2022版新課標下初中物理跨學科小實驗教學思考
——以滬科版STEAM理念光學實驗為例

福建省泉州市鯉城區教師進修學校 吳中榮

物理學的學科特點是利用已有的工具和方法去探究未知的領域，并進行創新。在初中物理小實驗教學中滲透STEAM教育理念，能使學生在學完物理知識后，利用簡易的材料進行設計并開展實驗，體驗物理知識在實際生活中應用的快樂，提升學生綜合應用各科知識的能力，并為物理教師開啟“雙減”背景下的實踐作業設計思路。小實驗教學可以幫助學生進行降階思考，從簡單動手邁向科學探究。教師通過有效的小實驗教學，可幫助學生掌握并提高實驗技巧，體驗撬動物理學科這塊“巨石”的快樂。滬科版初中物理教材中的“迷你實驗室”里設置的小實驗或相關課外實驗教學資源的目的恰恰與STEAM教育理念相契合。

一、當前初中物理實驗教學存在的問題

（一）講授式實驗教學替代實操

在實際的實驗教學中，很多教師還是單純采取講授式教學，由于很多學校實驗儀器缺失、不能及時更新，很多課標要求的必做實驗還是停留在PPT或者動畫、視頻的演示階段。使用多媒體技術雖然很多時候可以比較生動地再現實驗過程，但是很難模擬出所有的真實情境，少了很多探究環節必備的要素，也少了很多探究過程中的樂趣與學生的親身體驗。

（二）重視刷題而忽視實際實驗技能的培養

在傳統的實驗教學中，教師更加偏重于利用紙質試題的形式進行物理實驗知識的復習考查。在反復的高強度刷題訓練后，學生對常見類型題的解題能力有所增強，但是在實操過程中，實驗技能卻沒有得到加強，實際問題的解決能力沒有得到真正提升。

（三）忽視問題“起點”和實驗經歷

在很多時候，教師會強調實驗結果的應用，而對學生提出問題的起點沒有很好的重視，對實驗操作過程的引導與觀察，缺乏目的性的引導和培養，這就導致學生在實驗過程中充滿盲目性和偶然性，實驗的興趣和自信、進行實驗的驅動力不能得到很好的延續。

二、STEAM教育理念下的實驗教學與傳統實驗教學的不同點

（一）實驗方向的不同

傳統的初中物理實驗多以目的、結論為指向，即實驗結論、操作流程清晰，或已經告知學生進行實驗的方法，學生只要按照實驗內容一步步來做就能完成實驗。而基于STEAM教育的中學物理實驗則主張以項目學習為手段，讓學生通過完成實驗去獲得實驗知識，增進動手能力的提升。此外，不同于傳統初中物理實驗以結果來判斷實驗成功與否，STEAM理念下的中學物理小實驗，要求學生用跨學科的思維方法，綜合應用各種可能的器材，進行設計、改造、制作、并完成噴涂顏色、制作外殼等，豐富了實驗過程，也使學生同時得到更多學科從“書面知識”到“實際應用”的鍛煉與嘗試。

（二）涉及、涵蓋的學科不同

傳統的初中實驗比較單一，而基于STEAM教育的初中物理實驗主張跨學科的綜合應用，涵蓋理工科，跨越連接了藝術學科?；赟TEAM教育的實驗探究，能夠將初中學習的碎片化的各科知識進行系統優化，讓學生將已掌握的知識融會貫通，鍛煉學生的核心素養。

（三）實驗材料和實驗場景不同

傳統的物理實驗大部分都是在實驗室或類實驗室環境下進行，對實驗場所有一定要求，而基于STEAM教育的實驗，器材可以是生活中經常用到的廢棄物或者生活用品，對實驗場所的要求也沒有那么高。所以，實驗可以隨時隨地進行，也不用過多顧忌實驗過程中的實驗器材損壞的問題，比較契合初中生的年齡特點?！拔锢韺W與日常生活”中新情境的不斷出現，可以為學生綜合各種知識“提出解決方案，踐行安全與健康生活”。

三、初中物理學科中開展STEAM教育的意義

（一）增進學生的學習熱情

1.初中物理課程涉及的基本原理對于許多初次接觸物理的學生來說有一定難度。針對這些痛點，教師可以設計出一些“降階思維”的小實驗，使復雜原理背后的概念和原理表述形象化地展示在學生面前。降低學生的思維難度，使其獲得更多的上升臺階，有利于他們掌握更復雜的規律。比如，要讓學生理解彩虹的產生，可以讓學生直接動手用噴壺噴出水霧，然后讓投影機的光線穿透水霧產生“彩虹”，這樣就降低了學生理解彩虹產生原理的難度。

2.滬科版初中物理教材的“小實驗”，具有器材簡單、容易操作的特點，能有效促進學生的動手能力，從而讓每一個學生都能愛上物理實驗。而采用生活中常見的器材，設計趣味化的小實驗可以很好地激發學生的學習興趣，更好地融入課堂。如“光的反射傳播”實驗，講授的時候，可用一根透明光滑的塑料軟管，用聚光性能較好的LED手電發出光源，模擬光線在光纖中的傳播。可首先將水管弄成直線狀態，讓光從一頭進入。然后彎折軟管，詢問學生另一端能否看到光線，當學生猜測完后，教師再演示這個實驗。當學生的認知和實驗結果出現沖突時，教師可以有效抓住教育契機，進行知識的鋪墊和展開，這樣就能很好地激發學生探究的好奇心與求知欲?！昂诵乃仞B的內涵包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個維度，在進行嚴密的科學思維后，學生才能進行正確的科學探究”，“隨著教改的推進，物理學科面臨著教學目標從三維目標向核心素養進階的轉變”?？鐚W科科學探究過程中容易讓學生感知新的認知盲區，教師要做好“導航員”的工作，使學生能獲得足夠的驅動力去思考問題，設計方案，解決問題。

（二）提高學生的綜合能力

1.STEAM教育理念的各個維度幾乎涵蓋所有實驗。一個物理小實驗的進行不只是涉及到物理知識，從找材料、設計到動手完成實驗，都會涉及到跨學科知識。完成每一個實驗一般都需要各種工具的合理配合使用，熟練使用工具是順利完成實驗的前提。例如，簡易天平的制作需要用到鉗子、刻度尺、刻刀、螺絲刀等；簡易量筒的制作需要用到刻度尺、刻刀等；制作潛望鏡需要用到玻璃刀、美工刀、膠布、熱熔膠等。這些工具的合理使用可以確保學生實驗的順利進行，同時，學生對實驗過程中涉及的方方面面都能有所了解，深入理解每一個實驗步驟的內涵和外延，從而促進學生核心素養的提升。實驗制品是否真正滿足實際的要求，實驗作品包括用到的材料及結構是否穩固等，可以讓學生在實驗過程中進行嘗試，從而，促進學生工程素養的提升。例如，要讓紙張很好地站立，要考慮到紙張的折疊形狀及所用材料。數學知識更是幾乎延伸到各個理科類實驗。藝術素養要素亦貫穿整個實驗過程，活動中學生的交流、對話，都是藝術素養的體現，實驗制品的外觀顏值，也很好地體現了學生的藝術靈感。學生在實驗過程中很好地利用了各科所學的知識并進行整合應用，也發展了學生的綜合素養，因此，跨學科的小實驗制作對學生具有非常重要的意義。正如皮亞杰的相關理論所指出：因為同伴的認知水平相近，所以同伴協同能增強自主學習能力。

2.STEAM教育以理工科為基礎，加入藝術元素，集合了多門學科的特點與優點，符合新課標中核心素養的要求。經過實驗操作的磨練，加上跨學科實驗的“催化”作用，學生的動手能力，實驗探究能力得到較大提升，科學思維能力也會有相應提升。此外，隨著藝術元素更多的融入，學生的作品也可以更多地融入人文美學，促進學生多方位的發展。物理學是建筑于實驗之上的科學，需要不斷地從實驗中去獲得靈感和動力，而學校的實驗課時有限，每個課時的時間也有限，課內的物理實驗培養學生的基本能力和技能，因此這些實驗更多的是培養學生的嚴謹性和鍛煉學生的邏輯思維方式。而一些課外小實驗可以促成學生用身邊的簡單器材，激發主觀能動性進行實驗，不僅鍛煉了學生面對困難時解決問題的實際能力，而且對學生的終生發展更有借鑒意義。這些實驗可以利用學生一瞬間的靈感，使其獲得更多的創意空間。

四、開展STEAM理念的小實驗教學實例

（一）項目探究實驗1——光的直線傳播

滬科版八年級物理教材中，用觀察光在水中和玻璃中的傳播，來展示“光沿直線傳播”，這里所謂的“直線”傳播，不好進行實驗測量，只能通過目測，實驗的嚴謹性有待提升。因此，課后或者上復習課的時候，可以提前布置學生進行實驗設計，學生以小組為單位，互相討論，上網收集資料，進行實驗，并拍成視頻進行分享，由于實驗視頻是學生自己動手策劃設計拍攝的，并且學生還會根據喜好進行編輯，加入背景音樂，這也是藝術素養的體現，因此，完成的視頻作品能促進學生之間的交流和合作，還原學生興趣的本真，促進學生進一步進行科學實驗。

活動主題分析表1

實驗器材：A4紙、長尾夾子、刻度尺、圓規、美工刀、LED手電筒。

實驗過程：學生通過設計，利用長尾夾嘗試讓幾個紙片立起，并利用圓規及美工刀，將每張紙都鉆好孔，通過調整紙片的孔的位置，用刻度尺測量，如圖所示，如果讓光從左邊第一個孔射入，在最后一張紙板的小孔后面的光屏（A4紙對折）上能得到完整的圓形光斑，就可以證明光是沿直線傳播的，如果光屏上的光斑不是圓形的，就證明紙板上的圓孔沒有在一條直線上。本實驗為學生從網上學習模仿的實驗，雖然不是原創的，但是學生將材料進行優選，選出最經濟實惠的器材，用普通的手電代替激光筆，用紙張代替紙板，用對折的紙張代替光屏，均可顯示出學生經過比對、優選、探究、總結、合作，并在展示階段讓學生將實驗視頻進行優化，同時也提升了學生視頻編輯軟件的使用水平。由于這也是學生喜歡的形式，因此，會促成更多的學生去模仿，讓更多的學生的物理思維得到鍛煉。

（二）項目探究實驗2——色光的混合

義務教育物理課程標準2022版對色光混合的現象作了明確要求。教材的實例看似簡單，但是利用兩個三棱鏡使色光合成這白光就比較麻煩，而且容易受到天氣因素的制約。如果讓學生動手設計出這個實驗，可以讓學生對色光混合的理解更加深入。學生動手實驗，自己使用手機等設備拍攝實驗短片，并讓學生在課堂上進行展示，加入旁白解說，會讓學生親身經歷了一場生動有趣的科學之旅，感受自信和分享的樂趣。這不僅可以加深學生對各種色光的理解，還為學生進行高一級的深度學習鋪平了道路。

活動主題分析表2

實驗器材：圓形紙板、彩色筆、膠布、可調速手持電機、電池。

實驗過程：先制作一個圓型紙盤，涂上紅綠藍三顏色，并將電機的轉軸插入圓心，將電機和滑動變阻器組成的電路相連，隨著轉速的不同，就可以看到不同色光的混合。

基于STEAM教育理念的的物理實驗，在很大程度上可以彌補教材中許多實驗的不足，促進學生發現問題和探究問題能力的提升。而深入挖掘物理實驗的跨學科要素，并融入更多的思考，可以讓STEAM理念在促進初中物理學科素養的培養中不斷提升?？鐚W科實驗探究方式豐富了單調的物理探究實驗過程，將人文藝術、工程思維等因素融入物理實驗過程，為學生今后的可持續學習提供了可能，并鍛煉了學生的物理思維等核心能力。