算、實(shí)踐操作、團(tuán)隊(duì)合作等各方面的能力，最終培養(yǎng)出有創(chuàng)造力的復(fù)合型人才。通過科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)形成的這些品格和能力也完全符合該學(xué)科的核心素養(yǎng)。

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