淺談高中物理課堂中如何融入STEAM教育

任立福

摘 要：以高考為指揮棒的應(yīng)試教育模式下的題海戰(zhàn)術(shù)無疑成了拿高分最有效的教學(xué)方式，由此導(dǎo)致學(xué)生缺乏創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力。近幾年，國(guó)家在多個(gè)文件中提到提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。由此可見，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力顯得尤為迫切。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各類新型的教育手段也應(yīng)運(yùn)而生，例如MOOC、創(chuàng)客教育、人工智能、STEM、STEAM等。高中物理老師肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重任。以STEAM教育為背景，淺談在高中物理教學(xué)中如何融入STEAM教育。

關(guān)鍵詞：STEAM教育;高中物理;創(chuàng)新能力;實(shí)踐能力

STEAM教育來源于二十世紀(jì)八十年代美國(guó)提出的STEM教育，它是四個(gè)學(xué)科的英語(yǔ)首字母。這四個(gè)學(xué)科是：Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)），后來由弗吉尼亞理工大學(xué)的Yakman將Art（藝術(shù)）加入到了STEM中，形成了現(xiàn)在的STEAM教育。本文將以高中物理為例，淺談在高中物理教學(xué)中如何融入STEAM教育。

一、高中物理課堂中的Science

物理學(xué)在眾多自然科學(xué)中起著排頭兵的作用，作為高中物理教師，在提高學(xué)生Science認(rèn)知水平的工作中起著至關(guān)重要的作用。現(xiàn)行人教版高中物理課本中對(duì)Science的內(nèi)容都是以科學(xué)漫步的形式出現(xiàn)的。這樣做的目的是在學(xué)生學(xué)習(xí)完基本的知識(shí)之后，通過閱讀科學(xué)漫步部分中的知識(shí)，了解學(xué)習(xí)的知識(shí)是如何應(yīng)用到科學(xué)中的。通過這種學(xué)習(xí)方式，可以有效提高學(xué)生對(duì)Science的認(rèn)識(shí)。例如人教版高中物理必修1中有關(guān)參考系的內(nèi)容中呈現(xiàn)了有關(guān)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）的內(nèi)容。

為了提高學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，教師在授課時(shí)除了對(duì)課本中出現(xiàn)的科學(xué)漫步進(jìn)行講解，還可以采取如下方法提升學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣。

講解完某一知識(shí)點(diǎn)后，針對(duì)本知識(shí)點(diǎn)，可以給學(xué)生布置課后作業(yè)，讓學(xué)生自己通過互聯(lián)網(wǎng)或圖書館查閱相關(guān)知識(shí)中蘊(yùn)含的科學(xué)原理，并在課堂上進(jìn)行展示和交流。

教師可以對(duì)科學(xué)漫步中的知識(shí)進(jìn)行拓展，例如以上例子中還可以介紹世界上的四大導(dǎo)航系統(tǒng)：中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）、美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、歐洲的伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)（GALILEO）和俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）。特別介紹我國(guó)自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，讓學(xué)生對(duì)物理學(xué)在科學(xué)中的應(yīng)用有更深層次的認(rèn)識(shí)，也可以感受我國(guó)科學(xué)工作者在科學(xué)發(fā)展中所做的貢獻(xiàn)。

二、高中物理課堂中的Technology

在人類社會(huì)發(fā)展的歷程中，技術(shù)將人從繁重的體力勞動(dòng)中解放了出來，例如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、汽車等。技術(shù)離不開物理學(xué)，高中物理課本“廣角鏡”部分的內(nèi)容中就包含了有關(guān)技術(shù)。

作為高中老師，我們平時(shí)教學(xué)中用到的都是3或1系列的選修教材，這兩個(gè)系列中缺乏的是知識(shí)在技術(shù)應(yīng)用方面的相關(guān)知識(shí)，所以我們平時(shí)還需要關(guān)注2系列的教材。2系列的教材中有關(guān)工程部分的內(nèi)容較多，可以將其應(yīng)用到3系列的教學(xué)中，這樣學(xué)生對(duì)技術(shù)方面的應(yīng)用就會(huì)有新的認(rèn)識(shí)。

除了以上方法之外，物理教師可以在課堂之余開設(shè)有關(guān)技術(shù)方面的興趣班，例如家電維修。學(xué)生親身經(jīng)歷維修過程，就會(huì)更進(jìn)一步地感受到物理學(xué)中的技術(shù)。當(dāng)然，這對(duì)物理老師的專業(yè)水平要求也比較高，這就需要學(xué)生平時(shí)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，多參加相關(guān)培訓(xùn)，提升技術(shù)水平。

三、高中物理課堂中的Engineering

工程技術(shù)的發(fā)展也離不開物理學(xué)的發(fā)展，物理學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了工程技術(shù)的進(jìn)步。例如核能工程和激光工程。教材中在講解核聚變和裂變有關(guān)知識(shí)時(shí)講解了核工程方面的利用，例如核電站。通過對(duì)這些內(nèi)容的了解，學(xué)生可以感受到物理學(xué)在工程學(xué)中的應(yīng)用，從而提升他們對(duì)工程的興趣，同樣也會(huì)提高他們學(xué)習(xí)物理的興趣。

四、高中物理課堂中的Art

大家看到Art（藝術(shù)）這個(gè)詞，似乎跟物理一點(diǎn)也不沾邊，其實(shí)不然。吉爾伯特曾經(jīng)出版過一本書《藝術(shù)中的物理學(xué)》，其中講解了藝術(shù)中蘊(yùn)含的物理道理。當(dāng)然這些知識(shí)放在高中課堂中顯得有些深?yuàn)W，但在高中物理中也不乏藝術(shù)美。例如對(duì)稱就是一種美，我們?cè)谄綍r(shí)的教學(xué)中經(jīng)常會(huì)用對(duì)稱法來解決問題。

德國(guó)物理學(xué)家魏爾曾經(jīng)說過：“物理學(xué)中一切先驗(yàn)性的陳述都起源于對(duì)稱性。”例如等量的同種電荷和等量的異種電荷所形成的電場(chǎng)的電場(chǎng)線就有對(duì)稱性。

北京師范大學(xué)教育科學(xué)研究所所長(zhǎng)閆金鐸教授曾經(jīng)寫過一套中學(xué)物理思維方法叢書，其中一本講解的是對(duì)稱。這本書由淺入深地講解了對(duì)稱的概念，然后又講解了對(duì)稱在高中物理學(xué)中的應(yīng)用。由此可見，對(duì)稱美Art在物理學(xué)中的重要性。

五、高中物理課堂中的Mathematics

物理離不開數(shù)學(xué)，物理學(xué)的發(fā)展同時(shí)也促進(jìn)了數(shù)學(xué)的發(fā)展，物理學(xué)中的每一個(gè)原理都能通過數(shù)學(xué)公式表現(xiàn)出來。高考物理考試說明中明確指出高考考查學(xué)生的五種能力中其中的一種就是用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力。高中物理課堂中用到的數(shù)學(xué)知識(shí)主要有：

矢量的有關(guān)運(yùn)算。

函數(shù)最值問題。

微積分的知識(shí)。

斜率的知識(shí)。

圖像問題。

幾何知識(shí)的應(yīng)用。

由此可見，高中物理課堂教學(xué)中處處離不開數(shù)學(xué)。學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)為物理服務(wù)，同時(shí)學(xué)好物理也會(huì)影響到數(shù)學(xué)。

綜上所述，我們可以在高中物理課堂中融入STEAM教育，通過融入STEAM教育，一方面培養(yǎng)了學(xué)生在STEAM中的各學(xué)科的能力和水平，另一方面也會(huì)反過來影響學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

參考文獻(xiàn)：

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[2]趙慧臣，周昱希，李彥奇，等.跨學(xué)科視野下“工匠型”創(chuàng)新人才的培養(yǎng)策略：基于美國(guó)STEAM教育活動(dòng)設(shè)計(jì)的啟示[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2017，35（1）：94-101.

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注：課題項(xiàng)目：2018年度武威市“十三五”教育科學(xué)規(guī)劃課題《民族地區(qū)“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下提升高中學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的研究》，課題立項(xiàng)號(hào)：WW[2018]GH105。

編輯 王彥清