基于STEAM的高中物理課堂核心素養培育的實踐研究

鄭華南

摘 要：STEAM主要是指在學科教學中融合科學、技術、工程、藝術和數學等專業教學內容的融合教學理念。這一教學理念打破了傳統教學的單一學科教學的常規思維，為高中物理課堂教學提供了新的啟發和挑戰。此外，這樣的教學理念不僅能夠促進學生科學思維發展，還能夠幫助學生在學習的過程中掌握系統的學習方式和方法。基于此，本文以STEAM為理論基礎對高中物理課堂核心素養培育的實踐價值進行了分析，提出了相應的實踐策略，希望為高中物理教師的教學實踐提供幫助和指導。

關鍵詞：STEAM教育；高中物理課堂；核心素養培育；實踐研究

目前，高中物理教學還存在著只重視學生理論知識掌握、做題效率和質量等問題。這一問題不僅會影響學生形成錯誤的物理學習思維，還會影響學生掌握物理核心素養和構建完整物理學習的理論與實踐相統一的網絡。而為改善這些問題，就需要教師基于STEAM教學理念，尋找更加高效、多元的物理課堂教學實踐方式。

一、基于STEAM的高中物理課堂核心素養培育的實踐價值

（一）對學生的綜合發展價值

STEAM是STEM的拓展延伸，它是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）五個領域的英文首字母的縮寫。基于STEAM高中物理課堂核心素養培育的實踐對學生的綜合發展有著重要的價值。這些價值表現在以下三點：

（1）能夠幫助學生學習和掌握物理知識和實踐技能

在傳統的物理課堂上，學生通常只是被動地接受知識和理論，很難將其應用到實際中。而STEAM教育強調實踐和實際應用，通過讓學生參與到各種實驗和項目中，培養學生的觀察、實驗、分析和解決問題等能力。例如，在學習物理光學時，教師可以組織學生設計和制作一個簡單的激光筆實驗，讓學生親自操作和觀察，并通過實驗結果來理解光的傳播和反射規律。通過這種實踐，學生不僅能夠更深入地理解物理知識，還能夠培養實際操作和實踐技能。

（2）能夠培養和發展學生的創新思維

創新思維是STEAM教育的核心要素之一，它注重培養學生的創造力、批判性思維和解決問題的能力。在物理學習中，學生需要從不同的角度思考問題，提出自己的想法和解決方案。例如，在學習牛頓第二定律時，教師可以提供一個有關運動物體的實際問題，讓學生通過觀察和實驗來探索物體受力和加速度之間的關系。學生可以通過多種方式提出不同的解決方案，并對其進行實際測試和驗證。通過這種創新思維的培養，學生能夠培養獨立思考和解決問題的能力[1]。

（3）能夠培養學生的科學態度和物理觀念

在STEAM教育中，學生通過實踐和實驗來探索和發現知識，注重問題的提出和解決過程。這種科學探究的方式培養了學生的好奇心、探索精神和批判性思維，使他們對科學和物理有更深入的理解和認識。例如，在學習熱力學時，教師可以引導學生進行一系列的實驗，讓學生自己發現和理解熱能的傳遞和轉化規律。通過這種實踐，學生能夠培養科學態度，包括觀察、實驗、分析和總結等科學活動的核心素養，并且能夠形成自己的物理觀念。

（二）對教師的能力提升價值

基于STEAM的高中物理課堂核心素養培育的實踐對教師能力提升有著重要的價值[2]。這些價值主要體現以下兩個方面：

（1）提升跨學科教學能力

傳統的學科教學往往是獨立的，教師只需要掌握自己所教學科的知識和教學方法即可。然而，在STEAM教育中，教師需要將不同學科的知識進行整合和融合，通過跨學科的教學方法來解決現實問題。因此，提升教師的跨學科教學能力是非常重要的。教師可以通過參加相關培訓和研討會，學習跨學科教學的理論和實踐經驗，提升自己的能力。

（2）為教師提供了新的物理教學思路

傳統的物理教學往往以理論知識為主，缺乏與實際生活和社會問題的聯系。而STEAM教育強調學科之間的融合和應用，通過解決實際問題來培養學生的創造力和創新思維。教師可以通過引入STEAM教育的思想和方法，將物理知識與工程、技術、藝術等領域進行關聯，使學生在學習物理的同時也能培養其他學科的能力。這種新的物理教學思路可以激發學生的興趣和動力，提高他們的學習效果[3]。

二、基于STEAM的高中物理課堂核心素養培育的實踐研究

（一）以課堂教學情境導入物理教學

物理的理論知識是比較抽象的，實踐操作是比較復雜的。學生在學習這些知識的時候就容易出現注意力不集中、熱情較低和態度不端正等問題，這些問題不僅會影響物理學習效率，還會影響對物理知識的掌握和核心素養的培養[4]。而課堂教學情境主要是指在課堂教學中結合相關教學理念和內容設計能夠提高學生學習興趣的教學方式。情境教學是課堂導入常用的、有效的教學方式，能夠幫助學生培養物理學習的熱情和核心素養。因此，以STEAM教學觀念為基礎的高中物理課堂教學應該重視課堂教學情境在導入物理教學中的作用。結合情境教學的相關理論，高中物理教師在創設教學情境的時候應該注意以下幾點：

（1）教師應該通過情境的設計和問題的提出，激發學生對物理學習的興趣。興趣是學生學習的動力和源泉，只有激發了學生的興趣，才能夠引起他們的主動參與和積極探究。

（2）教師在課堂教學情境中應該充分發揮引導者的作用，引導學生深入思考與課題相關的問題。

（3）在課堂教學情境中，教師應該堅持學生主體地位，尊重學生的個性和思維方式。教師可以采用小組合作、項目研究等方式，讓學生在團隊中相互合作，充分發揮自己的特長和能力。

（4）提供必要的支持和指導。

（5）立足科學的教學理念、學生生活實際。

例如，教師在教學魯科版必修一“質點和位移”時，可以立足以上五點結合STEAM教學理念、本節教學內容和學生學習興趣創設合適的導入教學情境。教師應該分析教材明確教學內容為：質點的概念以及物體能否看成質點的條件；矢量和標量的區別。結合教學內容教師可以利用多媒體播放“地球繞太陽公轉”“奔馳的列車”“展翅翱翔的老鷹”和“籃球投籃”等圖片來創設對應的教學情境。STEAM教學理念與傳統教學理念不同點就在于知識的融合性和跨學科性。結合此特點，教師應該選擇融合多科目的教學情境導入教學。“地球繞太陽公轉”是屬于地理和科學教學中的重要內容；“奔馳的列車”是屬于物理和技術等課程的內容；“展翅翱翔的老鷹”的圖片屬于科學和物理的融合知識。

除了以上虛擬的教學情境，教師可以找到一個與質點和位移相關的真實場景，比如一個班級運動員進行跳高的實踐情境。教師可以讓班級運動員實踐展示這些運動動作并引導學生觀察和思考以下問題：

①運動員在跳高過程中，他的身體在空間中的位移是如何變化的？

②運動員的身體位移和時間之間是否存在某種關系？

③運動員的身體位移和跳高的高度之間是否有關系？

通過這個實踐情境的引入，教師可以激發學生對質點和位移的興趣，并使他們開始思考與這個課題相關的問題。在引導學生思考的過程中，教師可以提供必要的背景知識和概念解釋，幫助學生理解和分析視頻中的現象。

由此可知，教師運用以上三張圖片來創設虛擬的教學情境和引導學生運動員實踐展示的情境是符合STEAM教學理念的。學生能夠在課堂教學情境中了解物理教學中質點的概念及成為質點的條件等物理基礎知識。

（二）以信息技術開展物理實驗促進教學

信息技術是時代發展的產物。STEAM的教學理念要求教師在教學中重視信息技術的運用，以此推動學生物理觀念和科學思維等物理核心素養的培養和發展。在信息技術和先進教學理念的指導下，高中物理教師可以利用虛擬教學平臺、官方智慧教育平臺、數據采集儀器、多媒體設備和互聯網相關資源等開展物理課堂教學。在此過程中，教師應該注意以下幾點：

（1）確定實驗目標和內容。

（2）整合信息技術資源。

（3）指導學生進行實驗操作。

此外，引導學生實驗數據分析和討論在以信息技術開展物理實驗促進教學時，教師需要注意以下四點：

（1）整合資源并確保穩定性。

（2）引導學生主動參與。

（3）注重實驗設計和安全。

（4）鼓勵多樣化實驗方法。

例如，教師在教學魯科版必修一“力與平衡”時，就可以立足以上要求選擇豐富的信息技術來落實STEAM教學理念在物理核心素養培育中的實踐。通過分析教材，教師可以確定實驗教學目標就是立足STEAM的教學理念幫助學生掌握“力與平衡的相關內容”。立足這些內容，教師可以選擇多媒體、智慧教育教學和互聯網上相關的資料來幫助學生了解“力的合成”“力的分解”和“共點力的平衡”等方面的理論知識和內容。

（1）模擬實驗軟件

教師可以利用物理模擬實驗軟件，如PhET交互式模擬實驗平臺，來進行力與平衡的模擬實驗。通過這些軟件，學生可以在虛擬環境中進行實驗操作，觀察物體受力的情況，探索力的平衡、合力和分力等概念。教師可以引導學生進行實驗設計和數據分析，幫助他們深化對物理規律的理解。例如，在PhET平臺上，教師可以選擇“力學”模塊下的“平衡力”實驗，學生可以通過拖拽不同大小和方向的力，觀察物體的平衡情況。教師可以引導學生進行實驗探究，提出問題，探索力的平衡條件，比較不同力的合力和分力等。

（2）虛擬實驗平臺

教師可以利用虛擬實驗平臺，如易博物理實驗平臺，進行力與平衡的虛擬實驗操作。通過這些平臺，學生可以在虛擬實驗室中進行實驗操作，探索力和平衡的相關概念。教師可以設計不同的實驗場景和問題，引導學生進行實驗探究和數據分析，培養他們的實踐能力和科學思維。例如，在易博物理實驗平臺上，教師可以選擇“力學”模塊下的“力平衡”實驗，學生可以通過調整不同力的大小和方向，觀察物體的平衡情況。教師可以引導學生進行實驗探究，提出問題，探索力的平衡條件和合力的計算等。

（3）多媒體教學素材

教師可以利用多媒體教學素材來展示力與平衡的原理和實驗過程。通過動畫、實驗視頻等多媒體的呈現，學生可以更直觀地了解力的作用和平衡的條件。教師可以結合多媒體素材進行講解和討論，幫助學生理解和應用相關的物理概念。例如，教師可以使用動畫演示力的平衡條件，通過展示力的大小和方向的平衡關系，幫助學生理解力的平衡和合力的概念。教師還可以使用實驗視頻展示具體的力與平衡實驗操作，讓學生更直觀地了解實驗過程和結果。

（4）數據采集與分析工具

教師可以引導學生使用數據采集與分析工具，如傳感器、計算機軟件等，進行力與平衡實驗的數據采集和分析。學生可以通過實時采集和分析實驗數據，探索力與平衡的規律，并進行數據處理和圖表繪制，提高科學實驗和數據分析的能力。例如，教師可以引導學生使用傳感器來采集不同力的大小和方向，通過計算機軟件進行數據分析和圖表繪制。學生可以通過分析實驗數據，探究力的平衡條件和合力的計算方法，深化對力與平衡的理解。

結合以上分析可知，物理教師可以利用虛擬實驗平臺或者模擬軟件等來幫助學生培育對應的物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任等物理核心素養。在信息技術和STEAM的影響下，教師就應該重視用多媒體、虛擬實驗平臺和智慧教育平臺等來幫助學生了解實驗的步驟、理解實驗的目的，培育物理核心素養。

（三）優化教學評價鞏固教學成果

物理教師還應該重視課堂教學評價對STEAM教學理念和學生核心素養的鞏固和幫助。STEAM教學理念要求教師在教學的時候應該融合教學并增強課堂教學的綜合性。結合相關教學理念的指導，教師可以引導學生自主評價、創設多元化評價方式、引導學生互評、注重過程評價和引導學生參與評價標準的制定等多個方面。這樣多元的教學評價能夠落實教學中STEAM教學理念，加強學生對自己物理知識掌握和素養培育等多方面的認知和管理。

例如，教師在教學魯科版必修二“科學探究：平拋運動的特點”時，就可以結合STEAM的教學理念來開設多元的教學評價，以幫助學生學習和掌握平拋運動的理論知識和平拋運動的實驗過程等物理知識和內容。學生在自評的過程中可以結合自己對小球平拋運動軌跡的理解和掌握，創設坐標系和結合知識畫出坐標系等物理實驗原理，以培養自身的科學觀念、思維、探究和態度與責任。

結束語

總之，基于STEAM的高中物理課堂核心素養培育的實踐價值是豐富的。教師能夠在此教學理念的影響下改變自己的物理教學觀念和方式，選擇更加豐富有效的方式來進行實踐。學生能夠在此教學模式中獲得綜合持續的發展，社會和學校也可以在此教學模式中獲得進步。因此，高中物理教學中培育學生的核心素養應該重視STEAM教育理念的指導和融入。

參考文獻

[1]張亞鋒.核心素養下利用信息技術優化高中物理課堂教學研究[J].數理化解題研究，2023（12）：62-64.

[2]姚景虎，蘇善花.基于核心素養的高中物理電學實驗課堂完善策略[J].數理天地（高中版），2023（6）：71-73.

[3]俞嘉林.核心素養下高中物理課堂教學目標的制定[J].數理天地（高中版），2023（6）：83-85.

[4]何知.學科核心素養視角下的高中物理高效課堂構建[J].學園，2023，16（8）：72-74.

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