STEAM理念在高中物理校本課程中的開發與實踐研究

李曉雪 周曉峰

【摘 要】STEAM是一種跨學科的教育理念，包括了科學、技術、工程、藝術以及數學等多個領域，能夠利用學科整合的方式不斷提高學生的綜合素養。物理是培養學生創造性思維與創新能力的重要學科，因此在高中物理教學中，教師一定要運用STEAM教學理念進行物理校本課程的研發，結合學生的實際情況，有計劃、有目的地提高學生的跨學科能力，使學生成長為高素質的綜合型人才。

【關鍵詞】STEAM理念;高中物理;校本課程

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2021）22-0143-02

STEAM教育理念的內涵就是讓學生在真實的情境中，利用多學科知識解決實際問題，并能夠對問題進行深層次探索。總體來說，在落實STEAM教育理念的過程中，教師需要注意以下幾個問題：第一，所研究的問題一定要密切結合教學內容，能夠做到教學知識的深入滲透;第二，在教學過程中要為學生整合多學科知識，幫助學生建立起不同學科知識之間的聯系，使學生系統性學習;第三，進一步提高學生的合作能力、溝通能力與創新能力，確保學生綜合素質的提高。

1? ?基于STEAM教育理念的高中物理校本課程構建策略

1.1? 科學設計教學項目

與傳統的課堂構建模式相比，基于STEAM教育理念構建課堂教學活動更加復雜，需要教師對教學活動進行精心設計。教師不僅需要對學生的學習情況有深入的了解，同時也要結合物理教學目標與教學內容，為學生設計與生活實際息息相關又同時涉及多學科知識的探究項目，這對教師的專業素養提出了一定要求。STEAM教育理念是以具體的項目為支撐的，如果缺乏科學的項目設計，那么跨學科教學也無法收獲應有的成效[1]。

1.2? 科學設計教學方案

教師在確定教學項目后，要結合項目內容對教學方案進行系統設計，讓學生能夠以具體的項目為橋梁，將知識與技能連接起來，利用跨學科知識完成學習項目，進而不斷提高他們解決問題的能力。所以，教師一定要科學設計教學方案，在整個教學過程中做到以項目為核心，讓學生在解決項目問題時能夠充分利用身邊的資源，進而提出解決方法。在項目完成后，教師需要幫助學生整理所學知識，把零星的知識點構建成完整的知識體系，最終促使學生跨學科能力不斷提高。

2? ?STEAM教育理念下構建高中物理校本課程的具體實踐——以“霍爾效應”的教學為例

電和磁是高中物理的重要內容，并且是整個高中物理知識體系中的重點與難點。雖然電和磁在生活中頗為常見，作用重大，但是學生只能觀察到電磁現象，無法感知具體的電磁形態，對于電磁這種看不見也摸不到的抽象物質，學生理解起來會有一定的難度[2]。針對這一情況，教師就可以基于STEAM教育理念為學生構建物理課堂，讓學生在具體的項目中探究電和磁的本質，對電磁現象產生的原因追本溯源，進而深度掌握電磁知識。

2.1? 課時安排

“霍爾效應”作為電磁領域的經典理論，本身就具有一定深度，如果教師仍舊采用傳統的灌輸式方法進行講解，有可能會讓學生一頭霧水。因此教師可以基于STEAM教育理念完成霍爾效應的具體講解，可以將整個課程講解分為兩個部分。

第一部分：在正式上課之前，教師可以利用一個課時的時間，幫助學生回顧勻強磁場、奧斯特電流磁效應等已學的物理知識，讓學生回憶起勻強磁場的特性，并能夠利用所學知識制作簡單的勻強磁場，然后引出亥姆霍茲線圈。這部分的教學能夠起到承上啟下的作用，能夠為學生進入“霍爾效應”的學習打下良好基礎。然后教師可以利用第2課時引導學生分組制作亥姆霍茲線圈，并讓學生展示自己的成果，教師要結合學生所制作的亥姆霍茲線圈，為他們講解其中包括的物理知識以及物理原理。

第二部分：在第一部分教學結束后，學生會對電磁知識有基本的了解，這時教師就可以進入霍爾效應的具體講解。首先，教師要與學生共同學習霍爾效應的基本定義，引導學生發現生活中存在的霍爾效應，幫助學生理解這一概念。然后，教師就可以和學生共同討論電磁流量計的工作原理，并讓學生分組完成電磁流量計的制作，在動手制作之前，學生需要設計出制作草圖，并明確注意事項。在學生動手制作的過程中，教師要進行必要的指導和答疑，確保所有小組都可以完成。當制作完成后，教師要引導學生收集制作過程中所用到的各種數據，并對數據進行科學分析[3]。

2.2? 第一部分教學實踐

2.2.1? 提出項目

磁場屬于一種抽象的物質，既不能用手觸摸到，又無法直觀地觀察到，但是磁場無時無刻不存在于生活中。針對這一現象，教師可以提出問題：為什么會產生磁場？我們是否能自己制作一個磁場？通過問題來激發學生的興趣。然后教師即可引入教學項目：亥姆霍茲線圈不僅制作簡單、材料易于獲取，同時能呈現出明顯的勻強磁場，所以我們今天就來共同制作亥姆霍茲線圈。

2.2.2? 動手探究

在確定本節課的教學項目后，教師可鼓勵學生自行分組，以小組為單位進行亥姆霍茲線圈的實際制作。

首先，學生要根據所學知識自行選擇所需要的材料與設備，主要包括兩個具有相同半徑的閉合銅圈、一個全電壓實驗臺、一個具有一定靈敏性的磁場強度傳感器、若干銅絲、一根竹簽（長度略大于線圈半徑）。

然后，每組學生開始制作亥姆霍茲線圈。學生需要將銅絲均勻地纏繞在銅圈上面，并在首尾處預留一段銅線，長度約為20厘米，方便后續的電流接入。此時學生要準確測量出銅圈半徑，將竹簽與銅圈固定，并保證兩個線圈之間的距離與銅圈半徑一致，然后將竹簽垂直放置在桌面上，使兩個線圈相互平行。

最后，接入電流，并保證兩個線圈的電流具有相同方向與大小。此時學生改變磁軸距，并利用磁場強度傳感器記錄相應的數據。

2.2.3? 科學分析，經驗共享

學生要對所記錄的數據進行科學分析，并將數據轉化至直觀的坐標圖上，這樣學生利用圖形就可以清晰地看到在哪一個軸線位置會產生勻強磁場。

在整個亥姆霍茲線圈的制作和測定過程中，學生不僅需要用到以前學過的物理知識，也用到了即將要學習的知識。此時教師要引導學生將制作過程中所涉及的知識羅列出來，并講一講自己在學習過程中的收獲，從而使得知識系統更加完整。

2.3? 第二部分教學實踐

在第二部分教學中，學生需要學習霍爾效應的核心知識點，教師可以將第二部分分為3個課時，通過制作電磁流量計讓學生明白霍爾效應的具體原理與應用，引導學生靈活、系統地掌握相關知識。

第1課時：介紹霍爾效應原理。通過第一部分的講解，學生已經完成了亥姆霍茲線圈的制作，也了解了亥姆霍茲線圈的屬性與特征，但是此時學生對亥姆霍茲線圈具體應用的理解仍舊不透徹。“在生活中我們應該如何利用這些特性呢？”這樣的生活化問題可引導學生對霍爾效應進行深入探索。

第2課時：制作電磁流量計。本節課的教學任務是讓學生在制作電磁流量計的過程中真正理解霍爾效應的原理。首先，學生需要解決磁力系統問題，這時就用到了第一部分教學的內容：亥姆霍茲線圈能夠產生勻強磁場，進而完美解決磁力系統問題。其次，選擇電磁流量計的導管，結合電磁流量計的工作原理，學生就能夠發現，一定要選擇絕緣材料作為導管，塑料是一個最佳的選擇。最后，可以用不銹鋼片、鐵片與鋁片作為電極部分。當所有的材料準備妥當之后，學生就可以自己動手制作電磁流量計，教師要仔細觀察學生的制作過程，給予必要的指導與糾正[4]。

動手制作環節就是學生綜合能力的培養環節，這不僅需要學生動手實踐，也需要他們充分利用多學科知識，不斷發揮創造力與想象力，在實踐中建立起學科之間的聯系，真正做到知識的融會貫通。

第3課時：分析結果，共享經驗。學生在制作完成后，一定會有所收獲，這時教師要引導學生總結自己在實踐過程中用到的知識，將知識系統地整理出來，然后與其他學生分享學習成果，取長補短，實現共同進步。

綜上所述，STEAM教育理念強調對學生進行多學科的綜合培養，有利于實現對學生綜合素質的培養。高中物理教師也要在教學中充分融入STEAM教育理念，構建以學生積極參與、深入探究、解釋說明、綜合評價為主的高效物理課堂，引導學生對物理知識進行深入探索，并且在探索的過程中建立起各學科知識之間的聯系，進而不斷提高實踐能力，真正成長為社會所需要的綜合人才。

【參考文獻】

[1]羅斐.STEAM教育背景下的初中機器人教育課程開發與實踐[D].綿陽：西南科技大學，2020.

[2]賀文煦.滲透工程思維培養的中學物理教學策略研究[D].濟南：山東師范大學，2020.

[3]王恬.基于STEAM理念的初中生物學校本課程設計[D].濟南：山東師范大學，2020.

[4]陳博.基于STEAM教育理念的探究科學校本課程開發與實踐研究[D].南昌：江西師范大學，2020.

【作者簡介】

李曉雪（1984～），女，漢族，江蘇淮安人，碩士，中小學一級教師。研究方向：高中物理。

周曉峰（1986～），男，漢族，江蘇淮安人，本科，中小學一級教師。研究方向：高中物理。