運用steam2進行體驗式自主探究性學(xué)習(xí)的實踐探索

任金宏

(天津市海河中學(xué) 天津300202)

21世紀(jì)，國際競爭日益演變?yōu)閲揖C合國力的競爭，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)在國際競爭中起到非常重要的作用。steam2教育是在 steam 包括科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Arts)、數(shù)學(xué)(Mathematics)基礎(chǔ)上增加一個制造(Manufacturing)。著眼于復(fù)合創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，在未來發(fā)展的新時代背景下，其教育意義和價值仍在不斷拓展延伸。在基于課題的 steam2學(xué)習(xí)中，學(xué)生圍繞“明確的課題和探究的任務(wù)”進行跨學(xué)科體驗式自主探究性學(xué)習(xí)。

天津市海河中學(xué)開設(shè)了校本課程《大學(xué)先修物理實驗》實踐探究課程，讓學(xué)生能夠在中學(xué)提前學(xué)習(xí)和中學(xué)相關(guān)的大學(xué)部分實驗，鞏固和拓展知識，并進行實驗制作。課程已構(gòu)建成校園科技館，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)知識的興趣，奠定廣博的科普知識與技術(shù)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗的基本原理、技術(shù)和方法。課程分為科普與展示、實驗課程、設(shè)計制作和競賽4部分。

1 科普與展示

校園科技館展廳分別從力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)4個方面進行布置，其中有很多儀器是自制的教具。教學(xué)過程中先由學(xué)生自己探究演示實驗，教師講解原理，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生認(rèn)真觀察、思考、探究、推理的能力，根據(jù)已有的知識自己分析原理尋找答案，讓學(xué)生感受到物理科學(xué)的重要性、科技發(fā)展給生活帶來的便利，并以懂物理、懂科學(xué)而驕傲，學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注科技發(fā)展的意識。

2 實 驗

實驗部分包括高一、高二共計 18個物理分組實驗，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生進行實驗全過程的獨立操作，包括預(yù)習(xí)實驗、填寫報告和數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容。此部分是對中學(xué)物理實驗課程的拓展和延伸，采用體驗式探究的方式，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗的基本原理、技術(shù)和方法，探究理論知識，增強動手能力。

通過先期參觀和學(xué)習(xí)校園科技館、自制教具，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生對自己進行體驗式探究實驗產(chǎn)生濃厚興趣。學(xué)生分組后，通過實驗報告的引導(dǎo)，自學(xué)教材，然后在教師適當(dāng)引導(dǎo)下完成《直流平衡電橋》《在氣軌上研究瞬時速度》《測量非線性元件的伏安特性》等分組實驗項目。

3 設(shè)計制作

3.1 學(xué)生通過自主探究研究性學(xué)習(xí)，合作完成教具制作

課程《教具探究與制作》的流程是：提出課題(問題)—搜集資料—討論探究(作出假設(shè))—設(shè)計圖紙—實施實驗—制作成品(論證&驗證)—總結(jié)經(jīng)驗、改正不足。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠體驗合作探究、團隊精神，克服困難堅持就是勝利的意志。

①提出課題(問題)。分組學(xué)生通過討論，提出自己本組的研究題目，如手機全息影像、“看誰轉(zhuǎn)得快？——自制電動機”、諸葛弩、投石車、制作遙控洗衣機、電磁軌道小車等。

②搜集資料。分組確定研究課題后，學(xué)生可查找書籍，或通過互聯(lián)網(wǎng)搜集資料。這部分是學(xué)習(xí)深入了解課題的過程，同時學(xué)生填寫“研究過程”報告。

③討論探究(作出假設(shè))。提出假設(shè)，對方案的可行性進行討論，并進行調(diào)整修改。

④設(shè)計圖紙。把設(shè)計想法轉(zhuǎn)化成圖紙，畫成品圖和各部分構(gòu)件圖。

⑤實施實驗。實施過程中有的部分要通過設(shè)計實驗來驗證設(shè)計是否合理，并進行改正。

⑥制作成品(論證&驗證)。制作成品前，每組同學(xué)分工協(xié)作，完成各零部件，最終將各零件組合在一起。

⑦總結(jié)經(jīng)驗、改正不足?？偨Y(jié)制作中的不足，分析有無值得改進之處，完善課題內(nèi)容。

在學(xué)生自主研究性學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過分組確定課題，查找資料，鍛煉了自學(xué)探究的能力；通過分工協(xié)作，提高了團隊精神；通過畫圖，制作，調(diào)試，再修改方案，再制作成功，經(jīng)過幾次反復(fù)，獲得由設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實的成就感，同時磨練了意志，增強了做事的韌性。

3.2 引入 steam2教育，提升學(xué)生綜合實力和核心素養(yǎng)

steam 綜合了學(xué)科特點，將知識的獲取、方法與工具的應(yīng)用、創(chuàng)新生產(chǎn)的過程以及情感、態(tài)度進行了有機統(tǒng)一，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與實踐能力的同時，體現(xiàn)了一種多元學(xué)科文化的融合創(chuàng)新[1]?？茖W(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)在 steam 的跨學(xué)科框架內(nèi)得到整合，steam 本身彰顯了一種學(xué)習(xí)文化，一種偏向工科思維的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，一種趨于能力和智慧疊加的行動學(xué)習(xí)。

國內(nèi)有學(xué)者總結(jié)歸納了適于我國學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的 3種思路，包括應(yīng)用延伸型整合思路、工程框架型整合思路、設(shè)計即探究型整合思路[3]?？v觀 3種思路，有的強調(diào)注重實際問題解決能力，有的重在培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，有的以探究科學(xué)原理為導(dǎo)向，而其內(nèi)容選材均來自現(xiàn)實社會生活的需求。社會性、時代性、現(xiàn)實性是steampbl的鮮明特點[3]。

在整個制作教具過程中，將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)和制造 6門學(xué)科有機結(jié)合在一起，相輔相成。比如，在制作電磁軌道小車時，利用學(xué)到的電磁知識進行設(shè)計，運用了科學(xué)；制作軌道，運用了技術(shù)、工程、制造；設(shè)計，運用了藝術(shù)美學(xué)知識；制作軌道的大小等，運用了數(shù)學(xué)。在制作諸葛弩時，運用物理知識研究功的受力；學(xué)生用鋸、挫、臺鉆，對木頭進行加工，運用了工程和制造技術(shù)；設(shè)計的美觀，運用了藝術(shù)關(guān)注知識；制作的尺寸，以及設(shè)計的精巧，運用了數(shù)學(xué)知識。在制作手機全息影像時，設(shè)計原理運用了科學(xué)知識；設(shè)計運用了藝術(shù)；畫圖運用了數(shù)學(xué)知識；粘連運用了技術(shù)、制造和工程。

基于課題的 steam2學(xué)習(xí)是學(xué)生在分組參與、課題設(shè)計、分析問題、解決問題中進行的實踐性活動?；谡n題的 steam2學(xué)習(xí)在增強學(xué)生人文素養(yǎng)、強化問題解決、培育理性思維、養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)意識、提升個體覺悟等方面具有積極意義。