基于STEAM教育理念的高中物理力學實驗課教學研究

鐘斌

【關鍵詞】STEAM教育理念;力學;實驗教學

以往的高中物理授課方式中，教學限制在單科學習領域，無法適應新時代背景下對復合型人才培養的要求.而STEAM 教育理念的出現，徹底打破了傳統人才培養過程中暴露出來的弊端和問題，拓展了物理力學實驗教學內容，將其與科學、技術、藝術、工程、數學等學科的知識進行整合，以更好地滿足社會發展需求.基于此，教師在優化實驗教學時，應立足于物理力學實驗教學現狀，結合STEAM 教育理念，全面加強物理實驗校本課程的開發.

1 STEAM 教育理念概述

1.1 STEAM 教育理念

STEAM的課堂教學思想，是一個整合理科（Science）、科技（Technology）、工程技術（Engineering）、美術（Art）、計算機數學（Mathematics）等五個課程的綜合型課堂教學，并沒有對知識點進行單純的疊加，而只是根據某個課題或任務，靈活地使用各學科知識處理實際中的現象.STEAM課堂教學是一個強調跨學科的實踐性教學，既是基于實際問題求解的探究性教學，又是基于創新思維的實踐性教學.STEAM課程試圖使學習者以實際問題的求解為目標驅動，采用多學科知識和多領域思考方法，從具體的實際項目中創造性地求解具體問題.

1.2 STEAM 教育的特點

STEAM 教育是一種基于自然學習方式的功能性教學框架，能夠適用于不同的教師和學生.有針對性地培養學生對于知識掌握以及靈活運用能力，而不只是做“知識的搬運工”.STEAM 教育理念比較超前，主要具備了如下特點.

1.2.1 項目為導向

STEAM 教育強調以活動作為教學的單元，使學生通過完成活動去掌握理論知識，培養活動技能，這不但可以調動學生的學習積極性，還可以提高學生的組織協調技能和溝通技巧，令學生能在學習中培養動手能力，在動手實驗中掌握知識.

1.2.2 不同學科交織，具有較強的綜合性

STEAM 教育能夠將多個學科教學進行結合，各科任課教師都可以靈活運用各學科的基礎知識，使學生融會貫通，使學生的學習過程更系統性，取得了觸類旁通的成效，從而大幅提高了學生的興趣，也擴大了學生的認知面.同時，借助STEAM 教育，能使學生將學習掌握到的學科知識與日常生活結合起來，切實達到學以致用的效果.

1.2.3 注重過程而非結果

應試教育的現狀，是教師、學生、家長以及全社會的目光都只聚焦于學生的學習結果上，反而對學習的本質有所忽視，不能調動學生的學習興趣，不能使學生懂得思考，無法學會反思，從而難以培養出學生認識問題和解決問題的能力.而STEAM 教育不同，它更強調教學進程，而不是教學成果，意在降低教師的課堂壓力和學生的學習壓力.可以使學生真正地浸泡在課堂中，培養出學習興趣，從而得到掌握知識的滿足感.

1.2.4 接受學生錯誤，培養學生的創造力

STEAM 教育理念，實質是一個接受學生錯誤的教育理念，敢于接受學生出現錯誤，并激勵學生敢于實踐，提出個人觀點，不人云亦云，能夠成為一個具備獨立思考能力的學習者，這和傳統教育中的只以標準答案作為標準有明顯的不同.并且，STEAM教育既能反映創新是科學生產的第一發展要素這一特點，又能有效調動學生的創造性.

1.2.5 靈活性強，適用面廣

STEAM 教育雖然來源于中國，卻廣為世界教育家所接受，除了上述四個優點，另外的優點就是STEAM 教育理念可以應用到所有國家和地區.以中國為例，各個地方的教育工作者應該根據自己的風俗習慣和地域特點，不斷創新教學方法，發展適合本土化的創新型教學方法.

2 基于STEAM 教育理念的物理實驗現狀

物理實驗的教學價值十分重要，是連接知識與實踐的樞紐.新課程理念下教師要重視實驗的育人價值，開展各項實驗活動，然而還存在影響物理教學的一些因素：

第一，教師因素.教師是實驗教學質量的關鍵性因素.但是調查和研究中發現，教師在開展實驗教學時，由于對物理實驗新課程理念研究不夠深入、不夠全面，以至于物理力學實驗教育理念陳舊，物理力學實驗教學計劃設計不夠科學、選擇的實驗教學方法不夠靈活等.在這種情況下，教師在開展實驗教學時，僅是依據教材中的實驗內容進行實驗講解，或者指導學生開展實驗操作.同時，教師僅是引導學生對實驗結果進行觀察，看其是否與前人的結論相符合.如此一來，高中物理力學實驗教學效果不盡如人意.

第二，學生因素.從考查與分析中看到，當前高中生受到傳統文化教學思路、教學方式的負面影響，大多處在被動吸收知識的階段.在這個前提下，學生對物理實驗的課堂參與程度比較低，難以積極主動地參與到物理實驗操作中，并在操作的過程中深化物理知識，發展自身的物理綜合能力和素養.另外，教師應關注學生科學態度的培養，但是在調查中發現，高中學生在具體的實驗學習中，基本上都是采用敷衍了事的態度進行，導致原本嚴謹的物理實驗學習逐漸演變成為完成標準答案.學生的這種實驗態度，也在很大程度上制約了物理實驗的學習效果.

3 基于STEAM 教育理念的高中物理力學實驗課教學研究

3.1 注重不同實驗體系之間的融會貫通

從高中物理各實驗課程的關系入手，借助STEAM 教育模式的超學科優勢，合理地構建各實驗系統與課程間的相互關系.眾所周知，當前的高中物理實驗系統較為分明，力學、光學、電子和磁的實驗分類較為清楚，教師在開展某一系統的研究中，都會使用該系統相應的實驗設備與裝置，各實驗系統與相應的儀器設備的聯系會完全停滯，不能進行各實驗系統的融會貫通.如果進行各實驗系統的聯合，物理實驗的教學效果將有比較明顯的變化.比如，教師可以優化力的特點實驗設計，在實驗課堂中將重力、彈力、摩擦力以及電場力等聯合，讓學生在實驗過程中能充分感受不同類型的力所具有的不同特點.

3.2 重視物理實驗環境，積極營造情境式的實驗教學氛圍

當前的高中物理實驗，已具有了相對穩定的、系統化的教育思維方式，即學生在課前預習實驗，課上聽老師講授實驗，課中進行實踐，課后進行研究，并開展以實踐為核心的科學實驗活動.這種按部就班的實驗方法忽視了物理實驗所提供的真正的實驗條件，與倡導以學生為中心的教學思想相悖，所以這樣的高中物理實驗常常使學生覺得實驗的難度很大、內容枯燥無味，最后造成學生的實驗興趣不高.STEAM 課程更注重學生利用學習平臺所獲取的學習的概念，注重高中物理實驗所帶來的體驗情境，并建立場景式的實驗教學氛圍.

首先，教師改變了實驗教學的觀念，把教學重心從實驗轉移到了課堂，并設計制定以知識為核心的教學實驗計劃，努力營造積極良好的教學實驗環境，在充分考慮到學生的個性化學習的情況下，利用微課堂、網絡教室和物理實驗資源庫等現代的信息技術工具和資源網絡進行教學支持，并由此來開展實驗教學，以調動學生的研究興趣.

按照實驗內容，重新設計實驗教學環節.將一節實驗課詳細區為多個環節，并處理好幾個實驗環節之間的邏輯聯系.例如，在金屬導線的電阻率測試時，書中的實驗預習可作為教學上的實驗預處理過程，在了解實驗設備的情況下，可以利用虛擬實驗室率先在電腦上進行電路的接線，這樣學生不但可以較迅速地了解電路的接線方法，并保護好實驗器材，而且節省了實驗費用，還可以較為迅速地判斷測試電路的電壓和電流所使用的特殊方法.

通過對實驗指導教材的精細設計，根據學生實踐背景，充分挖掘設備說明書與實踐指導書，以材料作為基礎，豐富學生想象力的同時，培養學生獨立實踐能力社會實踐素質.

通過引導學生的實驗課程跳躍性，在教師的闡述下確定實驗目的與具體內容，并凝練本節實驗課程的基本知識點，把學生注意力拉回到實驗本身，同時教師還通過運用豐富的信息技術手段使實驗教學內容的呈現具有動態化、互動化以及功能化等特點，從而便于學生直接提取、掌握目標知識內容，在寓教于樂的實驗過程中實現知識的傳播與獲得.

3.3 采取問題驅動式的實驗方式

縱觀當下國內外的STEAM 教育，不難看到其強調實際問題求解的創新模式以及學生自主探究的教學模式，盡管與以往的教學模式背道而馳，但在培養學生實踐活動技能的成效比以往教學模式更為突出.所以，在高中物理力學課程實驗教學中融入問題驅動式的教學方式，可以從一定意義上提高實驗課教學質量.在問題驅動型的實驗教學中，教師需要充分掌握力學實驗的教學內容，明確實驗操作步驟中的重難點，以培養學生現有的知識基礎為平臺，創設具有學生生活反饋和任務挑戰的實踐問題，指導學生開展實踐思考，完成實踐作業.

在整個問題驅動式教學實驗流程中，學生占據主導，而教師則是對教學實驗過程的幫助與指導者，以實驗目的為中心驅動內核，利用最有限的時間指導與促使學生推動實驗研究的進度，因此教師要確定以解答中心的實驗問題為目標，讓學校組織學生乃至其他人根據課題，尋找解答的各種實驗方式.讓學生在問題驅動的過程中重復問題驅動過程，使實踐中的不確定現象逐漸浮出水面，從而一次性解決問題.例如，教師可在力與運動的關系實驗課的前一節課末時，提出“勻速直線運動、勻變速直線運動以及曲線運動的特點分別是什么”之類的問題.

4 結語

為實現高中物理學科核心素養下的實驗教學目標，教師在開展和實施實驗教學活動中，要立足于學校物理力學實驗課程現狀，并根據學校STEAM 教育模式的特色，明確實驗校本課程研究的目標，從多種渠道開展和建設實驗校本課程，以進一步增強教師物理力學實驗教學的實效性，從而促進教師在物理實驗校本課程上得到成長，從而達到核心素養下的教師物理力學實驗課程目標.