STEAM教育理念融入高中物理課堂教學的實踐研究

鄢易行

在學科融合的教育背景下，傳統“灌輸式”的教學模式已經無法滿足學生的發展需要，這是學生對物理知識不感興趣的主要原因之一。STEAM模式通過將科學、技術、工程、數學、藝術相結合，讓教師產生新的教學思路，讓教學方法更科學、更合理。基于此，文章以高中物理為研究對象，簡述了STEAM模式，分析了利用STEAM開展物理教學的意義，最后以案例的方式對STEAM理念融入物理教學進行了深入的研究，期望文章的討論與研究能夠給有關工作者提供借鑒和參考。

一、STEAM概述

STEAM是科學、技術、工程、藝術、數學的英文首字母。實際上，STEAM教育就是跨知識融合的一種教學理念，從融合視角對知識展開分析，可以提升學生的認知，再借助合理的教學手段深化學生對物理知識的理解，實現對學生物理品質的培養。STEAM教育理念還強調以學生的認知為基礎，幫助學生優化知識結構，在整合新舊知識的過程中對知識產生更深層次的認識。所以，在保證物理課程正常教學的前提下，如何將STEAM教育理念融入物理課堂教學，是擺在教師面前的重要問題。教師只有立足整體視角，積極創新教學模式，才能讓學生在學習的道路上走得更遠。

二、STEAM教育理念的內容

（一）科技融合化

在全新的理念背景下，STEAM強調淡化學科界限，融合各學科知識解決現實問題。物理教學要以知識為背景，適當地融入科學技術，如萬有引力定律與航天技術、機器人與虛擬現實技術和物理傳感器的關系。另外，物理學習可引入與學生生活相近的科技產品，如智能掃地機器人、智能燈等，讓學生體會到物理知識給生活帶來的便利，為學生科學素養的提升奠定堅實的基礎。[1]

（二）工程技術應用化

在眾多的工程領域，物理學起著先導的作用。以物理原理為基礎，分析其在工程技術中的應用可以不斷豐富課程資源，同時提升學生的工程意識，如力學原理與工程技術、機械波與聲學技術、電磁理論與電磁技術等。以物理原理分析工程技術案例，可以強化學生的工程意識。

（三）物理人文化

物理學家霍金曾說：“物理是一門最基礎的關于自然的學問，是最具詩意的科學。”現行的物理教材中有著豐富的人文素養內容，如牛頓三大定律反映了一種自然之美;“溫度、壓強、速度與能量”是自然語言的再現;物理學家為了追求真理，不畏權勢、刻苦鉆研的高貴品質等。教師將其滲透于物理教學中，不僅滋潤著學生的心靈，還提升了學生的文化品位。

（四）物理與數學融合化

數學是一切自然學科的基礎，在物理學習中主要表現為概念、規律、問題解決等。如研究牛頓經典力學就會遇到矢量分析;運動學中加速度的計算就會用到導數知識;行星運動規律的研究中可能涉及圓的基本幾何性質;光的傳播、機械波、交流電部分又會涉及函數增減性的知識等。在物理教學中，指導學生利用數學解答問題，不僅強化了學生的數學思維，還為學生解決問題提供了有力的工具。[2]

三、STEAM教育理念融入高中物理課堂教學的實踐研究

STEAM是多門學科融合的教育，通過學科知識的整合，可以為學生創設一個真實、富有畫面感的物理情境，在學生的生活經歷、問題分析中提升自身的能力。在教學改革的持續發展下，學生物理核心素養提升受到了關注。要想達成這一目標，教師就要加大教學研究的力度，以STEAM教育理念的融入為契機，有意識地將其融入高中物理課堂教學的各環節中，一是可以改變傳統的教學模式，提高課堂的有效性;二是可以將學生內在的能動性激發出來，以促進物理教學質量與效率的穩步提升。

（一）科學在高中物理教學中的滲透

1.讓學生經歷科學知識形成的過程

在學科知識學習中，只有讓學生經歷人類思想發展的過程，才能實現他們的再創造。學生應主動探索物理的發生原因、發展過程，進而明確物理的發展方向。[3]比如，在魯科版“庫侖定律、安培力及其應用、法拉第電磁感應定律”的學習中，教師可以帶領學生重走科學家的研究之路，在真實問題中產生更深的分析與思考，在實驗探究中探尋規律，掌握知識。

2.物理學史在教學中的滲透

任何一個物理概念的提出，任何一個物理規律的發現都是一段物理發展的過程，這一過程蘊含著豐富的物理思想。因此，在某個物理概念的教學中，教師要事先準備好資料，帶領學生一起了解物理科學家的故事。教師加強物理學史在物理課堂的滲透，不僅可以豐富學生的物理知識，還有效提升了學生的科學素養。

（二）技術在高中物理教學中的滲透

1.開發技術課程內容

教師指導學生利用物理原理分析工程技術，開發和應用與課程內容有關的技術問題，有助于學生綜合能力的提升。如在魯科版“大顯身手的傳感器”的學習中，教師播放“網紅樓道燈”的視頻，學生驚奇于此燈不需要開關，聽到腳步聲就能亮起，但白天光線充足時，即使有腳步聲燈也不亮。教師指導學生以小組為單位對“樓梯燈聲控系統”進行設計，首先，教師引導學生分析樓道聲控燈的基本原理，對用到的各個元器件進行介紹，如光敏電阻的阻值變化規律、駐極體話筒的電聲性能等，然后要求學生根據掌握的知識，在小組內合作設計簡易版的“樓梯燈聲控系統”，最后以報告的方式提交上來。在這一過程中，技術設計、制作、探究、合作融合在了一起，有效提升了學生解決實際問題的能力。

2.巧用實驗室技術資源

現如今，眾多的高中物理實驗室已經配備了與力、熱、光、電、磁等有關的設備，這些設備本身就蘊含著豐富的現代技術因素，如傳感技術、通信技術、網絡技術等。教師只要合理運用這些資源，就可以讓學生體會到現代信息技術在學生物理學習中的價值，同時推動著學生知識向自身能力的轉化，并為學生物理核心素養的形成奠定了堅實的基礎。比如，在“磁場”的學習中，磁感應強度是一種看不到、摸不著的東西，學生理解起來很困難。為此，教師就要事先準備好磁感應傳感器、計算機和配套軟件，在課堂通過移動線圈內的傳感器測量頭，借助計算機將不同位置下的磁感應強度記錄下來，就可以形成磁感應強度的圖像了，方便學生觀察與分析，由此深化對本節難點知識的理解。

（三）工程在物理教學中的滲透

當今的工程技術中涉及很多物理學原理，如浮力定律與混凝土澆筑、毛細現象與新型建筑材料、電子信息技術與通信工程等。同樣，工程技術也能促進物理學的發展，讓物理學從理論走向現實應用，促進學生對物理的認識更加深入，它必然會反映到物理教學的優化與創新中來。教師依照物理內容與學生的現實情況，可以選擇典型的案例。比如，在魯科版“力的分解”一課中，教師視頻引入古代智慧的結晶“趙州橋”，引起學生困惑：趙州橋歷經1400多年風雨，為何仍然屹立不倒？引導學生選取“第一塊石頭”為研究對象，進行受力分析，通過小組討論得出結論，既復習了石頭受到的重力、彈力等舊知識，又構建了通往新知識的臺階。

（四）數學在物理教學中的滲透

1.用數學比值定義物理量

用數學比值定義物理量形式簡單，計算方便。在當下的物理學習中，反映物質本質的物理量常常可以用比值的方式來定義，如電磁強度為E、電容為C。而且對物體運動進行描述的物理量也常可以采用數學比值的方式定義，如加速度a、角速度ω。教師可以創設真實情境，讓學生在真實問題下自主摸索和思考，教師再進行引導、歸納與總結。

2.用數學方程表達物理定律

數學方程是助力學生解決物理問題的一種有效手段。因此，在實驗教學中，教師要指導學生以實驗數據為基礎，運用數學工具進行分析。例如，在“牛頓第二定律”的教學中，教師組織學生利用氣墊導軌開展實驗，運用控制變量法，在保持小車質量一定的情況下，通過增減懸掛重物的質量改變繩子拉力，利用打點計時器紙帶進行處理，得到多組力和加速度的數據，運用數學列表法和圖象法分析，得到加速度與合力大小成正比;而后保持拉力不變，用同樣的方法分析加速度與質量的數據，得到加速度大小與物體質量成反比，最后推導出牛頓第二定律的數學表達式。

3.利用數學解決物理問題

數學的分析法、函數法和圖象法在物理習題中都有重要應用，如追及相遇問題中，分析兩車恰好不相撞的條件，教師要引導學生畫圖分析：（1）追上時，位置相同，推導位移關系，列出含有時間的公式。（2）“恰好”表明速度要相同，列出速度—時間公式。教師引導學生用數學分析法聯立公式求解，也可以利用函數法中的求根判別式求解，還可以用v-t圖象分析求解。本題解答，整體采用的是數學思路。可見，數學知識在學生解答物理題目時發揮著重要的作用。

（五）藝術在物理教學中的滲透

1.物理中的藝術之美

物理教材內的藝術美比比皆是，如磁生電、電生磁的對稱美;能量守恒中體現的和諧之美;原子內電子殼層分布的有序美;牛頓定律將天上、地下物體統一起來的統一之美。

2.物理中的自然之美

物理是一門自然學科，自然界中的很多現象都滲透著自然之美，如光學衍射實驗形成的彩色條紋、不均勻空氣在光的折射下形成的海市蜃樓。這都是物理自然之美的真實再現，可以激發學生探究物理的熱情。

四、STEAM理念在高中物理活動融入中存在的問題以及優化建議

因STEAM理念在我國的應用還處于發展階段，在落實中還存在一些問題，首先是教師本身的專業問題。在知識儲備上，教師只對物理知識有一定的積累，對其他幾門學科知識只是簡單的了解，在跨學科整合中難度很大。其次，STEAM理念是一種融合教育，甚至一些知識是全新的領域，所以需要學生花費一定的時間研究。要在規定的時間內完成既定的教學規劃，這對教師提出了一定的要求。最后，教師要注意并非所有的物理知識都適用于STEAM模式，若為了應用而應用，勢必會出現相反的效果。

根據上述存在的問題，文章提出了幾點優化的建議：首先，建立一支綜合型、專業性強的師資隊伍。比如在高校師范生的培育中加入STEAM理念，以不斷拓寬教師的視野。另外，要注重任職教師的可持續發展，讓教師時刻掌握前沿知識。其次，教師必須合理規劃教學時間，如實驗器材環節要提前準備好，讓學生在課前預習，這樣不僅可以解決課堂時間不足的問題，還能引導學生在好奇心的推動下進行探究。最后，可以建立物理興趣小組，在STEAM理念的引領下，綜合課程的專業性、趣味性和實踐性，可以將育人的效果發揮到最大。

綜上所述，STEAM作為一種跨學科教學理念，其在物理課堂的融入必須講究方式方法，切不可生搬硬套，這樣才能將其培養人才的價值發揮出來。對高中生來講，物理是他們學習的一門基礎課程，教師應以先進理念為支撐，積極優化教學方法，不僅可以調動起學生的學習積極性，還能讓學生在自主參與中得到手、腦的鍛煉，為學生物理綜合能力的提升奠定堅實的基礎。在高中物理教學中，教師踐行STEAM理念，可以展現出形式多樣的物理活動，可以推動物理教學的有序開展，可以讓學生在夯實基礎的同時提升自身的創新能力。因此，在今后的物理教學中，教師要樹立起融合的理念，加強物理知識與其他學科的融合，為學生跨學科學習奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]孫煦晗.基于STEAM理念的中學教育實踐研究：以高中物理“豎直上拋運動”為例[J].理科考試研究，2022（5）：41-43.

[2]鄒萍，段懷璽，張軼炳.STEAM理念融入高中物理課堂教學的實踐與探索：以“電動機模型”為例[J].物理教學探討，2021（2）：10-14.

[3]趙赫，梁林艷，李雪，等.基于STEAM教育的中學物理教學[J].中學物理教學參考，2019（8）：2-3.

（作者單位：福建省永泰縣城關中學）

編輯：陳鮮艷