STEAM教育理念在初中物理家庭創(chuàng)新實驗中的應(yīng)用

摘 要：物理家庭實驗在幫助學(xué)生掌握物理知識與應(yīng)用物理知識、提高物理教學(xué)效果方面發(fā)揮著重要作用。因此，初中物理教師應(yīng)積極構(gòu)建基于物理家庭實驗的教學(xué)體系。為激發(fā)學(xué)生參與物理家庭實驗活動的興趣，提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，教師還需要通過應(yīng)用STEAM教育理念，創(chuàng)新初中物理家庭實驗的形式。本文首先介紹了STEAM教育理念與物理家庭實驗，然后分析了STEAM教育理念在初中物理家庭創(chuàng)新實驗中的應(yīng)用意義，接著提出了STEAM教育理念在初中物理家庭創(chuàng)新實驗中的應(yīng)用途徑，旨在為物理家庭創(chuàng)新實驗教學(xué)活動的高效推進(jìn)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理念；家庭創(chuàng)新實驗；初中物理；應(yīng)用

【中圖分類號】G622 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2097-2539（2024）11-0037-03

在教育改革不斷深化的背景下，初中物理教師應(yīng)當(dāng)優(yōu)化物理家庭實驗教學(xué)工作。而STEAM教育理念可以為物理家庭實驗教學(xué)工作的改進(jìn)與優(yōu)化提供指導(dǎo)，創(chuàng)新物理家庭實驗教學(xué)工作，促進(jìn)教學(xué)成效的提升。為此，教師可以將STEAM教育理念與物理家庭實驗相結(jié)合，科學(xué)制訂基于STEAM教育理念的物理家庭實驗教學(xué)方案，進(jìn)一步優(yōu)化物理家庭實驗教學(xué)工作，為學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)提升奠定基礎(chǔ)。同時，教師還需要注重反思與總結(jié)基于STEAM教育理念的物理家庭實驗教學(xué)工作，并不斷調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，確保學(xué)生在參與實驗活動的過程中拓寬視野，提升認(rèn)知，進(jìn)一步完善知識體系。

一、STEAM教育理念與物理家庭實驗介紹

（一）STEAM教育理念

STEAM教育理念是一種注重跨學(xué)科整合和創(chuàng)新實踐的教育理念，它將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）融為一體，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力[1]。為強化初中物理家庭創(chuàng)新實驗開展效果，提高學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)，教師可以研究STEAM教育理念與物理家庭創(chuàng)新實驗之間的關(guān)系，優(yōu)化物理家庭創(chuàng)新實驗教學(xué)工作，使學(xué)生在完成物理家庭創(chuàng)新實驗的過程中獲得全面發(fā)展。

（二）物理家庭實驗

物理，作為自然科學(xué)的重要分支，重在探索自然界的基本規(guī)律和現(xiàn)象。然而，在實際教學(xué)過程中，部分學(xué)生覺得物理抽象且難以理解。為了讓學(xué)生更好地掌握物理知識，并將其應(yīng)用于日常生活中，物理家庭實驗成為一個有效的途徑[2]。而物理家庭實驗本質(zhì)上就是以物理知識為基礎(chǔ)，以生活材料和工具等為載體而形成的實驗形式。教師通過在物理教學(xué)的過程中為學(xué)生布置物理家庭實驗作業(yè)，指導(dǎo)學(xué)生開展實驗操作，這不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，而且可以提升學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實際生活問題的能力。由此可見，物理家庭實驗對于促進(jìn)學(xué)生發(fā)展具有重要意義。因此，教師需要主動組織物理家庭實驗活動，使學(xué)生獲得良好的物理學(xué)習(xí)體驗。

二、STEAM教育理念在初中物理家庭創(chuàng)新實驗中的應(yīng)用意義

一方面，可以提高學(xué)生綜合實踐能力。STEAM教育理念強調(diào)打破學(xué)科界限，增長學(xué)生見識，提高學(xué)生綜合素養(yǎng)。而基于STEAM教育理念的初中物理家庭創(chuàng)新實驗更是要求學(xué)生在參與家庭創(chuàng)新實驗的過程中綜合運用所學(xué)的物理知識以及其他學(xué)科智慧、技術(shù)工具等，解決實際問題[3]。在這個過程中，學(xué)生不僅需要掌握基本的物理原理，而且需要學(xué)會如何選擇合適的工具、如何設(shè)計實驗方案、如何運用各種學(xué)科知識開展實驗活動以及如何分析實驗結(jié)果等。對于學(xué)生來講，通過參與STEAM教育理念下的物理家庭創(chuàng)新實驗活動，可以增強綜合實踐能力，促進(jìn)他們的全面發(fā)展。

另一方面，可以推動物理教學(xué)改革和創(chuàng)新。傳統(tǒng)的物理教學(xué)方式往往注重知識的灌輸和應(yīng)試技巧的訓(xùn)練，而忽略了對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。通過組織基于STEAM教育理念的家庭實驗活動，教師可以引導(dǎo)學(xué)生主動探索、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而推動物理教學(xué)改革和創(chuàng)新[4]。由此可見，通過將STEAM教育理念應(yīng)用于初中物理家庭創(chuàng)新實驗中，不僅有助于提高學(xué)生的綜合實踐能力，而且可以推動物理教學(xué)的改革和創(chuàng)新。基于此，教師需要深入研究STEAM教育理念，把握STEAM教育理念的精髓，將STEAM教育理念作為初中物理家庭創(chuàng)新實驗教學(xué)活動開展的指導(dǎo)思想，提高初中物理家庭創(chuàng)新實驗活動的實施效果。

三、STEAM教育理念在初中物理家庭創(chuàng)新實驗中的應(yīng)用建議

（一）問題引領(lǐng)：體現(xiàn)綜合性，強化學(xué)以致用

通常情況下，多數(shù)學(xué)生會認(rèn)為物理家庭實驗屬于一種基于物理知識而進(jìn)行的實驗操作，與藝術(shù)沒有本質(zhì)上的關(guān)聯(lián)。然而事實上，物理家庭實驗不僅蘊含著科學(xué)知識，還蘊含著豐富的藝術(shù)元素。教師需要深入挖掘物理家庭實驗的藝術(shù)元素，科學(xué)借助物理家庭實驗對學(xué)生進(jìn)行藝術(shù)教育，提高學(xué)生的藝術(shù)素養(yǎng)，增強學(xué)生的審美能力[5]。

以基于“光的色散”的物理家庭實驗為例，教師可以在課堂教學(xué)的過程中，通過問題引領(lǐng)的方式，幫助學(xué)生掌握基于“光的色散”的實驗知識，掌握物理家庭實驗操作技巧，增強學(xué)生的實操能力，培養(yǎng)學(xué)生的審美意識。在此過程中，教師可以從以下角度推進(jìn)問題引領(lǐng)教學(xué)活動，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

首先，學(xué)習(xí)“光的色散”物理知識并進(jìn)行三棱鏡實驗操作，學(xué)生能夠了解到“專業(yè)的三棱鏡可以分解七彩陽光”。為保證物理家庭實驗活動的順利開展，教師可以提出以下問題：“請同學(xué)們動動腦筋，想一想在學(xué)校中如何使用三棱鏡分解七彩的陽光，并清晰呈現(xiàn)分解的陽光？再想想在家庭中開展此實驗時，需要怎樣呈現(xiàn)分解的陽光呢？”有的學(xué)生經(jīng)過思考，會回答可以使用幕布呈現(xiàn)陽光。

接著，為進(jìn)一步推進(jìn)物理家庭實驗活動開展，保證實驗效果，教師需要繼續(xù)提出問題：“使用三棱鏡呈現(xiàn)的陽光比較分散，那么你們知道該怎么樣避免這一問題嗎？”由于一些學(xué)生基礎(chǔ)知識比較扎實，也深刻理解“光的色散”課程內(nèi)容，因此他們能夠正確回答問題。例如，有的學(xué)生會回答：“將凸透鏡放置在三棱鏡前可以避免所呈現(xiàn)的陽光過于分散。”

通過上述教學(xué)活動，學(xué)生可以更好地把握基于“光的色散”物理家庭實驗的操作要點，保證實驗效果。通過開展此項實驗活動，不僅可以提高學(xué)生對“光的色散”物理知識的理解與認(rèn)識，而且可以讓他們在實驗過程中發(fā)現(xiàn)自然之美和物理之美，進(jìn)一步提高審美水平。

（二）學(xué)科整合：整合實驗素材，探究整體思路

在基于STEAM教育理念的物理家庭創(chuàng)新實驗中，教師不僅需要幫助學(xué)生掌握物理學(xué)科知識，還需要引導(dǎo)學(xué)生在參與實驗的過程中掌握其他學(xué)科知識，讓學(xué)生了解不同學(xué)科知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，提高學(xué)生對不同學(xué)科知識的認(rèn)知，增強學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。為實現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)，貫徹落實STEAM教育理念，教師可以在物理家庭創(chuàng)新實驗中注重整合實驗素材。

以“水果電池家庭實驗”為例，在這個實驗中，學(xué)生需要使用兩個金屬片與水果相連，將LED燈點亮，這屬于物理發(fā)電過程。由于“水果電池家庭實驗”不僅包含物理學(xué)科知識，而且包含化學(xué)學(xué)科知識。所以，教師除了需要引導(dǎo)學(xué)生探究物理學(xué)科知識，還需要引導(dǎo)他們探究化學(xué)學(xué)科知識。

在具體教學(xué)過程中，教師可以布置以下關(guān)于化學(xué)學(xué)科的探究任務(wù)：1.說出“水果電池家庭實驗”中所使用的兩個金屬片的化學(xué)性質(zhì)；2.用化學(xué)知識解釋點亮LED燈的原理。為確保學(xué)生順利完成上述任務(wù)，教師可以讓學(xué)生以小組為單位，共同分析與探究這些問題。例如，有的學(xué)生會指出所使用的兩個金屬片中，必然有一個化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬片。還有的學(xué)生會指出，之所以能夠點亮LED燈，是因為金屬置換出了水果中的氫離子，使電路產(chǎn)生了正電荷，而電荷移動后點亮了LED燈。學(xué)生回答正確之后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)該實驗涉及的物理與化學(xué)學(xué)科知識，鼓勵學(xué)生整合所學(xué)的物理與化學(xué)學(xué)科知識，進(jìn)一步完善相關(guān)知識框架。

（三）項目設(shè)計：創(chuàng)設(shè)實驗情境，布置真實任務(wù)

為提高基于STEAM教育理念下的物理家庭創(chuàng)新實驗活動開展水平，保證學(xué)生獲得豐富的學(xué)習(xí)體驗，教師可以設(shè)計物理家庭實驗項目。同時，教師還可以圍繞物理家庭實驗項目，創(chuàng)設(shè)實驗情境，設(shè)計結(jié)合生活實際的任務(wù)，科學(xué)開展物理家庭實驗項目。

以“密度與社會生活”的家庭物理實驗為例，“密度與社會生活”是初中物理的教學(xué)內(nèi)容。在完成“密度與社會生活”的課堂學(xué)習(xí)任務(wù)后，學(xué)生會初步了解“密度與社會生活”的相關(guān)物理知識。對此，教師可以設(shè)計測出家庭飾品密度的物理家庭實驗項目。

為激發(fā)學(xué)生參與實驗項目的熱情，教師需要創(chuàng)設(shè)相關(guān)的情境。例如，可以讓學(xué)生找出家里的飾品，結(jié)合所學(xué)的密度知識以及掌握的密度實驗操作技能等，制訂實驗方案，測出某一個飾品的密度。

接著，教師應(yīng)當(dāng)對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，以提高學(xué)生的項目完成效率與質(zhì)量。教師可以讓學(xué)生寫出相關(guān)公式（ρ=m/V），引導(dǎo)學(xué)生分析測量密度的關(guān)鍵要素。通過分析ρ=m/V公式可以發(fā)現(xiàn)，在清楚了飾品的體積與質(zhì)量之后，才可以更好地計算飾品的密度。

然而，學(xué)生雖然知道了測出密度的前提是清楚飾品的體積與質(zhì)量，但是并不知道怎樣才可以測出飾品的體積與質(zhì)量。為幫助學(xué)生解決這一問題，教師可以讓學(xué)生結(jié)合生活與其他物理公式，探究測出飾品體積與質(zhì)量的方法。有的學(xué)生經(jīng)過探究發(fā)現(xiàn)可以使用電子秤，運用m=G/g公式，得出飾品的質(zhì)量。

而在測體積時，則可以將飾品放入有刻度的水杯中，通過水面上升的高度，計算飾品的體積。在進(jìn)行實驗指導(dǎo)后，教師需要讓學(xué)生在周末抽出時間，開展以上家庭物理實驗活動。在完成實驗后，學(xué)生需要寫一份實驗報告[6]。同時，學(xué)生還需要進(jìn)行實驗反思，及時發(fā)現(xiàn)實驗操作中存在的問題并總結(jié)經(jīng)驗。

四、結(jié)語

綜上所述，STEAM教育理念在初中物理家庭創(chuàng)新實驗中的應(yīng)用具有積極意義。教師通過問題引領(lǐng)、跨學(xué)科整合、項目設(shè)計等教學(xué)策略，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力，還培養(yǎng)了他們解決實際問題的能力，進(jìn)一步提升了物理教學(xué)效果，為他們未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。

（責(zé)任編輯：謝蓓）

參考文獻(xiàn)

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[3] 史漢軍.STEAM理念下初中物理實驗的改進(jìn)——以“做功改變物體的內(nèi)能”實驗為例[J].實驗教學(xué)與儀器，2023，40（6）：46-48.

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[6] 趙忠文.“STEAM+”理念下高中物理創(chuàng)新實驗校本課程的開發(fā)實踐研究[J].學(xué)周刊，2021（32）：33-34.