中職物理項目教學顯化STEAM教育的實施與建議

摘? ?要：采用STEAM模式教學不僅能幫助學生掌握相應的學科知識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，而且能提高學生的動手能力，促進學生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。然而，在我國中職物理教學中，STEAM教育尚未得到廣泛應用。文章以書房電路設計和安裝為例，探索中職物理教學顯化STEAM教育的實施策略，以期為我國STEAM教育發(fā)展提出建議。

關鍵詞：項目學習;STEAM教育實施策略;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）8-0069-4

中等職業(yè)學校物理課程的任務是全面貫徹落實黨的教育方針，落實立德樹人根本任務，服務發(fā)展，促進就業(yè)，幫助學生能從物理學的視角認識自然，認識物理學與社會生產、生活的關系，經歷科學實踐過程，學會科學研究方法，養(yǎng)成科學思維習慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力。但是，傳統(tǒng)的中職物理教學偏重知識和技能目標的達成，很難完成黨和政府賦予的重任。STEAM教育不僅能幫助學生掌握相應的學科知識，而且能激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生的動手能力，促進學生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。為了培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，我們不妨在STEAM理念的指導下合理采用項目教學法開展中職物理教學。

1? ? 中職物理教學顯化STEAM教育的理性思考

1.1? ? STEAM理念的內涵

為了促進學生在科學、技術、工程、藝術和數(shù)學領域的發(fā)展和提高，培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)，從而提升其競爭力，美國政府提出了STEAM教育?！癝TEAM”是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）及數(shù)學（Mathematics）首字母的組合。STEAM教育具有跨學科的特征，同時具有情境性、設計性、實證性、趣味性等。STEAM教育是培養(yǎng)綜合性人才的教育模式，科學和數(shù)學都是較為抽象、深奧的思辨性學科，技術、工程則是貼近現(xiàn)實生活的應用型學科，藝術是哲學與科學的抽象實體，其不但具有審美功能，還具有實用功能。如果將這幾門學科融會貫通，不僅能培養(yǎng)學生的探索學習能力，而且能培養(yǎng)學生的思考與解決問題的能力、溝通合作能力、創(chuàng)意革新能力、科技實踐能力等。

1.2? ? STEAM理念下中職物理教學項目的開發(fā)策略

依據(jù)STEAM理念，將中職物理課程二次開發(fā)。因地制宜地將物理與信息技術、電氣工程、數(shù)學及藝術有機融合，把其改造成適合STEAM教育的形式，為后續(xù)教學做鋪墊。在進行項目化加工時，既要強調多學科知識的綜合應用，又要符合學生的實際情況，保證設計的項目能夠正常實施。教師在設計時要重視培養(yǎng)學生應用數(shù)學、物理及信息技術知識解決問題的能力，從而使學生對學科知識有更深層次的認識。為了有效地開展教學，開發(fā)的實施項目要體現(xiàn)基礎性、綜合性、應用性、創(chuàng)新性。筆者以“恒定電流”單元復習為例，探索項目的開發(fā)策略。

1.2.1? ? 基于學生的最近發(fā)展區(qū)，選擇項目涉及的知識點

為了讓開發(fā)出來的項目既能培養(yǎng)學生的動手能力，又能培養(yǎng)學生的思維能力。我們要充分了解學生的現(xiàn)有水平，預測通過教學，學生所能獲得的潛力。適當選擇一些具有一定難度的問題，以調動學生的積極性，讓其多方面的能力得以培養(yǎng)。為了選準項目涉及的知識和技能，筆者在開發(fā)“恒定電流”教學活動前，對學生進行了如下分析：

（1）知識方面：學生已經學過電功與電功率、閉合電路歐姆定律、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路、電阻定律;

（2）操作技能方面：學生已經學過試電筆、多用電表的使用;已經掌握了常見電器的應用及連接，已能按照電路原理圖連接電路;

（3）制作與工程方面：學生已經參加過電工技能實訓，能根據(jù)相關規(guī)范加工線槽和導線;

（4）藝術（外觀）方面：學生已經參加過電工技能實訓，能按照布線圖整齊、勻稱、間距合理地安裝元器件。

（5）環(huán)境方面：學生在參加技能訓練時已經學習了“7S”管理體系，即“整理”（Seiri）、“整頓”（Seiton）、“清掃”（Seiso）、“清潔”（Seiketsu）、“素養(yǎng)”（Shitsuke）、“安全”（Safety）、“節(jié)約”（Save）。

1.2.2? ? 基于課程標準，確定項目的應用領域

《課程標準》是我們開展物理教學的指導性文件，我們開發(fā)的項目應用領域要與課程標準的要求吻合。中職物理《課程標準》要求學習“恒定電流”時，學生需要掌握的主要知識點有：電阻定律、電功、電功率、串聯(lián)電路、并聯(lián)電路、閉合電路歐姆定律等;基本技能有：觀察并能識別常見的電路元器件，了解它們在電路中的作用，會使用多用電表;了解串聯(lián)、并聯(lián)電路電阻的特點;理解電功、電功率及焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產、生活中的電熱現(xiàn)象;能分析和解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識應用于生活實際。

家庭照明電路的安裝涉及到的物理知識：部分電路歐姆定律、閉合電路歐姆定律、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路、電阻定律、多用電表的使用等。

涉及到的數(shù)學知識：計算導體的長度、計算總電流、圓面積的計算。

涉及到的操作技能：線槽加工、導線加工、電路的靜態(tài)檢測及電路的帶電檢測。

涉及到的工程問題：線槽布置要求橫平豎直、分布均勻、變換走向時應垂直;連接導線時導線頭要順時針彎成“U” 型或“針”型，固定在電器的接線柱或孔內（多股導線搪錫或接線帽連接）;線槽內布線還應遵循左零右相的原則，盡量不要交叉;所有接點要緊固、不反圈、不壓絕緣皮、不露銅太長。

藝術（外觀）要求：各元件的安裝位置應整齊、勻稱、間距及布局合理。

筆者將本章涉及到的知識和技能目標有機融合到書房照明電路的安裝項目中，從而將物理學科知識與數(shù)學、工程、技術及藝術有機融合。

此課選用“安裝照明電路——書房電路”作為教學項目的原因如下：首先，此項目中涉及到了“恒定電流”幾乎所有的知識點;其次，此項目涉及到數(shù)學計算、工程技術，以及藝術的知識與元素;再次，此項目涉及到的新知識也在學生的最近發(fā)展區(qū)，加之學校有相應的器材和工具，能確保此項目的有效實施。

1.2.3? ? 規(guī)定項目的實施要求，體現(xiàn)項目的創(chuàng)新性

為了給學生創(chuàng)造一個能自主思考、分析和實踐的空間，體現(xiàn)創(chuàng)新性，同時避免學生在實施項目時走“捷徑”，達不到預期結果，筆者對項目的實施過程做了必要的規(guī)定。比如，在確定“書房電路”項目時，對項目的實施提出了明確而具體的要求。某人的書房面積為10平方米，現(xiàn)需要對電路進行改造，具體要求如下：需要單獨安裝單相電度表、漏電保護器、空氣開關、安裝白熾燈一盞、需要進行兩地控制、安裝三相插座一個。請你根據(jù)所學知識幫忙設計室內電路，選擇相應導線和器材，并在電工板上按規(guī)范進行安裝。

2? ? 顯化STEAM教育理念的項目實施策略

實踐表明，基于STEAM理念的物理教學基本思路可以確定為：首先，根據(jù)學習的內容，結合學生和老師的實際情況精心設計“項目”;其次，引導學生學習與項目相關的知識和技能;最后，利用所學的知識和技能解決“工程問題”。在解決問題的過程中，學生將不斷在“知識”學習和解決“工程問題”中循環(huán)，最終利用所學知識找到解決問題的合理方案，其具體教學流程如圖1所示?！?/p>

現(xiàn)就以“書房電路”為例，闡述項目的實施過程：

1.項目方案（書房電路安裝）的分析與設計

（1）引導學生學習與項目相關的知識

為了保證項目能順利開展，根據(jù)學生的最近發(fā)展區(qū)，引導學生梳理實施項目所需的知識，必要時需要給學生補充一些新知識。實施書房電路項目，學生必須掌握：電阻定律、電功、電功率、串并聯(lián)電路的特點、閉合電路歐姆定律、萬用表的使用以及基本的安全用電知識。對于單相電度表、漏電保護器、空氣開關，學生沒有系統(tǒng)學習過，最好引導學生借助網絡教學平臺學習它們的工作原理，認讀其基本參數(shù)并掌握這三種元器件的連接方法。并且需要給學生補充元器件的布局規(guī)則及接線的工藝要求，補充書房照明燈泡功率的選擇標準。

（2）引導學生根據(jù)項目要求，設計原理圖

學生在教師的引導下，查閱相關資料，根據(jù)具體的項目要求，設計書房電路的原理圖。如圖2。

（3）引導學生根據(jù)項目需要，選用所需器材

為了便于施工，老師指導學生將原理圖轉化為布線圖（如圖3），并引導學生根據(jù)布線圖選擇所需器材及工具。由布線圖可知，該項目需要以下器材：單相電度表、配電箱、漏電保護器、空氣開關（2個）、電源插座、燈開關、燈座、白熾燈泡、線槽、導線等。

（4）引導學生根據(jù)項目要求，計算相關參數(shù)

引導學生根據(jù)電功率公式計算出各支路中的額定電流，根據(jù)電阻定律計算出導線載流大小，并選擇合適的導線及空氣開關的型號;根據(jù)并聯(lián)電路的特點計算總電流的大小，并選擇合適的單相電度表、漏電保護器。根據(jù)房間面積大小及書房光照標準，選擇燈泡的功率。根據(jù)布線的長度及直徑，計算線槽和各類導線的實際長度。

2.書房電路的安裝及評價

（1）小組合作，實施項目

①檢查元件并將各元件牢固安裝在配線板上：各元件的安裝位置應整齊、勻稱、間距及布局合理;

②線槽加工：使用鋼鋸加工線槽，拐彎處以45°拼角對接;

③導線加工：使用剝線鉗、絕緣膠布等工具與材料將所給的多芯塑料軟線截斷，然后再按照相關工藝規(guī)范進行導線的剝削、連接與絕緣恢復;

④按規(guī)范連接導線：橫平豎直，分布均勻，變換走向時應垂直，連接時導線頭要順時針彎成“U” 型或“針”型固定在電器的接線柱或孔內（多股導線搪錫或接線帽連接）;線槽內布線還應遵循左零右相的原則，盡量不要交叉;所有接點要緊固、不反圈、不壓絕緣皮、不露銅太長。

（2）項目評估

STEAM課程設計強調對知識的應用和對學科之間關系的關注，學生需要不斷地評估自身的興趣點和技能。評價過程要改變以往單一的方式，強調多元評價主體、形成性評價、面向學習過程的評價，由學生本人、同伴、教師對學生學習過程的態(tài)度、興趣、參與程度、任務完成情況以及學習過程中完成的作品等進行評估。本案例中，強調了項目實施的過程評價， 項目實施過程中每一個環(huán)節(jié)都制定了切實可行的評分標準，并按照標準打分。特別強調了對學生的職業(yè)素養(yǎng)和安全意識的培養(yǎng)，如果項目實施過程中出現(xiàn)安全事故，考核就不及格。嚴格按照企業(yè)管理的“7S”標準考核學生，幫助學生養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。

具體評估過程如下：

①檢測安裝電路能否實現(xiàn)預設的功能。

能熟練使用萬用表，并能用萬用表的電阻檔進行正確檢測，會檢測判斷斷路故障與短路故障。正確使用萬用表測電阻對安裝的電路進行靜態(tài)檢測，完成表1中的檢測記錄。

②靜態(tài)檢測正常后，在監(jiān)考教師的監(jiān)控下正確使用試電筆對安裝的電路進行通電檢測，完成表2中的檢測記錄。

（3）項目改進

項目完成并進行評估后，往往需要對項目的某些方面進行改進。如果安裝的書房電路沒有達到預期效果，或者電路不通，則需重新審核原來設計的電路是否存在缺陷，或者電路安裝過程有沒有問題。經過反復改進，直到電路能實現(xiàn)預設的功能。

從學生展示的作品來看，基本達到了本次課預設的目標，具體表現(xiàn)如下：

學生能根據(jù)電功率的計算公式計算各支路的電流大小;能根據(jù)并聯(lián)電路的特點計算出總電路的電流，并選擇適合的元器件。學生能根據(jù)布線圖計算出所用線槽及導線的長度;學生能根據(jù)要求進行線槽加工、導線加工，并對電路進行靜態(tài)檢測;學生能根據(jù)藝術要求，整齊、勻稱、間距合理地布置元器件，規(guī)范地連接導線;學生所接電路能實現(xiàn)預設的功能。

3? ? 中職物理教學凸顯STEAM理念的建議

在日常教學中要重視中職物理學科知識與其他學科知識的有機融合，開發(fā)的項目不僅要符合學生的最近發(fā)展區(qū)，而且要有新穎性，以激發(fā)學生的興趣。在項目實施前，老師要根據(jù)實際情況進行知識拓展，以保證項目的順利實施。教師在項目實施過程中可以給予學生適當?shù)囊龑?。如果有些學生不是很配合，因某些環(huán)節(jié)不能正常完成，從而影響了整個項目，則建議把每位學生的個人表現(xiàn)與小組整體的表現(xiàn)相結合，這樣可以給學生一定的壓力，也能使組內的同學互相督促完成任務。項目實施過程中，要注重培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，引導學生獨立分析問題，提出方案，構建模型，設計實驗，評估改進。為了讓學生有成就感，可將學生的最終作品進行展示。

參考文獻：

[1]夏小剛，鄭剛.基于工程實踐的STEAM項目設計與實施——以“3D打印——橋的設計與制作”為例[J].中小學數(shù)字化教學，2018（1）：56-58.

[2]王佳琪，陳晨，鐘鳴.物理實驗探究中的STEM思想 ——以單透鏡望遠鏡制作與探究為例[J].湖南中學物理，2019（1）：81-84.

[3]鐘柏昌，張麗芳.美國STEM教育變革中“變革方程”的作用及其啟示[J].中國電化教育，2014（4）：18-24.

[4]楊永和.基于STEM教學模式的中職物理教學設計[J].中小學數(shù)字化教學，2017（2）：51-53.

（欄目編輯? ? 張正嚴）