基于STEAM教育理念的初中物理課程設(shè)計(jì)

李暉

[摘要]為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科融合的STEAM教育慢慢成了很多教師研究的重點(diǎn)。STEAM教育起源于美國，我們不禁要思考：如何讓它在中國的土壤里生根發(fā)芽？基于STEAM教育理念，怎么開發(fā)初中物理課程是物理教師要思考的問題之一。物理學(xué)科在觀察中產(chǎn)生問題，并在實(shí)驗(yàn)探究中得以解決?；赟TEAM教育理念的物理教學(xué)要融合學(xué)生的生活體驗(yàn)、融合相關(guān)聯(lián)的學(xué)科知識(shí)，并將解決問題的權(quán)利交給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。在引導(dǎo)學(xué)生解決問題的過程中，既注重結(jié)果，也注重過程，這樣更有助于學(xué)生能力的提升。

[關(guān)鍵詞]STEAM教育;融合;問題解決;自主設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G633.7

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

[文章編號(hào)]1674-6058（2020）14-0042-02

隨著科學(xué)知識(shí)體系日漸穩(wěn)定，形成了相對穩(wěn)固的共識(shí)，科學(xué)知識(shí)廣泛地服務(wù)于社會(huì)、服務(wù)于生活，幫助人們解決了大量的難題，在科學(xué)知識(shí)服務(wù)于人類生產(chǎn)生活的同時(shí)，也給下程與技術(shù)帶來了翻天覆地的變化。因此，很多專家學(xué)者繼而提出了技術(shù)素養(yǎng)，從一定程度上說，科學(xué)教育需要打破單學(xué)科對問題解決的界限，讓學(xué)習(xí)不再是學(xué)習(xí)過往的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，而是要讓學(xué)生的學(xué)習(xí)面向未來、面向人們生活實(shí)踐中所面臨的具體問題，需要人們具備創(chuàng)新性解決問題的能力?；谶@個(gè)考量，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)方案時(shí)，就要改變觀念，要讓問題解決、自主實(shí)踐探索、多學(xué)科滲透貫穿于我們的教學(xué)。讓學(xué)生在學(xué)知識(shí)的同時(shí)學(xué)技術(shù)、學(xué)方法。本文以蘇科版教材八年級上冊《光的色彩 顏色》為例，嘗試讓學(xué)生經(jīng)歷生活體驗(yàn)和動(dòng)手實(shí)踐，揭開色彩和顏色的奧秘。

一、以問題為核心，優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)

首先，“光的色彩”從科學(xué)內(nèi)容來看，需要學(xué)生掌握以下幾個(gè)方面內(nèi)容：白光的色散、色光的混合、光的三原色、物體的顏色、光的能量。為了避免學(xué)習(xí)知識(shí)的孤立與整體內(nèi)各部分內(nèi)容不能構(gòu)建起聯(lián)系，筆者采取了知識(shí)整合模式，將要解決的問題融人與真實(shí)世界相關(guān)聯(lián)的情境中，通過學(xué)生分組合作解決問題，從而自主探索習(xí)得隱含于問題背后的知識(shí)，形成自我學(xué)習(xí)和自主解決問題的能力。本節(jié)內(nèi)容較為分散，要找到各知識(shí)點(diǎn)之間的連接點(diǎn)和整合點(diǎn)，將分散的學(xué)科知識(shí)融入學(xué)生的實(shí)際生活中，并將其邏輯化、結(jié)構(gòu)化。通過將學(xué)科內(nèi)容改組成以問題為核心的項(xiàng)目，并通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)，通過動(dòng)手實(shí)踐合作完成。對新課的引入，筆者采用功率為2000毫瓦的藍(lán)色激光筆照射紅色氣球使其爆炸，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象劇烈，聲響很大，學(xué)生的注意力被牢牢地吸引住了。結(jié)合生活中的體驗(yàn)開展教學(xué)，學(xué)生對光的能量獲得更直觀的認(rèn)識(shí)。由于實(shí)驗(yàn)的震撼性，學(xué)生都想再看一次，這時(shí)，教師演示藍(lán)色激光照射藍(lán)色氣球，氣球沒有爆炸，繼而引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么藍(lán)色激光不能使藍(lán)色氣球爆炸呢？此實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)將光的能量與物體的顏色進(jìn)行了融合，學(xué)生觀察到了藍(lán)色激光能夠引爆紅色氣球，卻不能引爆藍(lán)色氣球，光的能量都是一樣的，為什么藍(lán)色氣球就不能爆炸呢？為后續(xù)物體的顏色探究埋下了伏筆。同時(shí)，對于光的能量，學(xué)生生活中都有了一定的體驗(yàn)，比如曬太陽很暖和，但是光的能量有多強(qiáng)，有哪些具體的應(yīng)用，學(xué)生不是很清楚。通過實(shí)驗(yàn)讓他們在認(rèn)知沖突的情況下產(chǎn)生了強(qiáng)烈的好奇心和探索欲，為后續(xù)自主探究奠定了基礎(chǔ)。由藍(lán)色激光介入，讓學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際，嘗試列舉生活中還有哪些自身發(fā)光的物體。學(xué)生列舉有白色的太陽光、藍(lán)紫色的閃電、黃色的燭焰、淡藍(lán)色的煤氣火焰等。通過學(xué)生列舉的不同光源，自然過渡到不同光源發(fā)光顏色不同，引導(dǎo)學(xué)生思考：白光是最單純的光嗎？基于學(xué)生小學(xué)科學(xué)里涉及的三棱鏡色散太陽光，教師為了使實(shí)驗(yàn)不受天氣影響，給學(xué)生準(zhǔn)備了可聚光的白光手電筒和三棱鏡，讓學(xué)生在教室里嘗試色散白光。通過學(xué)生分組合作，紛紛在白墻壁上或者白色的天花板上找到了美麗的“小彩虹”，但是仔細(xì)觀察，只能大概看到四五種色光，不能像太陽光那樣呈現(xiàn)出七色光，學(xué)生通過對比發(fā)現(xiàn)，手電筒發(fā)出的白光為人造光，只能接近白光成分，沒有太陽光成分多。但是，實(shí)驗(yàn)的過程和牛頓于1666年所做的色彩實(shí)驗(yàn)是一致的，學(xué)生也都收獲了成功的喜悅，同時(shí)，對物理學(xué)史中關(guān)于光的色散也有一定的了解，學(xué)生知道在學(xué)習(xí)物理過程中所做的實(shí)驗(yàn)、經(jīng)歷的實(shí)驗(yàn)歷程和過去偉大的科學(xué)家所做的實(shí)驗(yàn)是一致的。

二、融合生活體驗(yàn)，自主實(shí)驗(yàn)探究

由三棱鏡將白光色散成多種色光，提問：“有沒有一種簡單的辦法，可以獲得一種色光？”生活中都知道墨鏡能起到濾光的作用，結(jié)合生活體驗(yàn)，如果讓白光通過有色濾光片，是否能獲得一種色光呢？接著發(fā)給學(xué)生需要的紅、綠、藍(lán)三種濾光片，讓學(xué)生自主嘗試，分別獲得了紅、綠、藍(lán)三種單色光。筆者也自制了一個(gè)暗盒，暗盒內(nèi)貼有銀灰色的反光膜，讓過濾的色光在暗盒中形成一個(gè)明顯的有色空間，便于學(xué)生觀察。結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)和自主探究，得出結(jié)論：有色濾光片能夠通過與自身顏色一樣的色光，其他顏色的光全部被吸收。這里，學(xué)生已經(jīng)掌握了利用濾光片獲取單色光的方法，繼續(xù)鞏固，進(jìn)一步加強(qiáng)認(rèn)知的結(jié)構(gòu)化。用屏幕展示復(fù)合圖形（笑臉和哭臉）（如圖1），讓學(xué)生體驗(yàn)分別用紅、藍(lán)濾光片獲取笑臉和哭臉的圖案，在體驗(yàn)的過程中，既加深了學(xué)生對知識(shí)的理解，又讓學(xué)生獲取了學(xué)習(xí)的樂趣。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)和自主體驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)：透明物體的顏色是由其能透過的色光顏色決定的。此處，把獲取單色光和透明物體的顏色做一個(gè)融合，以獲取單色光的方法，促進(jìn)學(xué)生思考;學(xué)生通過自主體驗(yàn)探究，讓思考的問題在腦海中結(jié)構(gòu)化?；谏铙w驗(yàn)，再展示一種可控變色夜燈（七種色光模式）。這個(gè)物體生活中很常見，但是讓學(xué)生扒開燈罩，他們會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)里面只有紅、綠、藍(lán)三種燈泡，由此，自然而然地猜想：通過三種色光的組合模式獲取其他色光，水到渠成地找到了色光的混合方法。教師在學(xué)生猜想的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生使用色光混合儀分組合作探究，得出紅、綠、藍(lán)三種色光混合的結(jié)果。同時(shí)，得益于這三種色光能夠按一定比例自由混合成其他色光，對光的三原色理解也更加深刻。

三、源于生活思考，任務(wù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

光源發(fā)光能被人看到，非光源物體反射光也能被我們看見。由此向?qū)W生提問：“生活中的物體在白光的照射下，為什么都能呈現(xiàn)出本身的顏色呢？”將物體顏色與光的反射結(jié)合起來，啟發(fā)了學(xué)生的思維。學(xué)生會(huì)將看到的顏色和光的反射結(jié)合起來，產(chǎn)生有依據(jù)的猜想：物體將白光中的七色光有選擇地吸收或反射。要想驗(yàn)證猜想，就必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，區(qū)別于平常物理教師的演示實(shí)驗(yàn)，這里，筆者帶領(lǐng)學(xué)生一起思考我們需要的實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)需要自主設(shè)計(jì)。首先明確任務(wù)，需要用不同的色光照射有色物體，同時(shí)盡量減少環(huán)境光線的干擾，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)暗盒（如圖2），為了減少外界光線對實(shí)驗(yàn)的干擾和方便觀察，正對面用單向透光膜密封，單向透光膜透光率只有20%（能夠有效阻擋外界光線）?？紤]取材方便，暗盒使用購物時(shí)遺棄的紙盒，內(nèi)里貼有黑色吸光紙，這樣符合要求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境就有了。但是有一個(gè)問題：被觀察物體用什么顏色實(shí)驗(yàn)效果更佳？考慮到跟單色光的色彩匹配，物體顏色以標(biāo)準(zhǔn)色彩為主。我們確定用藍(lán)色毛巾上面插有鮮紅的玫瑰花作為觀察物體。有了設(shè)計(jì)方案，提供相應(yīng)的材料給學(xué)生，讓學(xué)生自主完成暗盒的制作。最后學(xué)生分組合作，分別用白、紅，藍(lán)三種色光照射觀察物體：

1.用白光照射物體，觀察到紅色花朵和藍(lán)色底座。

2.用藍(lán)光照射物體，觀察到藍(lán)色底座，花朵區(qū)域是黑色。

3.用紅光照射物體，觀察到紅色花朵，藍(lán)色底座變成黑色。

通過對記錄的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析發(fā)現(xiàn)，紅花只能反射紅光，吸收其他色光;藍(lán)色底座只能反射藍(lán)光，吸收其他色光。學(xué)生自主生成結(jié)論：不透明物體只能反射與其自身顏色一樣顏色的色光，其顏色由其反射的色光顏色決定。經(jīng)歷以上過程，我們不僅完成了對知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和探究，這種探究是基于真實(shí)情境的富有意義和內(nèi)涵的，讓學(xué)生學(xué)習(xí)物理不再被動(dòng)，學(xué)習(xí)變得具有更強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生從生活走向物理。有時(shí)，在教學(xué)過程中，不妨從學(xué)生生活體驗(yàn)人手，融合他們的生活認(rèn)知。這就需要教師準(zhǔn)確了解學(xué)生的前概念，在內(nèi)容編排的時(shí)候找到各部分內(nèi)容的交叉點(diǎn)。把融合的內(nèi)容以問題的形式呈現(xiàn)，把學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)在有意義的問題情境中，讓學(xué)生在各種問題情境中通過合作解決問題，讓學(xué)生通過體驗(yàn)知識(shí)獲得的過程，促進(jìn)其元認(rèn)知的發(fā)展;通過問題的解決，學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解決更復(fù)雜的問題，最終掌握蘊(yùn)含于問題之中的知識(shí)以及支持問題解決的知識(shí)。在此，筆者認(rèn)為，問題是STEAM課程整合的㈩發(fā)點(diǎn)和整合點(diǎn)，多樣化的問題載體會(huì)觸發(fā)多樣化的研究性學(xué)習(xí)，學(xué)生多一份嘗試，就多一份收獲。

[參考文獻(xiàn)]

[l]卞志榮，劉琦，薛麗娟.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論下的原始問題教學(xué)設(shè)計(jì)策略研究[J].物理教師，2017（6）：9-14.

[2]竇瑾，試論組織物理教學(xué)內(nèi)容的目的、依據(jù)和基本要求[J].物理教師，2016（4）：10-12.

（責(zé)任編輯 易志毅）

[基金項(xiàng)目]本文系江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究2019年度立項(xiàng)課題《STEAM教育理念下學(xué)科深度融合的課程開發(fā)與實(shí)施》階段性研究成果，課題編號(hào)為2019-R73319。