STEAM視域下的初中物理教學策略探究

在《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）指導下，跨學科教學已然成為教育的重要發展方向。然而，當前初中物理教學仍然沿襲傳統的單一學科授課模式，導致學生缺乏對跨學科知識的理解運用，創新能力與實踐能力的發展受限。在此背景下，教師應引入STEAM教育理念，整合不同領域知識，打破學科界限，幫助學生在真實的問題情境中提升問題解決能力。

一、STEAM教育理念綜述

（一）STEAM教育理念的內涵

STEAM最早由美國國家科學委員會提出，是五個領域的英文首字母的縮寫—Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Arts（藝術）、Maths（數學）[1]。STEAM教育理念是一種跨學科的整合型教育理念，倡導打破學科間的壁壘，培養學生在真實情境下解決問題的能力，鍛煉學生的創新思維。

（二）在初中物理教學中應用STEAM的意義

在初中物理教學中引入STEAM教育理念，符合《課程標準》的最新要求，能夠切實提升學生的核心素養。第一，STEAM教育理念可以為物理教學提供更多維度的教學方法，使課堂教學不再局限于理論傳授，而是通過解決實際問題，培養學生的物理觀念與嚴謹的科學思維。第二，STEAM教育理念強調實踐探究，能夠以具象的形式呈現知識，幫助學生深入理解物理中的抽象概念，在實驗中培養動手能力。第三，STEAM教育理念鼓勵采用團隊合作學習模式，有助于鍛煉學生的團隊協作能力，促進學生社會責任感和科學態度的形成，全面培養學生的物理學科核心素養。

二、初中物理教與學的現狀

（一）學生認知存在局限

初中物理包含大量計算題，需以數學為基礎，因此大部分學生能夠理解數學與物理之間的關聯，但未能更深入地理解跨學科概念，將物理知識與除數學之外的學科之間建立起有效聯系。實際上，除了數學學科，物理還與技術、工程等領域密不可分，甚至與藝術也有一定關聯，但傳統的分科教學模式使學生的認知局限在物理學科本身，無法用更廣闊的視野來看待物理。

（二）課堂缺少實踐機會

物理并非純理論性學科，其包含大量實驗，但受現實條件的限制，學生的課堂實踐機會嚴重不足，這在很大程度上影響了學生的物理學習體驗[2]。沒有實踐的支持，課堂內容變得枯燥乏味，學生不僅無法通過實驗鞏固理論知識，還失去了在實踐中解決問題、培養科學思維的機會。

（三）學生創新能力不足

物理學科強調創新，鼓勵突破桎梏尋找最優解，但當前的教學環境往往更注重對標準答案的追求，忽視了對學生創造力的培養。課堂上，教師傾向于傳授固定的思維套路，這會導致學生缺乏嘗試不同解題思路和方法的意識和機會。若缺乏創新能力，學生必然難以滿足新中考的要求。然而，培養創新思維是一個長期的過程，學生需要在探索中形成獨立思考能力，在此基礎上大膽想象、細心拓展。

（四）課堂教學形式單一

前文提到，當前的初中物理教學仍然以教師的講解為中心，學生多為被動接受知識，缺乏參與感。這樣的灌輸式教學模式導致物理課堂沉悶無趣，學生在學習過程中極易倦怠。物理學科的本質在于探究自然現象及其背后的規律。因此，教師需要應用豐富的教學模式和方法來激發學生的好奇心，利用學生的探究欲望推進課堂教學。

三、基于STEAM的初中物理教學的有效策略

（一）設計跨學科項目任務

在STEAM教育理念的指導下，初中物理教學應注重學科融合，通過綜合任務提升學生核心素養。教師可以設計跨學科項目任務，引導學生將物理中的概念與數學公式、工程設計等知識點結合起來，在實際操作中應用物理原理、深化理解[3]。教師在設計項目時，應結合實際生活中的問題，鼓勵學生從多個維度探索問題的解決方案。例如，在講解杠桿原理時，教師可以引導學生運用工程設計的方法動手制作杠桿裝置，不斷調節杠桿長度和支點位置，探索如何在最小力的條件下達到平衡。以項目為中心的跨學科任務能讓學生在實踐中鞏固物理知識，提升邏輯推理、空間想象等能力。

例如，在教授“測量：物體運動的速度”這一內容時，教師要先引導學生了解速度的概念。對此，教師可以設計一個融合數學、物理和工程的跨學科項目任務，要求學生設計一個測量速度的裝置。學生需結合物理中的速度公式（速度 距離/時間），以及數學中的數據處理方法，動手制作能夠測量運動物體速度的簡單儀器。在項目實施過程中，教師應引導學生思考如何測量物體運動的距離與時間，并基于這兩項數據計算速度。學生可以選擇不同的運動物體（如小車、球等），搭建不同的運動軌道（如斜坡、光滑程度各異的水平面），觀察物體的運動情況并記錄相關數據，根據結果調整裝置。教師還應鼓勵學生運用工程設計思維選取適當的材料來制作裝置，如利用滑輪、刻度尺等工具，使裝置能準確測量運動距離，選取秒表來準確記錄時間。學生可在實驗過程中反復調整設計，逐步理解物體在不同條件下的運動規律。在項目總結階段，教師應引導學生對所設計的裝置進行反思改進，討論如何提高裝置的精確度，如何運用其他學科的知識進一步優化裝置性能，或是如何結合審美意識和美術技能提高裝置的美觀度。由此可見，跨學科項目任務可幫助學生更好地掌握物理概念，有效培養其科學思維，使其為后續深入學習奠定基礎。

（二）創設探究性實驗環境

物理學科的本質在于探究自然現象，而學習環境缺乏探究性是目前物理教學中的一大難題。傳統的物理實驗教學大多是教師預設步驟，而學生按部就班地操作，這樣會導致學生缺乏自主探究的空間，學習興趣不足。STEAM教育理念倡導借助動手實踐來培養學生的科學探究能力。因此，教師應在物理課堂上創設更多開放性的實驗情境，鼓勵學生自己提出問題并設計實驗，以此來探索未知或驗證定理。

例如，“電動機為什么會轉動”這一內容涉及電磁感應一這是物理中一個抽象的復雜概念，描述的是磁場、電流與運動之間的相互關系。由于學生無法直接用眼睛捕捉其運動軌跡，因此很難透徹理解。為了讓學生真正理解這一概念，教師可以設計開放性實驗任務，帶領學生親身體驗電磁感應現象。電動機可以將電能轉化為機械能，因此教師可鼓勵學生自己設計制作一個簡單的電動機模型。教師應先引導學生思考電動機的工作原理，即利用電流產生的磁場與磁鐵的相互作用來使電動機的轉子旋轉。之后，教師應為學生提供充足的基礎材料，如線圈、磁鐵、電池等，鼓勵學生自由發揮，嘗試改變線圈纏繞匝數、磁鐵形狀、電池的連接方式等，觀察電動機在不同條件下的運行效果，并記錄實驗參數。為了提高學生的積極性，教師可以引導各組學生對不同材料和結構的電動機開展對比實驗，探討哪些因素會影響電動機的工作實效。在實驗過程中，學生能夠驗證電磁感應的基本原理，培養解決問題的能力。在實驗結束后，教師可以鼓勵學生總結實驗中的經驗與教訓，分享各自的設計思路，結合其他小組的改進建議進一步優化學習成果。

（三）布置基于實際的創新任務

傳統的物理教學更偏向理論。學生往往缺乏將所學知識應用到現實生活中的契機，導致創新思維培養受阻。STEAM教育理念強調以問題為導向，模擬現實中的問題情境，引導學生運用跨學科知識進行設計探究，以培養其解決復雜問題的能力[4]。物理教師應布置與生活實際應用相關的創新項目任務，提升學生的創造力，培養其科學素養。需要注意的是，教師必須將物理原理與現實世界中的問題緊密結合，布置具有實際意義的任務，如橋梁設計、太陽能裝置設計等。這些任務涵蓋物理中的力學、電磁學等內容，還涉及數學計算、工程結構設計、可持續能源技術、藝術設計等多個領域，可以幫助學生在真實情境中理解物理概念，培養創新意識。

例如，在教授“能源的開發和利用”這一節內容時，為了讓學生更好地理解可再生能源的概念，掌握太陽能的實際應用方法，教師可以布置“設計一款太陽能裝置”的創新任務，鼓勵學生自由發揮，選擇設計方案。例如，學生可以設計制作一個小型的太陽能充電裝置，為簡單的電子設備（如LED燈）充電。教師可先引導學生思考太陽能的原理，展示光能轉化為電能的過程，講解太陽能電池板的工作機制，為后續任務探究奠定理論基礎。在項目初期，學生需要展開自主研究，利用互聯網查閱資料，進一步了解太陽能電池板的組成和工作原理，結合電路知識設計合適的電路系統。接著，學生可以自己選材，動手制作太陽能充電裝置，并借助實驗測試該裝置在不同條件下的充電效率。為了提高項目的創新性，教師可以鼓勵學生細化設計方案，提升裝置的工作效率，如優化電池板的角度，使之更好地接收太陽光，或設計更高效的電路來減少能量損耗。通過將物理中的電學知識與現實生活中的能源問題結合，學生能夠另辟蹊徑，勇于創新。在項目結束后，教師可以組織學生以圖表、模型等方式展示設計過程。上述基于實際問題的創新任務能夠提升學生對物理知識的應用能力，充分激發其對科技創新的興趣，為物理教學注入新的活力。

（四）采用互動情境教學

傳統的物理教學以教師講授為主，課堂形式較為單調，學生的參與度較低。STEAM教育理念提倡利用多種技術手段和藝術表現形式進行教學。教師可以將物理知識融入互動情境中，提升課堂的趣味性[5]。教師還可以通過虛擬實驗、物理游戲等多種方式，構建生動的學習情境，活躍課堂氛圍，拉近師生關系，引導學生在互動中掌握知識。

例如，在“歐姆定律”的“虛擬電路實驗”中，電流、電壓和電阻之間的關系對初中生來說較為抽象。為了幫助學生直觀地理解電路的基本概念及其相互作用，教師可利用虛擬實驗平臺，設計互動式的情境教學環境。虛擬實驗軟件可以幫助教師構建一個虛擬電路實驗平臺，學生在平臺中能自由選擇電阻、導線、電源等元件，搭建不同的電路，探究電流、電壓和電阻之間的關系。在虛擬實驗中，學生能夠自由調整電路參數，改變電路的連接方式，觀察電流隨電壓和電阻的變化而變化的規律。電學實驗具有一定危險性，而虛擬實驗平臺可規避風險，為學生提供自由探究的機會。虛擬實驗平臺還可以實時記錄和顯示實驗數據，幫助學生分析數據，讓學生更好地理解“歐姆定律”的核心內容。在此過程中，教師可以提出一系列具有引導性質的開放性問題，如“怎樣改變電流的大小？調高電壓還是調低電壓？”，鼓勵學生通過調節不同參數，觀察電路中電流、電壓和電阻的關系，總結歐姆定律的數學表達式 （I=U/R） 。教師還可以設置互動情境，設計不同的電路問題，如“怎樣使電路更簡潔美觀，使產品更小巧”，引導學生在虛擬實驗中尋找解決方案。

四、結束語

綜上所述，未來的教育發展必然更加注重跨學科教學，而STEAM教育理念正是該趨勢的引領者。在物理教學中，教師應自覺將科學探究、技術應用、工程實踐、創新設計乃至藝術審美有機結合，幫助學生牢固掌握學科知識，在真實情境中鍛煉解決問題的能力。同時，教師必須與時俱進，持續創新、優化教學方法，推動教學方式升級，從而更好地幫助學生應對未來的各種挑戰。

參考文獻

[1]張晶鑫.STEAM視域下的初中物理6E教學模式應用研究[D].太原：太原師范學院，2024

[2]楊傳彬.STEAM教育理念在初中物理家庭創新實驗中的應用[J].當代家庭教育，2024（11）：37-39.

[3]周曉霞.基于STEAM教育理念的初中物理教學策略研究[J].學周刊，2024（17）：83-85.

[4]趙正恒.STEAM教育理念下初中物理問題驅動教學路徑[J].理科愛好者，2023（3）：134-136.

[5]林健華.基于STEAM教育理念簡析初中物理實驗教學模式[J].廣西物理，2023，44（2）：63-65.

作者簡介：李立坤（1984.10-），男，貴州遵義人，任教于貴州省遵義市匯川區松林中學，一級教師，本科學歷。