STEAM視角下初中物理綜合實踐活動與勞技課程融合設計研究

李弘　趙永忠

【摘要】STEAM教育是一種多學科融合的教育，旨在培養學生的綜合能力，動手實踐能力，創新能力.初中物理的綜合實踐活動是學生利用所學知識解決一些實際生活情境下的問題的一種活動.但往往綜合實踐活動不能僅憑學科知識來解決這種真實情境下的問題，而是需要將各方面的能力綜合起來進行運用.因此我們將綜合實踐活動作為STEAM教育的有效載體，并以此來激發學生的學習興趣，提高學生的技術實踐能力，有效地培養學生解決真實問題的能力.

【關鍵詞】STEAM；學科融合；初中物理

STEAM教育是一種跨學科的教育方式，將科學、技術、工程、數學結合起來，并加入了藝術的綜合教育，它是面向真實場景的跨學科學習，并實現將各個學科相融合的項目化學習，它旨在為學生創設真實的生活場景，并讓學生以一種不同的學習方式來進行學習.

以往教師在開展綜合實踐活動課程時往往是形式大于內容，究其原因：一是學生缺乏相應的技術技能來完成其中的設計及制作；二是素材資源要求高，學校缺乏配套的教學條件.新課程下的綜合實踐勞技課有著較強的能動性，要求突出學生的主體地位，發揮學生的主觀能動性.然而，初中階段學生的能力缺乏、自律性差、經驗不足，倘若沒有教師適時、有效地指導，學生很難順利完成實踐活動，自身的能動性也不能得到充分發揮.筆者認為，中學階段的綜合實踐活動和勞動技術進行學科融合可以很大程度上解決配套資源帶來的困難.STEAM教育就為解決綜合實踐活動遇到的問題提供了更多的解決方案.本文以“探究樹蔭下的光斑”為例，具體闡述在STEAM視角下如何將綜合實踐活動與勞動技術進行學科融合的教學，讓學生在創設的真實情境下，設計探究的方案，并用自己設計的方案來解決問題，在這個過程中讓學生真正地了解勞動技術課程中“解決問題”的流程及方法，在此基礎上，讓學生將自己的設計方案進行物化，然后完成最后的評價.

1 課例的確定和前期準備

綜合實踐活動不僅是課本知識的簡單回顧，更重要的是讓學生明白這些知識在生活中如何應用，學會設計方案，利用所學知識來解決本節課的問題.在蘇科版物理八上的教材中有一個綜合實踐活動是“探究樹蔭下的光斑”，這是學生首次接觸基于真實問題解決的探究.這節課目的是通過觀察樹蔭下的光斑，培養學生的觀察能力，在此基礎上設計實驗，并用已學的小孔成像知識，論證實驗的結果.這個綜合實踐活動乍一看很簡單，但在實際實施時卻碰到了很大的困難，由于條件的限制，教師帶著學生到室外，真的只是去“觀察”了樹蔭下的光斑，而談不上對光斑的“探究”.怎么才能讓學生在真實情境下探究呢？最終我們經過商定決定：基于STEAM視角，將綜合實踐活動在與勞動技術學科相融合，讓學生用勞動技術中解決真實情境問題的流程，構建一個便于活動探究的模擬場景，將活動從室外引到室內，通過此過程培養學生的探究思維和提高學生的動手實踐能力.

首先，根據初中勞動技術及高中通用技術課程中解決問題的一般流程.即：發現問題、分析問題、解決問題.我們并沒有向學生交代選題及教學流程及研究的方案，而是讓學生從方案執行者的角度思考：方案設施會遇到什么問題？分析問題的關鍵點，思考問題解決的方法.

發現問題 同學們，物理課程將有一個綜合實踐活動：“探究樹蔭下的光斑”，受制于自然條件和課堂實際，我們如何將這個活動搬到課堂進行？

分析問題 要在教室中有效探究樹蔭下的光斑，首先教室里要有模擬的太陽，這個模擬的太陽有什么要求？其次，既然要探究樹蔭下的光斑，還要有樹葉形成的縫隙，我們要探究縫隙的大小、形狀、縫隙到地面的距離及縫隙到太陽的距離等因素對光斑的影響，我們應該如何控制變量？我們如何獲得滿足要求的樹葉間的縫隙？我們如何獲得符合要求的實驗環境？通過學生的思考，培養學生解決問題的能力，同時也培養了學生創新能力.

2 課例的實施階段

接下來的環節就是設計方案來解決問題.我們在勞技課程中講到創造型設計的常用技法為“頭腦風暴法”，即讓學生在短時間內說出盡可能多的設計方案，暫時不用去理會這個方案是否可行及方案中是否存在問題及缺陷，只做簡單的羅列，等完成頭腦風暴過程后，我們再來綜合分析所羅列出的方案，并將其合并歸類，找出各個方案可以聯系起來的方面或者互補的方面，并將其重新整合，組成新的方案，從而用新的方案來解決問題.

在本節課中，學生首先想能否將太陽到樹葉縫隙間的距離近似看成為一個定值，而樹葉縫隙到地面的距離用激光測距儀來測量.在分析方案可行性的時候，對這個方案持否定性意見的有不少：首先是樹葉間的縫隙需要爬到樹上去才能確定，這樣很不安全，而且也費時費力；其次即使爬上樹去測量，也難以將樹葉間的縫隙與光斑一一對應起來.接著有學生提出是否用自制的小孔成像儀（薯片罐做的）來進行探究，即在薯片罐的底部開上不同大小及不同形狀的孔，借此來模擬樹蔭下的光斑.很快就有學生提出用這種方法受制于小孔到觀察光屏之間的距離太短，所以形成的光斑非常小，難以清晰地觀察且小孔到光屏的距離無法精準測量.這時候有學生就提出我們是否把上課用的木制的小孔成像儀繼續進一步做大，然后在這木制的箱子內來模擬樹蔭下的光斑的實驗場所.到此，其余學生不再質疑.

接著教師取出事先準備好的長方體木制箱子（見圖1），要學生根據桌面上提供的器材：強光手電筒、白熾燈光源、鳥巢形舞臺燈、柔性led燈帶、黑色硬紙板、白色卡紙、雙面膠帶、小鐵片、米尺、光具座等物品來完成探究樹蔭下的光斑這個綜合實踐活動.

3 設計方案解決問題

在光源方面，學生首先想到的就是用強光手電筒來作為光源，但是在實際應用中發現方形LED燈珠經過強光手電筒前面的透鏡后，形狀發生了略微的變形扭曲，不利于對光斑的形狀進行探究；有學生用的是白熾燈來作為光源，但是在實際活動過程中發現白熾燈燈絲是立體的，在經過小孔后很難形成清晰的光斑；鳥巢形舞臺燈可以模仿太陽的圓形，但鳥巢燈周圍有孔隙，這本來就會產生光斑，這會對我們研究小孔形成的光斑造成干擾；而用柔性LED燈帶可以組合成任意圖形，有學生在分組討論的時候就指出，太陽是圓形的，我們是否將燈帶盤成圓形來模仿太陽呢（見圖2）？使用柔性LED還有一個優點就是只需要用充電寶進行供電，這種供電方式既簡單又安全，這正符合了設計一般原則中的：便捷性和安全性兩個原則.這個想法得到了學生們的一致認同.這樣光源的問題就解決了.

解決了光源的問題，就要解決“樹葉間縫隙”的問題，很明顯是用卡紙來模擬樹葉間的縫隙，怎么模擬呢？有學生提出用幾張卡紙的棱角來湊出一個形狀來模仿樹葉間的縫隙，但是其中有不少學生提出了反對的意見，這樣拼湊出的圖形并不穩定，不利于探究光斑.有學生說在卡紙上刻上不同形狀、不同大小的孔就可以了.那具體怎么設置呢？學生很快想到了控制變量法，即圓形、方形、三角形的孔洞各刻大中小三個，總計九個孔，這得到了學生的一致贊成.但是仍舊有學生提出新的疑問，這個方案里要是能顯示孔洞動態變化過程中的光斑，那就更好了，很快就有學生想到將前兩者進行有效的互補，可以先刻畫一個大的孔洞，然后用另外一張卡紙來慢慢遮住這個孔洞，這樣就可以動態的光斑.這時問題又來了，卡紙放在木箱內仍然不是很穩定，需要一個支架來固定，但是，如果安裝了固定支架又不利于探究光斑與距離的關系，最好需要用可以上下移動的支架來固定，這時候就需要用利用勞動技術中的木工技術來制作如圖的支架（見圖3）.地面大多數學生直接說出了用黑色的卡紙來模擬，讓“太陽”經過“樹葉的縫隙”在“地面”上形成光斑.為了探究多種情況，我們需要將黑色的卡紙也用活動支架來放置.通過這個完整的過程，我們就完全能用勞動技術中的思維來科學地進行控制變量.學生通過這個解決問題的整個流程都能夠順利地探究“樹蔭”下的“光斑”.

4 課例的評價

要診斷學生的發展狀況，可借助多種任務情境，獲取學生行為表現信息.本節課是在STEAM視角下物理綜合實踐活動與勞動技術課程跨學科融合下開展的.我們運用了勞動技術中解決問題的幾個步驟來解決真實情景中的物理綜合實踐活動.但是到這里，方案的完成還沒真正完成，在勞動技術課程中提到：方案完成后還要對其進行客觀的評價.只有進行了有效的評價，才能讓學生清楚地知道自己的得與失.因此我們在課堂中也需要給出一個具體的評價標準，并且這個評價標準不是教師給出來的，而是需要學生在討論中得到的.

在課例中，其實評價一直貫穿在課堂中，而不是簡簡單單地在完成方案后給出一個機械的評價.我們在分析問題、解決問題中，不斷調整方案的過程其實就是學生對方案提出評價的意見的產物.而正是學生的這種“批判找茬”式的評價方法，將整個解決問題的方案不斷完善.

5 結語

問題是點燃思維的火種，通過科學的探究以及知識的遷移解決實際問題，可促進學生物理觀念的融會貫通，提升科學思維能力，本課例的研究始于問題，終于問題，學生在探究過程中學會了靈活運用控制變量法，觀查能力、動手能力、邏輯思考能力、合作能力、表達能力等也得到了有效提高.在新課程改革背景下，新的教學體系也應該以培養學生核心素養為前提，將科學、技術、工程和數學進行整合，打通學科聯系，讓探索發現成為學生學習的動力.

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