STEAM理念在高中物理校本課程中的開發(fā)與實(shí)踐研究

李曉雪 周曉峰

【摘 要】STEAM是一種跨學(xué)科的教育理念，包括了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)等多個領(lǐng)域，能夠利用學(xué)科整合的方式不斷提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。物理是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維與創(chuàng)新能力的重要學(xué)科，因此在高中物理教學(xué)中，教師一定要運(yùn)用STEAM教學(xué)理念進(jìn)行物理校本課程的研發(fā)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，有計劃、有目的地提高學(xué)生的跨學(xué)科能力，使學(xué)生成長為高素質(zhì)的綜合型人才。

【關(guān)鍵詞】STEAM理念;高中物理;校本課程

【中圖分類號】G633.7? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2021）22-0143-02

STEAM教育理念的內(nèi)涵就是讓學(xué)生在真實(shí)的情境中，利用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題，并能夠?qū)栴}進(jìn)行深層次探索。總體來說，在落實(shí)STEAM教育理念的過程中，教師需要注意以下幾個問題：第一，所研究的問題一定要密切結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，能夠做到教學(xué)知識的深入滲透;第二，在教學(xué)過程中要為學(xué)生整合多學(xué)科知識，幫助學(xué)生建立起不同學(xué)科知識之間的聯(lián)系，使學(xué)生系統(tǒng)性學(xué)習(xí);第三，進(jìn)一步提高學(xué)生的合作能力、溝通能力與創(chuàng)新能力，確保學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

1? ?基于STEAM教育理念的高中物理校本課程構(gòu)建策略

1.1? 科學(xué)設(shè)計教學(xué)項目

與傳統(tǒng)的課堂構(gòu)建模式相比，基于STEAM教育理念構(gòu)建課堂教學(xué)活動更加復(fù)雜，需要教師對教學(xué)活動進(jìn)行精心設(shè)計。教師不僅需要對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況有深入的了解，同時也要結(jié)合物理教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生設(shè)計與生活實(shí)際息息相關(guān)又同時涉及多學(xué)科知識的探究項目，這對教師的專業(yè)素養(yǎng)提出了一定要求。STEAM教育理念是以具體的項目為支撐的，如果缺乏科學(xué)的項目設(shè)計，那么跨學(xué)科教學(xué)也無法收獲應(yīng)有的成效[1]。

1.2? 科學(xué)設(shè)計教學(xué)方案

教師在確定教學(xué)項目后，要結(jié)合項目內(nèi)容對教學(xué)方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，讓學(xué)生能夠以具體的項目為橋梁，將知識與技能連接起來，利用跨學(xué)科知識完成學(xué)習(xí)項目，進(jìn)而不斷提高他們解決問題的能力。所以，教師一定要科學(xué)設(shè)計教學(xué)方案，在整個教學(xué)過程中做到以項目為核心，讓學(xué)生在解決項目問題時能夠充分利用身邊的資源，進(jìn)而提出解決方法。在項目完成后，教師需要幫助學(xué)生整理所學(xué)知識，把零星的知識點(diǎn)構(gòu)建成完整的知識體系，最終促使學(xué)生跨學(xué)科能力不斷提高。

2? ?STEAM教育理念下構(gòu)建高中物理校本課程的具體實(shí)踐——以“霍爾效應(yīng)”的教學(xué)為例

電和磁是高中物理的重要內(nèi)容，并且是整個高中物理知識體系中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。雖然電和磁在生活中頗為常見，作用重大，但是學(xué)生只能觀察到電磁現(xiàn)象，無法感知具體的電磁形態(tài)，對于電磁這種看不見也摸不到的抽象物質(zhì)，學(xué)生理解起來會有一定的難度[2]。針對這一情況，教師就可以基于STEAM教育理念為學(xué)生構(gòu)建物理課堂，讓學(xué)生在具體的項目中探究電和磁的本質(zhì)，對電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的原因追本溯源，進(jìn)而深度掌握電磁知識。

2.1? 課時安排

“霍爾效應(yīng)”作為電磁領(lǐng)域的經(jīng)典理論，本身就具有一定深度，如果教師仍舊采用傳統(tǒng)的灌輸式方法進(jìn)行講解，有可能會讓學(xué)生一頭霧水。因此教師可以基于STEAM教育理念完成霍爾效應(yīng)的具體講解，可以將整個課程講解分為兩個部分。

第一部分：在正式上課之前，教師可以利用一個課時的時間，幫助學(xué)生回顧勻強(qiáng)磁場、奧斯特電流磁效應(yīng)等已學(xué)的物理知識，讓學(xué)生回憶起勻強(qiáng)磁場的特性，并能夠利用所學(xué)知識制作簡單的勻強(qiáng)磁場，然后引出亥姆霍茲線圈。這部分的教學(xué)能夠起到承上啟下的作用，能夠為學(xué)生進(jìn)入“霍爾效應(yīng)”的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。然后教師可以利用第2課時引導(dǎo)學(xué)生分組制作亥姆霍茲線圈，并讓學(xué)生展示自己的成果，教師要結(jié)合學(xué)生所制作的亥姆霍茲線圈，為他們講解其中包括的物理知識以及物理原理。

第二部分：在第一部分教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生會對電磁知識有基本的了解，這時教師就可以進(jìn)入霍爾效應(yīng)的具體講解。首先，教師要與學(xué)生共同學(xué)習(xí)霍爾效應(yīng)的基本定義，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中存在的霍爾效應(yīng)，幫助學(xué)生理解這一概念。然后，教師就可以和學(xué)生共同討論電磁流量計的工作原理，并讓學(xué)生分組完成電磁流量計的制作，在動手制作之前，學(xué)生需要設(shè)計出制作草圖，并明確注意事項。在學(xué)生動手制作的過程中，教師要進(jìn)行必要的指導(dǎo)和答疑，確保所有小組都可以完成。當(dāng)制作完成后，教師要引導(dǎo)學(xué)生收集制作過程中所用到的各種數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析[3]。

2.2? 第一部分教學(xué)實(shí)踐

2.2.1? 提出項目

磁場屬于一種抽象的物質(zhì)，既不能用手觸摸到，又無法直觀地觀察到，但是磁場無時無刻不存在于生活中。針對這一現(xiàn)象，教師可以提出問題：為什么會產(chǎn)生磁場？我們是否能自己制作一個磁場？通過問題來激發(fā)學(xué)生的興趣。然后教師即可引入教學(xué)項目：亥姆霍茲線圈不僅制作簡單、材料易于獲取，同時能呈現(xiàn)出明顯的勻強(qiáng)磁場，所以我們今天就來共同制作亥姆霍茲線圈。

2.2.2? 動手探究

在確定本節(jié)課的教學(xué)項目后，教師可鼓勵學(xué)生自行分組，以小組為單位進(jìn)行亥姆霍茲線圈的實(shí)際制作。

首先，學(xué)生要根據(jù)所學(xué)知識自行選擇所需要的材料與設(shè)備，主要包括兩個具有相同半徑的閉合銅圈、一個全電壓實(shí)驗臺、一個具有一定靈敏性的磁場強(qiáng)度傳感器、若干銅絲、一根竹簽（長度略大于線圈半徑）。

然后，每組學(xué)生開始制作亥姆霍茲線圈。學(xué)生需要將銅絲均勻地纏繞在銅圈上面，并在首尾處預(yù)留一段銅線，長度約為20厘米，方便后續(xù)的電流接入。此時學(xué)生要準(zhǔn)確測量出銅圈半徑，將竹簽與銅圈固定，并保證兩個線圈之間的距離與銅圈半徑一致，然后將竹簽垂直放置在桌面上，使兩個線圈相互平行。

最后，接入電流，并保證兩個線圈的電流具有相同方向與大小。此時學(xué)生改變磁軸距，并利用磁場強(qiáng)度傳感器記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.2.3? 科學(xué)分析，經(jīng)驗共享

學(xué)生要對所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化至直觀的坐標(biāo)圖上，這樣學(xué)生利用圖形就可以清晰地看到在哪一個軸線位置會產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場。

在整個亥姆霍茲線圈的制作和測定過程中，學(xué)生不僅需要用到以前學(xué)過的物理知識，也用到了即將要學(xué)習(xí)的知識。此時教師要引導(dǎo)學(xué)生將制作過程中所涉及的知識羅列出來，并講一講自己在學(xué)習(xí)過程中的收獲，從而使得知識系統(tǒng)更加完整。

2.3? 第二部分教學(xué)實(shí)踐

在第二部分教學(xué)中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)霍爾效應(yīng)的核心知識點(diǎn)，教師可以將第二部分分為3個課時，通過制作電磁流量計讓學(xué)生明白霍爾效應(yīng)的具體原理與應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生靈活、系統(tǒng)地掌握相關(guān)知識。

第1課時：介紹霍爾效應(yīng)原理。通過第一部分的講解，學(xué)生已經(jīng)完成了亥姆霍茲線圈的制作，也了解了亥姆霍茲線圈的屬性與特征，但是此時學(xué)生對亥姆霍茲線圈具體應(yīng)用的理解仍舊不透徹?！霸谏钪形覀儜?yīng)該如何利用這些特性呢？”這樣的生活化問題可引導(dǎo)學(xué)生對霍爾效應(yīng)進(jìn)行深入探索。

第2課時：制作電磁流量計。本節(jié)課的教學(xué)任務(wù)是讓學(xué)生在制作電磁流量計的過程中真正理解霍爾效應(yīng)的原理。首先，學(xué)生需要解決磁力系統(tǒng)問題，這時就用到了第一部分教學(xué)的內(nèi)容：亥姆霍茲線圈能夠產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場，進(jìn)而完美解決磁力系統(tǒng)問題。其次，選擇電磁流量計的導(dǎo)管，結(jié)合電磁流量計的工作原理，學(xué)生就能夠發(fā)現(xiàn)，一定要選擇絕緣材料作為導(dǎo)管，塑料是一個最佳的選擇。最后，可以用不銹鋼片、鐵片與鋁片作為電極部分。當(dāng)所有的材料準(zhǔn)備妥當(dāng)之后，學(xué)生就可以自己動手制作電磁流量計，教師要仔細(xì)觀察學(xué)生的制作過程，給予必要的指導(dǎo)與糾正[4]。

動手制作環(huán)節(jié)就是學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，這不僅需要學(xué)生動手實(shí)踐，也需要他們充分利用多學(xué)科知識，不斷發(fā)揮創(chuàng)造力與想象力，在實(shí)踐中建立起學(xué)科之間的聯(lián)系，真正做到知識的融會貫通。

第3課時：分析結(jié)果，共享經(jīng)驗。學(xué)生在制作完成后，一定會有所收獲，這時教師要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)自己在實(shí)踐過程中用到的知識，將知識系統(tǒng)地整理出來，然后與其他學(xué)生分享學(xué)習(xí)成果，取長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步。

綜上所述，STEAM教育理念強(qiáng)調(diào)對學(xué)生進(jìn)行多學(xué)科的綜合培養(yǎng)，有利于實(shí)現(xiàn)對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。高中物理教師也要在教學(xué)中充分融入STEAM教育理念，構(gòu)建以學(xué)生積極參與、深入探究、解釋說明、綜合評價為主的高效物理課堂，引導(dǎo)學(xué)生對物理知識進(jìn)行深入探索，并且在探索的過程中建立起各學(xué)科知識之間的聯(lián)系，進(jìn)而不斷提高實(shí)踐能力，真正成長為社會所需要的綜合人才。

【參考文獻(xiàn)】

[1]羅斐.STEAM教育背景下的初中機(jī)器人教育課程開發(fā)與實(shí)踐[D].綿陽：西南科技大學(xué)，2020.

[2]賀文煦.滲透工程思維培養(yǎng)的中學(xué)物理教學(xué)策略研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2020.

[3]王恬.基于STEAM理念的初中生物學(xué)校本課程設(shè)計[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2020.

[4]陳博.基于STEAM教育理念的探究科學(xué)校本課程開發(fā)與實(shí)踐研究[D].南昌：江西師范大學(xué)，2020.

【作者簡介】

李曉雪（1984～），女，漢族，江蘇淮安人，碩士，中小學(xué)一級教師。研究方向：高中物理。

周曉峰（1986～），男，漢族，江蘇淮安人，本科，中小學(xué)一級教師。研究方向：高中物理。