基于STEAM教育的高中物理課程教學研究

【摘要】新高考物理學科的命題更加靈活、新穎，不再局限于對物理單一學科知識的理解應用，逐漸傾向于對學生綜合知識能力的考查，對學生跨學科學習應用能力提出了更高要求.高中物理教師要積極適應新高考命題趨勢變化，從錨定物理課程目標、開發物理課程資源、優化物理課程組織、創新物理課程活動、推出物理實踐項目等角度入手，將STEAM教育理念有機滲透到物理課程教學中，增強學生物理學科的學習力和創造力，提升學生物理學科綜合素養.

【關鍵詞】STEAM教育；高中物理；課堂教學

1 引言

STEAM教育是一種集合科學、技術、工程、藝術、數學多領域的綜合教育模式，強調不同學科教學內容的相互滲透、相互補充，是新時代背景下培養高質量的復合型人才的有效教學手段.高中物理學科教學內容具備較強的實踐性、綜合性、拓展性，與STEAM教育理念有很高的適切性.高中物理教師應深度剖析STEAM教育理念的內涵，重視STEAM教育在學生物理學習思維深度和廣度的教學價值，多路徑滲透應用STEAM教育理念，構建“物理—STEAM課程”教學體系.

2 錨定物理課程目標，滲透STEAM教育理念

教師應基于STEAM教育理念，發掘物理課程教學中蘊含的跨學科設計任務，關注物理課程目標的優化設計，增強物理課程目標的整體性，鍛煉學生物理學科綜合思維能力.“物理—STEAM課程”的目標設定需要遵循跨學科原則、實踐性原則、適切性原則、開放性原則等基本原則.教師要對班級學生物理認知水平有全面把握，在學生知識能力水平之上，錨定“物理—STEAM課程”多元目標.課程目標的實現需要依靠每節物理課堂具體教學目標的有效落實，教師以物理課程目標為導向，從知識、思維、技能、情感態度等層面進一步細化物理課堂教學目標，將STEAM教育理念有機融入到物理知識教學中.

教師統籌把握物理課程不同層面的STEAM教育目標，明確課堂教學的側重點，做好充分的教學預設，有的放矢地組織物理知識教學活動.

例如 教學“實驗：探究平拋運動的特點”時，單單從科學學科維度錨定課程教學目標，便能發掘出八個具體的課堂教學目標.知識層面：（1）理解平拋運動的概念和特點；（2）掌握平拋運動分運動的規律.思維層面：（1）感受化曲為直的操作方法；（2）合理論證平拋運動特點.技能層面：（1）制定多種探究實驗方案；（2）運用計算機完成數據分析.情感態度層面：（1）感受物理知識與現實生活的緊密聯系；（2）強化合作意識和科學探究精神.教師采取分層教學策略，對不同能力層級學生提出差異化教學目標要求，讓綜合學力較強的學生完成所有教學目標要求，而針對綜合學力一般、較弱的學生，只要求其完成其中的某幾項目標，或完成這些目標的淺層次要求.教師基于STEAM教育理念，挖掘物理課程跨學科教學設計切點，圍繞科學學科維度設計多樣化教學目標，確?？鐚W科教學目標與物理課堂教學內容做到有效匹配，為學生理解掌握物理課堂知識提供有力的思維支撐.

3 開發物理課程資源，豐富STEAM教育感知

教師加大對物理課程教學資源的開發力度，圍繞物理課堂教學核心知識內容，篩選更多具備直觀性、探究性、實踐性的教輔素材，為學生精準理解、建構物理新知提供更多抓手，引領學生順利進入STEAM教學程序，增強學生物理課堂學習感知體驗.除了對接現實生活、社會熱點、科技前沿等課程資源開發路徑外，教師還要樹立信息教學意識，善用各類信息渠道發掘、整合數字化教輔資源，依托智能手機、計算機、傳感器等信息設備輔助物理課程教學，豐富學生物理課堂學習的感性認知素材，推動學生逐步建構物理新知.

教師創新物理學科教學觀念，探索發掘各種新穎、有效的物理課程教輔資源并將之引入課堂，為STEAM教育內容滲透創造契機.

例如 Tracker軟件是一款計算機視頻分析軟件，由美國卡里布洛大學院物理學科教授設計開發的，它可以通過建立標桿、定點視頻追蹤等功能，對視頻中標定物體的運動軌跡進行追蹤和賦值，直觀展示物體的運動狀態.教學“探究自由落體運動規律”相關知識時，教師引入Tracker軟件輔助教學，向學生講解軟件用法后，組織學生以小組為單位，用手機錄制從高處釋放玻璃球的視頻素材，選擇錄制效果較好的短視頻導入多媒體教學計算機，用Tracker軟件追蹤玻璃球的運動軌跡，組織學生分析得到的數據點分布圖，指導學生選擇合適的函數關系進行擬合，推導自由落體運動規律.信息化教學的有效輔助下，物理實驗教學的直觀性和可視性顯著增強，學生能夠更加準確地感知、理解自由落體運動規律，輕松掌握物理新知.學生積極參與整個信息化教學過程，物理課堂學習參與效度明顯提升，認知體驗極大豐富，其整合應用各學科知識分析和解決問題的能力得到了有效提升，收到一舉多得的“物理—STEAM課程”教育效果.

4 優化物理課程組織，增強STEAM教育認知

教師基于教材特點、學情分析、教學工具和環境等課程實施條件，進一步優化物理課程教學組織方式，為學生物理新知探索學習搭建多元化的學習平臺，增強學生STEAM教育認知.一個完整的“物理—STEAM課程”組織實施應當包括情境導入、問題驅動、合作交互、自主學習、活動探究、成果展示、效果評價及總結提升等教學環節要素.教師依據“物理—STEAM課程”組織原則，完整設計物理課程教學流程，并根據教學內容特點差異及學生物理課堂動態學習表現，靈活增加、刪減或重組這八個教學環節要素，使其更好地契合物理課堂教學需要，引領學生順利突破物理新知學習中的認知難點，提高學生物理課堂學習效果.

教師依據STEAM教育要求，綜合運用多種教學方法優化物理課程組織方式，激發學生物理課堂探索學習主動性，促使學生在物理課堂交互中碰撞出更多深度學習的思維火花.

例如 PBL教學法是一種從真實情境引出問題，組織學習者圍繞驅動問題展開學習思考的教學手段，可以很好體現STEAM教育“理論對接實際”的教學原則.教師教學“機械能守恒定律”相關知識時，以生活中常見的彈簧、橡皮筋等物體做切入，創設“探秘回滾桶”主題活動，展示回滾桶的真實實驗演示視頻，引導學生思考：回滾桶是如何實現回滾的？哪些因素會影響滾動的距離？啟發學生自主學習思考，驅動學生將物理、科學、技術、工程、數學等學科知識充分融合并加以運用，制定合適的實驗探究方案.待學生自主學習結束后，教師組織學生合作交流探討，分享各自的探究方案內容，研究這些方案的可行性，使學生在互助學習中完善實驗方案，從而組織學生在實驗活動中探究、建構機械能守恒定律.整個教學過程，教師融合運用了PBL教學法、自主學習法、合作討論法及探究學習法等多種教學手段，形成更強的“物理—STEAM課程”教學合力，豐富了學生的物理課堂認知體驗和情感體驗.

5 創新物理課程活動，完善STEAM教育框架

教師創新物理課程教學活動設計，組織開展各類物理實驗教學活動，以“引導—探究”相結合的實驗活動組織方式，為學生動手操作和深度探究物理知識創造有利學習條件，延伸學生物理課程學習思維深度和廣度.教師根據物理課程STEAM教育目標，合理設置綜合性較強的探究活動主題，依托總領性驅動問題、分層式驅動問題，為學生物理知識探索學習提供更多思維抓手，推動STEAM多維度教學目標實現，強化學生物理學科綜合學力，深化學生對物理知識的理解應用.

教師高度尊重學生物理課程教學活動的主體地位，循循善誘地讓學生自主發現問題、分析問題、解決問題，增強學生自主思考學習意識，培養學生物理學科多元思維能力.

例如 “教學探究動能定理”物理實驗活動時，實驗裝置為在木板一端固定打點計時器，讓小車在橡皮筋作用下彈出，通過分析橡皮筋對小車做的功來探究動能定理.該實驗的巧妙之處是以倍數關系表現橡皮筋對小車的做功多少，無需計算出具體的數據.教師在實驗開始前，組織學生分析其實驗原理，啟發學生思考：為確保橡皮筋做的功就是合力做的功，需要注意哪些操作事項？如何操作才能使橡皮筋對小車做的功存在倍數關系？在問題的引導下，學生細致分析該實驗的裝置構成，結合已掌握的物理知識，提出解決方案：實驗前需要平衡摩擦力，可采取略微傾斜木板的方式實現；確保每條橡皮筋在實驗時都拉到同一位置.在此基礎上，教師組織學生投入到物理實驗操作探究學習當中，極大地提升了學生實驗活動的學習效率.對物理實驗操作步驟和誤差分析進行考查，是物理學科高考命題的重要方向，教師做好對物理實驗操作關鍵點的針對性教學設計，指導學生明確每個實驗步驟的具體要求和物理原理，讓學生既能知其然，又能知其所以然，真正實現對物理實驗活動的高質量學習.

6 推出物理實踐項目，拓寬STEAM教育域度

“物理—STEAM課程”教育的最終目的是增強學生學以致用的能力，使學生能夠更加綜合、靈活地運用所學物理知識解決問題，這一目標的實現離不開必要的實踐教學項目做支撐.教師推出物理實踐課題項目，引導學生充分發散物理實踐學習思維，深入理解物理知識的應用方法、應用場景、應用技巧，強化學生物理學科應用意識及應用能力.教師緊密圍繞物理課程核心知識要素設計物理實踐課題，著重加深學生對物理課程重點、難點知識認知理解，推動學生內化物理課程認知，培養學生物理學科創造性學習能力.

教師將物理實踐教學活動延伸到課堂之外，以更具趣味性、操作性的實踐作業替代單一的物理書面習題訓練，提高學生物理學科實踐學習能力，增強學生物理學科應用思維靈動性.

例如 學習了“力的分解”后，教師要求學生課下查閱“斜拉索橋”的相關資料，對斜拉索橋的受力情況進行分解推理，歸結其物理原理，并運用生活材料完成“制作斜拉索橋”實踐學習任務.學生對此類操作學習活動有更高的學習興趣，都能認真進行相關資料的收集整理，將所學“力的分解”相關知識運用到斜拉索橋受力情況分析當中.基于這些認知理解，學生有條理地設計、拼裝、制作斜拉索橋，主動嘗試在其中加入自己的獨特創意，得到了多種多樣的實踐學習成果，切實感受到物理知識的實用價值.“制作斜拉索橋”實踐活動與STEAM教育理念聯系密切，體現在：“科學（S）——斜拉索橋的物理原理；“技術（T）”——斜拉索橋的連接技術；“工程（E）”——材料的拼接使用；“藝術（A）”——斜拉索橋的藝術設計；“數學（M）”——斜拉索橋的數據測量.學生積極嘗試、多元探索，使不同學科知識都在實踐過程中得到互相補充、互相促進，因而學生的物理學科學習通識力得到有效發展.

7 結語

高中物理教師加強“物理—STEAM課程”教學模式構建，能夠有效深化學生對物理知識的認知理解，發展學生創造性學習思維，推動學生的物理學科綜合學力不斷提升.錨定物理課程目標、開發物理課程資源、優化物理課程組織、創新物理課程活動、推出物理實踐項目等，是教師構建高品質“物理—STEAM課程”的關鍵教學路徑.教師要增強整體教學觀念，基于班級學生物理學科學情特點，精選“物理—STEAM課程”教學設計切入點，實現物理學科教學與STEAM教育理念的多點對接和有機融合，促進學生跨學科學習能力的多元成長.

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