探析STEAM教育理念在中學(xué)物理教學(xué)中的融合與作用

陳興敏 宋謀勝

[摘 要]融合STEAM教育理念已成為當(dāng)前中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)與改革的新模式，這與中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求是相融的。文章分析了STEAM教育理念與新課標(biāo)的關(guān)聯(lián)性及其在中學(xué)物理教學(xué)中的融合，并探討了STEAM教育理念在中學(xué)物理教學(xué)中的作用，旨在為中學(xué)物理教學(xué)融入STEAM教育理念提供參考。

[關(guān)鍵詞]STEAM教育理念;中學(xué)物理;融合;作用

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2021）35-0049-03

STEAM教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）等學(xué)科英文首字母的簡(jiǎn)寫，其根本屬性是在建構(gòu)主義和認(rèn)知理論指導(dǎo)下的跨學(xué)科融合，它著力于培養(yǎng)全面發(fā)展的創(chuàng)新型人才[1]。另外，STEAM教育不僅具備跨學(xué)科的特點(diǎn)，還具有培養(yǎng)發(fā)散性思維能力的作用[2]。從知識(shí)層面看，STEAM教育并不局限于某一學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，而是有效銜接了多個(gè)學(xué)科知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系。STEAM教育的開展是以學(xué)生為主體，通過引導(dǎo)學(xué)生在發(fā)現(xiàn)和解決問題的實(shí)踐中積極探究，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力[1]，因此STEAM教育能幫助學(xué)生形成團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)。

2017年教育部新修訂的中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)“引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)以及科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境（STSE）之間的關(guān)系”，表明中學(xué)物理教學(xué)應(yīng)著力于發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，使學(xué)生具備終身學(xué)習(xí)和科學(xué)探究的能力。基于培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，新課標(biāo)倡導(dǎo)的學(xué)生自主學(xué)習(xí)與發(fā)展的思想與STEAM教育理念具有極大的相通性，二者均聚焦于學(xué)生創(chuàng)造性思維和自主探究能力的培養(yǎng)。因此，在中學(xué)物理教學(xué)中融入STEAM教育理念，有助于拓展物理教學(xué)的知識(shí)視野和多科性思維，有助于學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理應(yīng)用情境的認(rèn)知與探究。

一、STEAM教育理念在中學(xué)物理教學(xué)中的融合

物理學(xué)以實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)為教學(xué)手段，通過科學(xué)推理和科學(xué)論證建構(gòu)物理模型從而形成科學(xué)的研究方法與理論體系。當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展和高校大批新工科專業(yè)的興起推動(dòng)了各專業(yè)知識(shí)的跨學(xué)科融合，從而使得物理學(xué)在技術(shù)、工程等學(xué)科領(lǐng)域的作用愈加突出。因此，如何將STEAM教育理念融入中學(xué)物理教育教學(xué)中引起了教育界的廣泛思考，尤其在新課標(biāo)關(guān)注物理學(xué)科核心素養(yǎng)的背景下。然而，由于是從國外新引進(jìn)的教育模式，STEAM教育在我國目前還處于起步階段，且?guī)熧Y缺乏，STEAM教育真正融入中學(xué)物理教學(xué)中還有待加強(qiáng)和提升。

基于STEAM教育與物理學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性，更多的研究者傾向于把STEAM教育理念融入物理教學(xué)設(shè)計(jì)中，表1列舉了STEAM教育融入中學(xué)物理教學(xué)的部分設(shè)計(jì)案例。

從表中可見，新課導(dǎo)入所涉及的內(nèi)容都是一些簡(jiǎn)單常見的實(shí)物，如“滑板”“氣球”“樂器”等，教師常會(huì)利用這些“生活中常見的實(shí)物”作為吸引學(xué)生進(jìn)入課堂的手段，其效果較為明顯。從新課引入環(huán)節(jié)來看，引入新課的過渡銜接均很巧妙，用維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”來解釋就是幫助學(xué)生達(dá)到高水平發(fā)展區(qū)，而且此種方式也著眼于“最近發(fā)展區(qū)”。基于STEAM教育中的創(chuàng)設(shè)情境，王堅(jiān)[3]通過讓學(xué)生親自感觸“銼刀”和“玻璃”的粗糙程度而認(rèn)知摩擦力的概念及其影響因素。基于STEAM教育培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的理念，臧恒[4]在教學(xué)設(shè)計(jì)中通過調(diào)節(jié)蠟燭與凸透鏡之間的距離讓學(xué)生感性認(rèn)知，進(jìn)而理解凸透鏡的成像規(guī)律。這些物理教學(xué)設(shè)計(jì)表明，學(xué)生所接受的新知識(shí)都與生活中一些常見而易被忽視的現(xiàn)象緊密相關(guān)，因此物理教師在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲。在創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境上，甘秉洪[5]利用ARDUINO軟件編程實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)“紅綠燈”通斷電電路的真切感知，使學(xué)生在理解邏輯電路的同時(shí)，還真切感受到邏輯電路在生活中的廣泛應(yīng)用。在物理情境創(chuàng)設(shè)上，也可以借助建構(gòu)模型的方式來設(shè)計(jì)物理教學(xué)，如王佳偉[6]利用STEAM教育理念設(shè)計(jì)了“不聽話的氣球”“紙上電路”等真實(shí)情境讓學(xué)生認(rèn)識(shí)大氣壓強(qiáng)。在“聲音”的教學(xué)中，胡瑩瑩[7]將STEAM教育的藝術(shù)理念引入到物理課堂中，利用不同樂器的發(fā)音而將物理課堂帶入了美妙的音樂世界，活躍了課堂氛圍，培養(yǎng)了學(xué)生的藝術(shù)情操，取得了極佳的教學(xué)效果。

二、STEAM教育理念在中學(xué)物理教學(xué)中的作用

1.STEAM教育聚焦跨學(xué)科融合，使物理教學(xué)內(nèi)容與方式呈現(xiàn)多樣化

STEAM教育的核心就是跨學(xué)科融合，通過跨學(xué)科方法而實(shí)現(xiàn)教學(xué)情境和內(nèi)容的融合，因此以培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)的中學(xué)物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)在著眼于學(xué)生為認(rèn)知與探究主體的前提下，巧妙設(shè)計(jì)多科性的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，從而潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科融合的思想和意識(shí)。物理是具有一定融合性的綜合學(xué)科，所涉及的知識(shí)不僅僅局限于物理本身的知識(shí)，還延伸到了數(shù)學(xué)、化學(xué)、科技、軍事醫(yī)療以及工程應(yīng)用等領(lǐng)域。物理本身所涵蓋的內(nèi)容表明學(xué)習(xí)物理需要具備一定的跨學(xué)科知識(shí)與技能，以及借助跨學(xué)科思維來分析物理問題。Kaufman[8]曾指出“教師在備課過程中最重要的是對(duì)學(xué)科知識(shí)的確定，學(xué)科知識(shí)不應(yīng)局限于某一學(xué)科領(lǐng)域”。融入STEAM教育理念的物理教學(xué)更能彰顯物理學(xué)科的科學(xué)推理性、數(shù)學(xué)嚴(yán)密性、技術(shù)應(yīng)用性和場(chǎng)景趣味性，這就要求物理教師具備一定的跨學(xué)科知識(shí)與操作技能。物理教師如果熟悉一定的化學(xué)、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、音樂等學(xué)科知識(shí)，并掌握一些軟件（如Python、Flash、3D打印）的使用，那么在物理教學(xué)時(shí)往往能“寓教于樂”“潤物無聲”。如掌握了Flash軟件的使用，則可將物理實(shí)驗(yàn)過程制作成“動(dòng)畫模擬”，從而代替一些不易觀察或不易完成的實(shí)物實(shí)驗(yàn)，而實(shí)現(xiàn)物理情境的仿真再現(xiàn)，如此更有助于學(xué)生主動(dòng)思維和能動(dòng)理解。多樣化的教學(xué)方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生從不同的角度審視和處理問題，從不同視角去詮釋物理概念的形成及其規(guī)律的探究，這樣有助于學(xué)生創(chuàng)新性與發(fā)散性思維的培養(yǎng)。

跨學(xué)科的教學(xué)融合為中學(xué)物理教學(xué)提供了多維教學(xué)內(nèi)容和呈現(xiàn)方式，也隨之推動(dòng)了物理教師主動(dòng)對(duì)多學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)、掌握和運(yùn)用，從而使物理教師的教學(xué)積淀既精準(zhǔn)對(duì)焦又拓展綜合，對(duì)物理問題的解析能從多個(gè)維度加以闡釋，致使在物理課堂教學(xué)中得心應(yīng)手、運(yùn)用自如。同時(shí)，跨學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性也為中學(xué)物理的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了寬廣的舞臺(tái)，尤其是物理情景教學(xué)、案例分析與實(shí)驗(yàn)仿真，教師充足的跨學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備和STEAM教育理念的融合施教就能更加凸顯物理教學(xué)的科學(xué)性、真實(shí)性、實(shí)踐性和應(yīng)用性，從而激發(fā)學(xué)生的求知興趣，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

2. STEAM教育關(guān)注學(xué)情分析，使物理教學(xué)凸顯學(xué)生的主體能動(dòng)性

STEAM教育理念融入物理教學(xué)中最為顯著的特點(diǎn)是：學(xué)生的課堂參與度更高，教學(xué)互動(dòng)的活躍程度與積極性更加顯著，致使物理教學(xué)過程中的“教師主導(dǎo)性與學(xué)生主體性”更為融合。培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)以及達(dá)成物理教學(xué)目標(biāo)，離不開師生教學(xué)互動(dòng)和學(xué)生主體作用的實(shí)現(xiàn)。學(xué)生作為教學(xué)中的主體對(duì)象，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)必須根據(jù)學(xué)生的“前認(rèn)知”展開學(xué)情分析。教師只有在了解學(xué)生“前認(rèn)知”的情況下，才能根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生現(xiàn)階段的知識(shí)特點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)具有一定目標(biāo)達(dá)成度的教學(xué)呈現(xiàn)載體，這一過程的實(shí)現(xiàn)必須彰顯學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體能動(dòng)性。從上表可見，初中物理教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)傾向于“感性”認(rèn)識(shí)，主要是通過觀察獲得物理概念與規(guī)律的認(rèn)知。如通過觀察“不聽話的氣球”感知大氣壓的存在，對(duì)銼刀的接觸感知粗糙的概念等。相反，高中物理教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)更傾向于“理性”認(rèn)識(shí)，主要是通過對(duì)觀察結(jié)果的理性思考，理解物理現(xiàn)象內(nèi)部隱藏的本質(zhì)規(guī)律，即科學(xué)性，如對(duì)邏輯電路工作原理的探究與思考。初高中物理教學(xué)內(nèi)容的變化是與學(xué)生年齡的增長和認(rèn)知思維方式的發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)的。初中生剛接觸物理學(xué)科，需要通過感知來認(rèn)識(shí)物理，而高中生則需將原來對(duì)物理概念與規(guī)律的感知學(xué)習(xí)提升到抽象化的邏輯思維層面，因此教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)不能忽視對(duì)學(xué)生個(gè)體的分析。

學(xué)情分析旨在關(guān)注學(xué)生的前認(rèn)知狀況和學(xué)生個(gè)體的特點(diǎn)，它有助于教師抓住學(xué)生的個(gè)體差異設(shè)計(jì)具體教學(xué)環(huán)節(jié)，從而有效施教。STEAM教育理念的亮點(diǎn)就是培養(yǎng)綜合型人才，在中學(xué)物理教學(xué)中融入STEAM教育理念不僅能提高物理課堂教學(xué)的活力，還能關(guān)注到學(xué)生主體性的呈現(xiàn)，讓學(xué)生能動(dòng)地參與各教學(xué)環(huán)節(jié)，在學(xué)習(xí)過程中感受物理的神奇與樂趣，提高學(xué)習(xí)興趣和參與度，從而提高物理教學(xué)效果。

3. STEAM教育注重實(shí)踐與應(yīng)用，使物理情境貼近生活實(shí)際和技術(shù)應(yīng)用

STEAM教育是在真實(shí)的問題情境中以學(xué)科事例的方式培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)，其基本內(nèi)涵體現(xiàn)在真實(shí)問題的解決、學(xué)科整合和技能培養(yǎng)三個(gè)方面[9]。在STEAM教育視角下，物理教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)更傾向于科技性、真實(shí)性和應(yīng)用性，如此方能引起學(xué)生的興趣，吸引學(xué)生的注意力，使學(xué)生感受物理知識(shí)的實(shí)用性，讓學(xué)生覺得生活中的常見現(xiàn)象與問題，很多可借助物理知識(shí)來分析和闡釋。教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，物理教師應(yīng)多選用生活中的素材和案例，物理情境的再現(xiàn)也可以選用現(xiàn)代科技成果，利用學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)中事物的好奇心，將學(xué)生的注意力吸引到物理教學(xué)中，并使學(xué)生主動(dòng)配合、參與課堂交流討論。基于STEAM教育理念，顧振興[10]在設(shè)計(jì)“速度與時(shí)間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)選用了生活中常見的賽車比賽，通過遙控賽車的運(yùn)動(dòng)，測(cè)量賽車的速度與時(shí)間的關(guān)系，讓學(xué)生在對(duì)賽車好奇的同時(shí)積極思考“速度與時(shí)間的關(guān)系”。將賽車這一生活中常見的兒童玩具選用到物理教學(xué)中來，吸引學(xué)生的好奇心，提升學(xué)生的課堂參與度，這是將物理概念與規(guī)律生活化的鮮活案例，這樣的案例能更新學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解釋實(shí)際生活中的相關(guān)現(xiàn)象或問題，從而增強(qiáng)學(xué)生的好奇心、求知欲。對(duì)合適素材的收集、選用有賴于物理教師對(duì)生活生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)注、整理。教師選擇恰當(dāng)?shù)纳钏夭倪M(jìn)行物理教學(xué)可讓物理更貼近生活實(shí)際，而學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中可感知和發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生解決問題的科學(xué)思維、態(tài)度，讓學(xué)生掌握解決問題的方法，即實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，在STEAM教育理念指導(dǎo)下，教師重視對(duì)日常生活生產(chǎn)實(shí)際和當(dāng)代科技成果的關(guān)注、收集與運(yùn)用，多方位積累、挖掘物理教學(xué)素材和案例，尤其是物理情景貼近生活實(shí)際和技術(shù)應(yīng)用方面的案例，這樣就能設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的教學(xué)方案。

目前STEAM教育理念融入我國中學(xué)物理教學(xué)還處于初始階段，但它能顯著提高中學(xué)物理課堂教學(xué)效果。STEAM教育理念的本質(zhì)與中學(xué)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求是相通的，STEAM教育理念的融入必將給中學(xué)物理教學(xué)帶來新的變化。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

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（責(zé)任編輯 易志毅）