大學(xué)物理STEAM教學(xué)改革研究

邱文旭 韓娟 西安工商學(xué)院

大學(xué)物理STEAM教學(xué)服務(wù)于學(xué)生，服務(wù)于教學(xué)，有助于提升學(xué)生的綜合能力。積極推進(jìn)STEAM教學(xué)，有利于豐富學(xué)生大學(xué)校園生活，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識和科技創(chuàng)新精神，激發(fā)更多學(xué)生對物理產(chǎn)生熱情，幫助學(xué)生設(shè)計(jì)出技術(shù)含量高的作品。

大學(xué)理工科專業(yè)開設(shè)物理課，一方面可以幫助學(xué)生較系統(tǒng)地學(xué)好物理，另一方面可以幫助學(xué)生提升科學(xué)思維和研究問題的層次。大學(xué)物理STEAM教學(xué)不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還能提高學(xué)生的實(shí)踐能力[1]，使學(xué)生變得更加優(yōu)秀。學(xué)生通過STEAM教育獲得一技之長，畢業(yè)之后，在工作崗位上，也能盡展自己的才能，最大程度實(shí)現(xiàn)自身價值。

隨著理論和科學(xué)研究的不斷深入，STEAM教育為整合學(xué)科知識、探索物理原理、發(fā)展學(xué)生技能方面提供了方向[2]。在物理教學(xué)中，可以將更多的課程知識進(jìn)行STEAM教學(xué)設(shè)計(jì)，將物理知識的學(xué)習(xí)擴(kuò)展到跨學(xué)科的知識融合，將零散、孤立的知識進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，讓STEAM教育服務(wù)于學(xué)生，服務(wù)于教學(xué)，從而提高學(xué)生的綜合能力。

開展物理STEAM教學(xué)的必要性

一流課程建設(shè)需要

我校正積極建設(shè)大學(xué)物理一流課程，STEAM教學(xué)的影響重大，可以幫助實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識的融合，STEAM也體現(xiàn)了“干中學(xué)，學(xué)中干，學(xué)以致用，用以促學(xué)，學(xué)用相長”的觀點(diǎn)。

如今大學(xué)物理教學(xué)需要注入新的理念，改變傳統(tǒng)死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的模式，積極引導(dǎo)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，培養(yǎng)探究生活中問題的習(xí)慣，勤于動手；新的教學(xué)理念應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生合作與交流的能力，提高學(xué)生收集信息和處理信息的能力，提高學(xué)生獲取新知識的能力。這就要求不同學(xué)科的教師緊密合作。

積極推進(jìn)STEAM教學(xué)，旨在引導(dǎo)學(xué)生主動地、個性地學(xué)習(xí)。學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)物理課本上的知識，還要學(xué)習(xí)課本外的知識，要跨學(xué)科、跨專業(yè)地學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中要學(xué)會享受知識帶給我們的充實(shí)感，要讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)過程是愉悅的，學(xué)習(xí)目的是健康的，學(xué)習(xí)方法是有效的。

社會發(fā)展需要

在西安工商學(xué)院“高端化、國際化、個性化”的發(fā)展戰(zhàn)略下，大學(xué)物理正在積極改革，謀求創(chuàng)新，積極響應(yīng)《中國教育現(xiàn)代化2035》。教改中的物理教學(xué)正在向小班化、個性化方向發(fā)展。物理教學(xué)已經(jīng)進(jìn)行了兩年的教學(xué)改革，完成《大學(xué)物理》STEAM課程教學(xué)講義及教學(xué)大綱的編寫。在符合《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》的前提下，選擇適合西安工商學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)及專業(yè)特點(diǎn)來制定教學(xué)內(nèi)容。

大學(xué)物理STEAM教育理念充分利用現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)室，把實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橄纫院献鞣绞秸归_科學(xué)實(shí)踐，再學(xué)習(xí)并掌握物理規(guī)律。實(shí)踐中融合STEAM教育理念，在實(shí)驗(yàn)課程中，教師監(jiān)督學(xué)生，讓幾個學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置、更換器材，讓其他學(xué)生進(jìn)行具體操作并描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、闡述實(shí)驗(yàn)原理，之后再分享自己的感悟或認(rèn)識。這樣可以使學(xué)生在實(shí)踐中得出較為客觀的結(jié)論，深入探究自己感興趣的問題，將問題再帶到探究性學(xué)習(xí)中。大學(xué)物理STEAM教育理念不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)到了知識，也讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)越來越可靠，讓學(xué)生直接面對生活和學(xué)習(xí)中的實(shí)際問題。這樣，不但可以更好地提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，更可以通過藝術(shù)與科學(xué)的有機(jī)結(jié)合，最終達(dá)到育人的目的。

校內(nèi)STEAM教學(xué)調(diào)研

本校大學(xué)物理STEAM課程自2019年9月正式開始試點(diǎn)教學(xué)，目前只涉及到機(jī)械制造專業(yè)學(xué)生。本次調(diào)研對象分別為本校大二機(jī)械制造專業(yè)、電子信息專業(yè)和計(jì)算機(jī)專業(yè)，共計(jì)180名學(xué)生，調(diào)研結(jié)果如下。

機(jī)械制造專業(yè)的學(xué)生對大學(xué)物理STEAM教學(xué)模式比較熟悉，知道“STEAM”五個字母的含義。在對SYEAM教育模式的認(rèn)識方面，68%的學(xué)生認(rèn)為STEAM教育重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技術(shù)與綜合技能，而26%的學(xué)生則認(rèn)為STEAM教育僅僅是一種理念教育，79%的學(xué)生希望STEAM教學(xué)模式能夠在專業(yè)課上得到推廣，84%的學(xué)生希望大學(xué)物理STEAM教學(xué)這一課程能夠延續(xù)一學(xué)期，并再開展一門STEAM科技制作的課程。如果開設(shè)這門課程，63%的學(xué)生希望每天利用課余時間來完成這項(xiàng)科技作品制作，62%的學(xué)生希望通過STEAM教學(xué)讓各科知識得到提升，26%的學(xué)生希望通過STEAM教學(xué)提升自己的溝通能力；在未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)生涯方面，68%的學(xué)生認(rèn)為STEAM教學(xué)有利于開闊眼界，豐富課余生活，42%的學(xué)生認(rèn)為STEAM教學(xué)有利于提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力，21%的學(xué)生認(rèn)為STEAM教學(xué)有利于確定自己未來的職業(yè)方向，47%的學(xué)生認(rèn)為STEAM教學(xué)有利于提高自己的綜合實(shí)踐能力，如圖1。電子信息專業(yè)和計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生大部分都聽說過大學(xué)物理STEAM教學(xué)，但并不了解“STEAM”這個單詞的含義，他們認(rèn)為大學(xué)物理STEAM教學(xué)只是一種理念，沒有實(shí)際的指導(dǎo)意義。由此看來，部分大學(xué)生缺乏對STEAM教育的全面認(rèn)識。

圖1 開展大學(xué)物理STEAM課程對未來學(xué)習(xí)及職業(yè)生涯的影響

通過以上三個專業(yè)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，大學(xué)物理STEAM教學(xué)成果顯著，基本得到機(jī)械專業(yè)學(xué)生的認(rèn)可，對專業(yè)課的學(xué)習(xí)及未來的職業(yè)生涯影響巨大。同時，大學(xué)物理STEAM教學(xué)在其他理工科推廣很有必要，有利于拓展學(xué)生的眼界，豐富學(xué)生的課余生活。

大學(xué)物理STEAM教學(xué)引領(lǐng)下的科技創(chuàng)新大賽

在北投集團(tuán)“高端化、國際化、個性化”的發(fā)展定位下，大學(xué)物理也在積極改革，積極創(chuàng)新。在葉校長的帶領(lǐng)下，大學(xué)物理正在向小班化、雙語式、導(dǎo)師制方向發(fā)展，西安工商學(xué)院的教育在“雙雕”，既滿足個性化發(fā)展的需要，又滿足社會發(fā)展的要求。“Knowledge is power”正在向“Applied knowledge is power”轉(zhuǎn)變。

大學(xué)物理STEAM教學(xué)指導(dǎo)下的科技創(chuàng)新大賽，豐富了學(xué)生大學(xué)校園生活，鍛煉了學(xué)生的動手實(shí)踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和科技創(chuàng)新精神。通過比賽，激發(fā)了更多學(xué)生對物理產(chǎn)生興趣，越來越多的學(xué)生愛上物理。

大學(xué)物理科技制作發(fā)展方向

大學(xué)物理科技制作，目的是讓學(xué)生了解物理知識在工程技術(shù)中的應(yīng)用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)科技文獻(xiàn)作品閱讀能力和撰寫能力，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)程序編寫能力，從而提升實(shí)踐意識和動手能力。

接觸大學(xué)物理前期，班級內(nèi)同學(xué)進(jìn)行分組，團(tuán)結(jié)合作，設(shè)計(jì)一個簡單的作品，能體現(xiàn)科技功能和物理理論即可。隨著教學(xué)改革的深入，物理教研室對學(xué)生的要求也會進(jìn)一步提高，希望學(xué)生設(shè)計(jì)出高水平、高技術(shù)含量的作品，并體現(xiàn)大學(xué)物理STEAM教學(xué)的初衷。

物理教研室對2021級學(xué)生期望如下：一個班級只需要完成一個作品，這個作品由班級內(nèi)幾個小組分工合作，共同完成。第一個小組：項(xiàng)目規(guī)劃，提出項(xiàng)目的研究背景和必要性，包括國內(nèi)外現(xiàn)狀、知識產(chǎn)權(quán)狀況和發(fā)展趨勢；技術(shù)突破對產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要意義和作用；項(xiàng)目可能形成的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場前景。第二個小組：技術(shù)操作，負(fù)責(zé)項(xiàng)目中電路板的焊接、固件的連接及元件的打磨等。第三個小組：材料準(zhǔn)備，負(fù)責(zé)項(xiàng)目中固件的采購，收集工作。第四個小組：外觀流線設(shè)計(jì)，既要體現(xiàn)出時尚，而又體現(xiàn)出藝術(shù)。第五個小組：單片機(jī)編程，從最簡單的程序入手，慢慢地增加功能，并逐步優(yōu)化算法。第六個小組：演示作品，并負(fù)責(zé)相關(guān)的講解。

討論

大學(xué)物理STEAM教學(xué)適應(yīng)了時代發(fā)展的需要，《關(guān)于加快發(fā)展智慧養(yǎng)老機(jī)器人的建議》指出：加快發(fā)展智慧養(yǎng)老機(jī)器人，是落實(shí)國家戰(zhàn)略的重要舉措。智慧養(yǎng)老機(jī)器人有助于破解護(hù)理人員不足等問題，還能滿足老年人在安全防護(hù)、健康保障、情感陪伴以及休閑娛樂等方面的需要，實(shí)現(xiàn)老有所依、老有所樂。

智慧機(jī)器人需要多學(xué)科融合，大學(xué)物理STEAM教學(xué)順應(yīng)時代發(fā)展的潮流，把STEAM理念埋在學(xué)生內(nèi)心深處，培養(yǎng)出高素質(zhì)、高能力的人才。但目前大學(xué)物理課時時長較短，而科技制作需要一定的理論基礎(chǔ)和動手能力。在今后開展教學(xué)過程中，還需增加大學(xué)物理課的學(xué)時，以提升學(xué)生對科技知識的學(xué)習(xí)能力。