ST EA M 理念下趣味實驗在中學物理教學中的應用

福建省晉江市西濱中學 王振欽

技術創新能力日益成為全球各國競爭的重要因素。面對激烈的國際競爭，如果不推進自主創新，一味依賴技術引進，就永遠落后于人。只有提高教育質量，才能培養創新人才。要全面提高教育質量，必須通過課程文化、知識體系和教育方式的改變推進我國基礎教育課程改革，推進創新型人力資源的開發進程。在這一進程中，堅持培養學生的核心素養，是打破我國教育發展瓶頸的必經之路。隨著核心素養的提出，在學科教學中提升學生的學科核心素養是每一個學科教師義不容辭的責任。“科學探究”作為物理、化學、生物學等科學課程共同提出的學科核心素養，可以說是科學課程中最為重要的核心素養維度。以物理課程為例，物理課程中實驗是不可缺少的一部分，物理教師在進行實驗的過程中，通過引導學生培養探究精神，可以提升學生在實踐中解決問題的能力，這與教育改革目標中強調的培養學生終身學習發展能力是一致的。在物理教學過程中，如何更好地發揮這“不可缺少的一部分”的價值，是值得深入探討的。本文提出了STEAM 理念下趣味實驗在中學物理教學中的應用，力圖通過對STEAM 理念的貫徹，提升物理實驗教學的效果，促進學生科學探究方面素養的發展。

一、問題的提出

古往今來，人類社會的進步都是伴隨著科學和科技的進步。特別是現代科學技術的飛速進步，為社會和人類文明的發展創造了更廣闊的空間，有力地促進了社會的發展。科學技術可以通過豐富勞動者的文化知識來提高勞動者的技能。物理學科就是科學和技術的關鍵學科，物理學科的發展對社會進步的推動具有舉足輕重的作用。物理作為當代教育領域重要學科，由于其學科的特殊性，是以物理原理作為基礎展開探究實驗的一門課程，帶有一定的抽象性，需要學生具備較強的邏輯性思維能力。綜合當前的教學現狀發現，在物理教學過程中，普遍存在一些問題，如學生主動學習意識不足、缺少創新性及難以實現新知識遷移等諸多方面問題，因此在全面落實物理課程教學目標的同時，要加強學生創新能力和知識遷移能力的培養，在一些可以培養學生思維創新的場景下，讓學生的學習主動性得到提高，從而在自主探究中提升學習和思考的能力。在以學生為主體的學習中，可以更好地確定實驗的任務、方案，同時實現有效的交流和溝通。

基于這樣的現實背景，我們在物理學科教學中，要積極創新教學理念。STEAM作為一種教學理念，是20 世紀末期，美國教育學界提出的。STEAM 理念，涵蓋科學、技術、工程、藝術、數學等多個學科在教學實踐中整合成以新技術為載體的一種創新型教育理念。在STEAM 理念下，將趣味物理實驗應用于中學的物理教學實踐中，改變了過去傳統的實驗設計方式，也避免了一些模式化的實驗步驟帶給學生的枯燥感，最大化地提升了學生在實驗過程中的積極性和主動性。該理念以項目活動實踐為載體，實施物理實驗生活化教學，這是物理教育工作者重要的研究方向。

二、STEAM 理念下趣味實驗在中學物理教學中的應用價值

結合物理實驗中的生活化教學過程，與STEAM 理念實現相融合，進而達到培養學生物理學科核心素養的作用，在物理實驗項目的組織中，利用信息技術實現教學目標，從而培養思維創新性人才。

1.實驗生活化，培養學生在物理學習中的實踐能力。

物理是與生活緊密聯系的，例如學生在生活中很容易觀察到光的一些現象，也能在生活中運用所學的光的有關知識。這種聯系凸顯了物理實驗的價值，也對物理實驗生活化有所啟發。而且，這種聯系指向的是學生核心素養的發展。學生在物理學習的過程中，形成的思維品質與實踐能力，稱為物理學科的核心素養，這是學生在經過學習后，內化形成的學科品質，這其中涵蓋了物理理論、探究精神、思維品質與科學態度等方面。初中物理在實驗中，利用實驗得出的數據，是培養學生這一核心素養的基礎，學生對物理實驗得到數據，展開認真地分析，從而對物理規律形成正確的認識，利用物理實驗的現象對事物的本質有更科學的認識。在教學的實踐中，物理教師要始終將學生的真實感受作為前提，在尊重事物發展規律的前提下，實現物理實驗與生活情境的結合，切實發揮物理實驗的良好效應。我們以光的折射這一小實驗為例，當光在不同介質中折射時，不會沿著直線一直傳播，也會出現偏折，所以我們可以在一些具體的活動中，讓學生實現實驗，這樣不僅可以體現物理實驗的真實性，還進一步驗證了一些物理現象，進而鞏固了物理學科核心素養在物理實驗教學中的主要地位。

2.踐行核心素養培養目標，與STEAM生活化理念相融合。

生活的復雜性決定了單一的學科知識難以解決生活中所遇到的各色各樣的問題。圍繞生活的復雜性，在不同的學科方向中發展學生的能力、態度和價值觀念勢在必行。STEAM 理念中的科學、技術、工程、藝術和數學等都與初中物理有著不同的交集。根據STEAM 理念開展物理實驗，針對某個實驗項目進行實踐教學，可以很好地培養學生的創新能力和合作能力。從認知發展理論來看，初中生有著十分豐富的抽象思維能力，為了讓這一能力更賦有一定的價值，STEAM 的組織活動中，教師可以讓學生們通過合作學習的方式，燃起學習物理和探究物理的興趣。當前很多初中生，對物理學習興趣不高，缺少一定的主動性，為了更好地解決這樣一個普遍的現象，教師要善于掌握初中生的個性特點，針對性地引導學生在物理實驗中培養探究精神和態度。運用STEAM 教學理念，不僅可以對學科知識進行有效的匯總和整合，還能針對初中生的思維特征，來加強學生創新合作意識的培養，提出了學生學習中的主體地位，實現跨學科的知識整合，培養小組合作的能力，提高和優化針對處理問題的能力。

三、基于STEAM 教育理念的初中物理課程實驗教學設計

近年來，隨著科學知識體系的完善和穩固，科學知識被廣泛地應用在人們的生活中，為人們解決各種問題提供了更好的服務，實現了科學知識服務人類生產生活的需求。基于此，技術素養也成為諸多學者重點研究的話題，從一定程度來說，物理學科的教學就要突破過去原有的界限，積極運用新的經驗和知識，來讓學生面對生活實踐的問題有更好的能力。學生的發展建立在更為系統、綜合的探究活動之上才能充分發揮STEAM 的價值。因此，我們在基于STEAM 教育理念的初中物理課程實驗教學設計的過程中，要轉變觀念和思路，鼓勵學生自主探索與創新，從而可以讓學科知識與生活更好地融合和滲透。STEAM 教育的出現很大程度上避免了各學科之間的分裂和對立，凸顯了更加適應學生發展的教學理念，為核心素養落實提供了一個思路清晰的方向。

在教學實踐中，圍繞相關的問題開展教學設計，要注意結合STEAM 理念中涵蓋的內容，并著力將這些內容深度融合進物理實驗中并形成具體的教學設計。從這個角度看，對其展開進一步的分析與探討，具體如下：

1.“S”趣味導入，有效檢驗物理實驗的科學性。

STEAM 中的“S”，指的是科學（Science），即學生的科學思維與科學態度。無論教師采取哪些教學用具，選用哪種教學方式，都應該以學生的認知能力、心理年齡等方面作為主要依據，采用一定的模式進行教學，從而激發學生的學習興趣。我們以“靜電觸電”實驗為例。教師在學習目標設定后，還要關注學生是否明白靜電觸電需要具備什么樣的條件，同時讓學生思考日常生活中可以見到的一些觸電、靜電的小常識。學生通過掌握靜電的規律，結合學科知識，以生活中的現象實現有效的聯系，展開實驗。比如可以將把塑料飛盤用洗衣粉洗刷、沖凈、曬干，再準備一塊圓形鐵片，大小比飛盤略小，在其中打一小孔，用20 厘米長的絲線穿過小孔將它拴住，用一塊干燥的毛皮用力摩擦圓盤的內側，然后迅速拿開，再用手提著絲線的一端（這是為了不使手與鐵片接觸），將鐵片放入圓盤內，這樣圓盤上的電荷將聚集到鐵片上，用手指去靠近鐵片時，會有微麻的感覺，這種時候，學生就會很興奮，教師在這種情況下結合實驗的結果，啟發學生關于物理科學實驗中對真理的探究。

2.“T”有效設計，完成實驗項目的有力保證。

物理教師在開展趣味實驗的過程中，增強學生的親身經歷是十分重要的，這就需要利用多樣化的手段來保證實驗項目順利有效的開展。同樣，我們以光的折射實驗為例。教師可以將學生進行分組，每組學生注意觀察光斜射到水面的狀況，提前準備好的亞克力箱外部畫上十字架的標記，將適量的茶水注入亞克力箱，水的表面上利用噴煙裝置放出一些煙霧，這樣可以讓學生對散射現象有一個直觀地了解，從而對光路有更好的了解。學生在實驗中，會發現光發生了偏折（同時也能觀察到反射），解決了一些疑問，也驗證了實驗的科學性。

3.“E”精準開展趣味實驗，體現實驗的動態性與生活性。

“E”，即工程（Engineering），指關于物理學科和工程相關的一些內容。教師在開展趣味物理實驗的設計中，可以讓學生在實驗過程中各自承擔不一樣的任務。教師通過設計實驗內容，讓學生能夠結合實驗的開展，解決實際出現的問題，讓學生在趣味實驗中可以體驗一定的情境。如在懸浮的實驗中，孩子們最先想到的都是街頭的魔術表演，此外還有現代化技術磁懸浮列車。那么在物理實驗中如何來展示磁懸浮？首先，教師可以在磁鐵下面依次放置玻璃瓶蓋、玻璃板和磁陀螺。當陀螺旋轉，將玻璃板緩緩抬起，將瓶蓋撤走，會發現陀螺在空中旋轉。在這個實驗中，物理教師要結合工程性的特點，對實驗精心設計，通過實驗的動態性與生活性，來給學生演示磁懸浮。為了增加實驗的趣味性，還可以讓學生扮演魔術師來表演這個實驗。

4.“A”“E”個性化的方式，整合能力評價體系。

“A”“E”，指的是STEAM 中的藝術（Arts）與數學（Mathematics）。在初中物理實驗教學中離不開切實可行的能力評價體系，這些都是立足于學生解決問題的能力基礎上的，需要結合過程中展開個性化的結果評價。物理實驗的趣味性離不開生活化，這就需要在物理實驗中融入一定的藝術審美和數學思維。物理教學中，離不開數形結合的思維方式。比如在實驗過程中，通過使用數學中的一些圖像，可以清晰地將物理現象與知識之間的關系表現出來。我們需要結合數學圖像來理順物理實驗結果的推導，一是明確數學圖像中的一些物理量，二是明白坐標的一些數值，三是清楚圖像表達的物理意義，四是可以對實驗項目的一些數據展開計算或者判斷，這些都是數學思維的體現。在物理教學過程中，時常會用到數學的逆向思維能力，和原來傳統的思維邏輯相反，比如邏輯反向、順序反向或者路徑反向等。在物理實驗中，運用個性化的方式來體現物理實驗結果，從一定程度上體現了物理趣味實驗的技術性與開放性。

初中物理教學過程中，在趣味實驗中，有效融入學生的認知，就需要學生能夠正確理解物理概念，能夠找到實驗與學科知識的交叉點。教師在將實驗融合的過程中，也要注重形式的呈現，設計具有可行性的學習情境，幫助學生在各種不同的情境中，可以養成解決問題的能力，從而實現元認知的發展，掌握解決問題的能力和方法。

總而言之，在初中物理課程教學的實驗環節，引入STEAM 教育理念，對當前教育改革有著積極的作用，除了培養學生一定的實踐能力之外，還提升了學生的綜合素養，更符合趣味性實驗培養學生核心素養的目標，也體現了物理這一學科的特性。因此，物理教師在教學過程中，要切實將STEAM 教育理念與物理學科和核心素養要求有效融合，讓學生通過趣味實驗，養成解決問題的能力，增加更多解決實際問題的能力。在今后的教育教學工作中，將進一步提升趣味實驗中與STEAM 有關因素的融合力度，開發更貼近學生核心素養培養的資源和案例，促進學生的發展。