STEAM教育在物理課堂中本土化的實踐

楊舟　田成良

摘 要：隨著新課程改革的推進，教學(xué)從“以教育者為中心”向“以學(xué)習(xí)者為中心”轉(zhuǎn)變.在新課改的背景下，本案例將STEAM教育在物理課堂中進行實踐.旨在以學(xué)生常見的問題情境（改變臺燈的亮暗程度）入手，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的需求運用科學(xué)方法制作滑動變阻器，并對自制滑動變阻器進行檢測與評價，最后通過實驗歸納出滑動變阻器的用法.

關(guān)鍵詞：新課程改革;STEAM教育;滑動變阻器

文章編號：1008-4134（2020）12-0027中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

常規(guī)滑動變阻器教學(xué)為教師介紹儀器的結(jié)構(gòu)及原理，只重視對學(xué)生知識與技能的培養(yǎng)，不重視對思維和能力的培養(yǎng).STEAM教育在實施中，要求學(xué)生應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)等知識來解決生活中遇到的實際問題，旨在培養(yǎng)懂科學(xué)技術(shù)、了解社會，善于將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于生活中的高素質(zhì)學(xué)生.STEAM教育恰好能彌補常規(guī)教學(xué)中存在的不足，因此將STEAM教育應(yīng)用于物理教學(xué)非常有意義.

1 STEAM教育在物理教學(xué)中應(yīng)用的必要性

學(xué)科核心素養(yǎng)[1]是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，物理核心素養(yǎng)與STEAM教育理念是統(tǒng)一的[2].STEAM教育可以讓學(xué)生更深刻地認(rèn)識與物理有關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等問題，有利于學(xué)生形成科學(xué)思維.STEAM教育注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性和自主性，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中去發(fā)現(xiàn)問題、探究問題和解決問題，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任.因此，將STEAM教育理念引入到物理教學(xué)中，有助于提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

2 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生分析

2.1 教學(xué)要求與理解

“變阻器”是北師大版義務(wù)教科書《物理》第十一章“簡單電路”的重點內(nèi)容.本節(jié)研究的變阻器包括兩類，分別是滑動變阻器和變阻箱.根據(jù)學(xué)生的情況，將內(nèi)容分為兩課時去講.本案例選取的是第一課時，主要內(nèi)容包括滑動變阻器的結(jié)構(gòu)、原理及用法.本課以開發(fā)能調(diào)控臺燈亮暗程度的產(chǎn)品為主題，在STEAM教育理念指導(dǎo)下設(shè)計內(nèi)容.針對滑動變阻器正確使用這一教學(xué)重點和了解滑動變阻器結(jié)構(gòu)這一教學(xué)難點開展教學(xué).教學(xué)過程中結(jié)合學(xué)生實際情況，把理論知識與動手實踐相結(jié)合，讓學(xué)生根據(jù)自己的需求一步一步開發(fā)出滑動變阻器[3-4].

2.2 學(xué)習(xí)者特征分析

學(xué)習(xí)者為理工附中初中三年級學(xué)生，他們已經(jīng)具備了一定的觀察、分析、研究、歸納和概括物理現(xiàn)象以及總結(jié)物理規(guī)律的能力，但在科學(xué)探究中某些操作細(xì)節(jié)還不夠嚴(yán)謹(jǐn)，還需要教師的精細(xì)指導(dǎo).學(xué)生能夠通過教師預(yù)設(shè)的實驗操作步驟和探究思想來培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度.在知識層面上，通過前面物理課的學(xué)習(xí)，已培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的濃厚興趣，而本節(jié)又含有較多有趣的物理現(xiàn)象及加入了變阻器的內(nèi)容，所以學(xué)生不會覺得本節(jié)的學(xué)習(xí)枯燥無味.

3 教學(xué)設(shè)計與實施

3.1 教學(xué)目標(biāo)分析

（1）了解滑動變阻器工作原理、結(jié)構(gòu)，能將所學(xué)的知識應(yīng)用于實踐.

（2）通過經(jīng)歷以問題引領(lǐng)的方式開發(fā)滑動變阻器的過程，培養(yǎng)創(chuàng)新能力及發(fā)散思維.

（3）通過實驗探究活動，探究滑動變阻器正確使用的方法，體驗對比、歸納等科學(xué)思維方法.

（4）領(lǐng)悟團隊協(xié)作的力量，體驗科學(xué)、技術(shù)、生活的緊密聯(lián)系，享受物理學(xué)習(xí)中的樂趣.

3.2 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

本案例按照“情境創(chuàng)設(shè)引入問題”“基于需求確定原理”“問題引領(lǐng)逐步完善”“實踐檢驗梳理規(guī)則”4個階段進行，教學(xué)流程如圖1所示.

4 案例描述

4.1 情境創(chuàng)設(shè) 引入問題

活動：立足生活實際需求，提出需要解決的問題，引發(fā)學(xué)生思考.

問題情境：圖2為某同學(xué)家的不能調(diào)節(jié)亮暗的普通臺燈.夜晚該同學(xué)想把自己的普通臺燈由亮變暗.請你幫他想一個解決的方案.

學(xué)生活動：基于生活經(jīng)驗和物理知識，提出方案一：接入外接電阻;方案二：增減電源電壓;方案三：串聯(lián)電阻可變的器材.經(jīng)過討論多數(shù)同學(xué)認(rèn)為方案三最為合理.

設(shè)計意圖：基于生活需求創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)學(xué)生的興趣.提出本課的主題“開發(fā)能調(diào)節(jié)臺燈亮暗的器材”，引發(fā)后續(xù)研究.

4.2 基于需求 確定原理

活動：提供小燈泡、導(dǎo)線、開關(guān)、電池、鉛筆芯、鎳鉻絲、康銅絲、鐵絲等實驗器材，學(xué)生自選器材組裝電路，實現(xiàn)改變小燈泡的亮暗程度的目的.引導(dǎo)學(xué)生通過自主探究的方式，確定變阻器的工作原理.

學(xué)生根據(jù)已有的物理知識和探究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)可以通過改變電阻材料種類、長度、橫截面積等方法，來改變連入電路的電阻，進而控制小燈泡的亮暗.學(xué)生設(shè)計電路進行探究并展示作品.經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，通過改變導(dǎo)體長度來改變電阻的方法是最佳的，從而確定變阻器原理.通過實驗還發(fā)現(xiàn)鎳鉻絲是制作變阻器最合適的材料.

設(shè)計意圖：以學(xué)生為主體地位，引導(dǎo)學(xué)生通過自主探究的方式確定變阻器原理.為下一步開發(fā)滑動變阻器提供理論依據(jù).

4.3 問題引領(lǐng) 逐步完善

活動：搭建問題階梯，用一個個小問題引領(lǐng)學(xué)生逐步完善滑動變阻器，直到開發(fā)出性能良好的產(chǎn)品.

問題引導(dǎo)1：鎳鉻絲太長如何才能節(jié)省空間？

問題引導(dǎo)2：如圖3（a）所示，把鎳鉻絲緊密纏繞在絕緣橡膠管上有沒有發(fā)現(xiàn)新的問題？怎樣解決？

問題引導(dǎo)3：金屬絲上涂絕緣漆之后，同學(xué)們又發(fā)現(xiàn)了什么問題？怎樣解決？

學(xué)生活動：根據(jù)生活經(jīng)驗和物理知識，逐步優(yōu)化產(chǎn)品.在制作變阻器過程中，解決了前面問題，又發(fā)現(xiàn)新問題，繼續(xù)尋找解決方法，直到開發(fā)出一個合理的、性能良好的滑動變阻器.圖3（c）為制作變阻器的過程，圖3（d）為開發(fā)的滑動變阻器的照片.

問題1：如圖3（a）所示，可以將鎳鉻絲緊密纏繞在絕緣管上，以實現(xiàn)節(jié)省空間的目的.

問題2：又發(fā)現(xiàn)了緊密纏繞的金屬絲之間會相互接觸，出現(xiàn)了短路的現(xiàn)象.可以在金屬絲上涂絕緣漆，阻止它們相互接觸.

問題3：涂絕緣漆之后，只能將金屬絲兩端接入電路無法改變金屬絲的長度，不能實現(xiàn)變阻的目的.如圖3（b）所示，可以利用砂紙將金屬絲上的絕緣漆刮掉一部分.

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷開發(fā)變阻器的過程，讓學(xué)生深刻理解變阻器是怎樣一步一步設(shè)計而成的.通過做中學(xué)的方式，讓學(xué)生更好地了解滑動變阻器的結(jié)構(gòu)和作用.

4.4 實踐檢驗 梳理規(guī)則

活動：引導(dǎo)學(xué)生通過實驗檢驗產(chǎn)品，并對產(chǎn)品進行評價.啟發(fā)學(xué)生將產(chǎn)品與實驗室的滑動變阻器進行對比，歸納滑動變阻器的用法.

學(xué)生活動1：如圖4所示，分組測試產(chǎn)品的功能及用法.按照4人一組進行分組，對產(chǎn)品進行評價.表1為產(chǎn)品評價表，評價規(guī)則為：不能實現(xiàn)調(diào)節(jié)小燈泡亮暗的產(chǎn)品為0分;能實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能的產(chǎn)品為10分;能實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能且外形美觀的產(chǎn)品為20分.

設(shè)計意圖：通過分組實驗、分組評價的方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生小組合作的能力.采用對比、歸納等科學(xué)思維方法，讓學(xué)生有效地掌握了滑動變阻器用法這一教學(xué)重點.

5 教學(xué)反思

本課為一節(jié)講授儀器的課程，傳統(tǒng)方式僅僅由教師介紹儀器的結(jié)構(gòu)，并介紹原理，比較枯燥.一些學(xué)生上課不能集中精力，學(xué)生學(xué)過以后很快忘記，對儀器的原理理解不到位，不會使用，學(xué)生學(xué)業(yè)成績不理想.本教學(xué)結(jié)合了STEAM教育理念，將傳統(tǒng)的授課方式改進為讓學(xué)生動手開發(fā)變阻器.在教師的層層引導(dǎo)下，學(xué)生們像真正的創(chuàng)造者一樣，經(jīng)歷了發(fā)明創(chuàng)造的過程，利用科學(xué)的思維逐一解決了存在的問題，最終實現(xiàn)了調(diào)節(jié)小燈泡亮暗的目的.在此過程中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力以及嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，提升了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)[5].

參考文獻(xiàn)：

[1]曾茂林.農(nóng)村初中STEAM課程本土化的策略與路徑[J].教學(xué)與管理，2020（09）：92-94.

[2]池晶晶.STEAM教育提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的探索[J].中國信息技術(shù)教育，2020（Z2）：93-94.

[3]田成良.對中學(xué)物理儀器教學(xué)的思考——談物理儀器構(gòu)造式教學(xué)研究[J].物理教學(xué)，2018，40（10）：22-24+17.

[4]李彤彤.創(chuàng)客式教學(xué)：面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEAM課程教學(xué)新范式[J].中國電化教育，2018（09）：40-47.

[5]郇兆鵬，朱翠芹.自制變阻器模型 實現(xiàn)教學(xué)做合一——例談全國青年教師優(yōu)課大賽一等獎“變阻器”教學(xué)[J].物理教師，2017，38（08）：32-34.

（收稿日期：2020-03-10）