基于STEAM理念的初中物理家庭實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

陳崢嶸

摘 要：初中物理教學(xué)方式不僅能夠影響學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效果，還能夠決定學(xué)生是否對(duì)物理學(xué)科感興趣。為提升課堂教學(xué)效率，提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，文章就基于STEAM理念的初中物理家庭實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探究，簡(jiǎn)單闡述了該理念的意義與作用，并詳細(xì)分析了初中物理家庭實(shí)驗(yàn)效果的提升策略，旨在為相關(guān)教育工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：STEAM理念;初中物理教學(xué);家庭實(shí)驗(yàn)

課題項(xiàng)目：本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“基于STEAM理念的‘初中物理家庭創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)’研究”（C-b/2020/02/31）的階段性研究成果。

引 言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展以及教學(xué)水平的不斷提升，現(xiàn)代化教學(xué)的方式和方法發(fā)生了一定的變化，為使學(xué)生的物理水平得到有效提升，教師應(yīng)熟練使用物理家庭實(shí)驗(yàn)的方式來進(jìn)行教學(xué)。教師應(yīng)堅(jiān)持STEAM理念，調(diào)整教學(xué)方式，提升物理課堂的教學(xué)效率，充分利用不同的資源和工具，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加輕松，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。

一、基于STEAM理念開展家庭實(shí)驗(yàn)對(duì)初中物理教學(xué)的意義與作用

STEAM理念是一種新型的教育理念，其將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成具有多元化特征的課程教學(xué)方式，通過不同學(xué)科之間的融合與交流，使課程滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。與傳統(tǒng)教學(xué)理念不同的是，該理念對(duì)于綜合教學(xué)和超學(xué)科教學(xué)更為重視。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，教師往往通過單一的方式進(jìn)行學(xué)科教學(xué)，教學(xué)過程中不會(huì)利用其他學(xué)科的相關(guān)技術(shù)，這使得學(xué)生對(duì)該學(xué)科知識(shí)的掌握情況一般，最終的運(yùn)用效果也相對(duì)較差。為使整體教學(xué)效果得到提升，教師應(yīng)將STEAM理念融入課程教學(xué)過程，利用多學(xué)科知識(shí)，將初中物理的知識(shí)以較為綜合的方式展現(xiàn)出來，讓學(xué)生在掌握物理學(xué)科知識(shí)的同時(shí)，加深對(duì)多學(xué)科綜合知識(shí)的掌握，進(jìn)而提升學(xué)生的綜合實(shí)力。

STEAM理念下的物理家庭實(shí)驗(yàn)，即結(jié)合學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的物理相關(guān)知識(shí)以及生活中的一些常識(shí)，利用家庭中常見的工具和器材進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究。在這一過程中，學(xué)生不僅要有扎實(shí)的物理學(xué)科知識(shí)和技能基礎(chǔ)，還要對(duì)生活中事物的物理性質(zhì)、材料特性、制作工藝等有一定的了解，因?yàn)槲锢砑彝?shí)驗(yàn)甚至可能涉及工程力學(xué)、數(shù)學(xué)計(jì)算等跨學(xué)科知識(shí)。可以說，初中物理家庭實(shí)驗(yàn)，能夠很好地跨學(xué)科指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)、發(fā)展學(xué)生的綜合能力[1]。

二、提升STEAM理念下初中物理家庭實(shí)驗(yàn)的具體策略

（一）提升學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣

學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣對(duì)物理教學(xué)效果有著較大的影響。在以往的教學(xué)過程中，教師往往通過語(yǔ)言講解或使用幻燈片等多媒體設(shè)備進(jìn)行演示，學(xué)生無法真實(shí)地接觸實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣被抑制，從而對(duì)物理知識(shí)的理解和吸收程度較為有限，影響整體教學(xué)效果。在STEAM理念下，教師使用初中物理家庭實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法為學(xué)生選定課題，通過將物理知識(shí)與其他知識(shí)進(jìn)行結(jié)合，激發(fā)學(xué)生對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)和知識(shí)的好奇心，鼓勵(lì)學(xué)生在生活中尋找合適的實(shí)驗(yàn)器材，根據(jù)題目來開展實(shí)驗(yàn)[2]。在獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的過程中，使學(xué)生的好奇心被滿足，同時(shí)也能獲得強(qiáng)烈的成就感，使其對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣變得更加濃厚，進(jìn)而提升整體的學(xué)習(xí)效果，提高對(duì)物理知識(shí)的掌握程度。

例如，在“物質(zhì)的三態(tài) 溫度的測(cè)量”一課中，學(xué)生需要觀察不同狀態(tài)的水，并嘗試測(cè)量液體的溫度，要學(xué)會(huì)使用溫度計(jì)，將物理知識(shí)與生活知識(shí)進(jìn)行結(jié)合，提高學(xué)習(xí)效率。教師在設(shè)置課題時(shí)，應(yīng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，使其更能吸引學(xué)生，同時(shí)讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中學(xué)會(huì)正確使用溫度計(jì)。如教師可以詢問學(xué)生：“同學(xué)們，你們都喜歡喝什么飲料？”學(xué)生可能回答出五花八門的飲料種類，教師可以繼續(xù)提問：“不同溫度下的飲料口感是否會(huì)有變化？”教師可以讓學(xué)生回家后分別測(cè)試自己喜歡的飲料如牛奶、可樂等在不同溫度下的口感變化。相比于普通測(cè)量溫度的實(shí)驗(yàn)，該課題更具趣味性，能夠吸引學(xué)生來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。在布置完題目后，教師要求學(xué)生按照標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)過程，在家中或課下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

（二）引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考物理問題

在教學(xué)過程中，教師不僅要教授專業(yè)的物理知識(shí)，更重要的是教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的方式，使其學(xué)會(huì)獨(dú)立思考相關(guān)物理問題。在STEAM理念下，教師要想提升學(xué)生的思考能力，就要合理利用不同學(xué)科的知識(shí)來加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，使其能夠順利進(jìn)行思考，提升自身的學(xué)習(xí)能力[3]。教師要設(shè)計(jì)相應(yīng)的物理家庭實(shí)驗(yàn)課題，鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自己準(zhǔn)備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工具，通過創(chuàng)新和創(chuàng)造，完善相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟，完成物理實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行記錄和分析，得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生在對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行思考和分析的過程中，能夠有效地提升自身的思考能力。

例如，在“物體的質(zhì)量”一課中，學(xué)生要學(xué)會(huì)測(cè)量物體的質(zhì)量。教師根據(jù)教材中的實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生設(shè)計(jì)新的課題“自己制作簡(jiǎn)易天平，并測(cè)量不同形狀的同一物質(zhì)，其質(zhì)量是否發(fā)生變化”。學(xué)生接觸到課題后，需要思考幾個(gè)難點(diǎn)。首先，思考應(yīng)使用哪種物體來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，才能保證其在變換形狀的過程中，不會(huì)受外界的影響。學(xué)生可以使用橡皮泥捏出不同形狀來測(cè)量，也可以測(cè)量冰塊及其熔化后的水的質(zhì)量，通過思考來選擇合適的物體，提高實(shí)驗(yàn)的實(shí)際效果。其次，制作簡(jiǎn)易天平。在制作時(shí)，學(xué)生要思考如何保證兩側(cè)的平衡，以及砝碼的重量怎樣估算等。學(xué)生可以使用筷子、塑料瓶、紙杯以及毛線等家中常見的物品來制作簡(jiǎn)易天平，使用有明確質(zhì)量的糖果或者橡皮等來作為砝碼測(cè)量和比較。最后，分析和總結(jié)實(shí)驗(yàn)。物理實(shí)驗(yàn)較為簡(jiǎn)單，但實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫較為復(fù)雜，學(xué)生要對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告有利于學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)思維進(jìn)行歸納和調(diào)整，使思路更加清晰。

（三）加強(qiáng)針對(duì)性教學(xué)和實(shí)驗(yàn)布置

STEAM教育理念要求結(jié)合不同學(xué)科知識(shí)和實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行教育，培養(yǎng)綜合型人才，這就要求教師對(duì)學(xué)生的教育更加多樣化，并且具有較強(qiáng)的針對(duì)性。教師在教學(xué)時(shí)，要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)課題，通過合理的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，使學(xué)生能夠循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)相應(yīng)的物理知識(shí)，提高對(duì)物理知識(shí)的掌握效果。因?yàn)閷W(xué)生個(gè)人的天賦以及興趣不同，所以他們感興趣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也是不同的，如果學(xué)生能夠參加自己比較感興趣的實(shí)驗(yàn)，那么將會(huì)在很大程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生深入探究實(shí)驗(yàn)的積極性，這樣，學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)，教師也能更好地通過課題實(shí)驗(yàn)教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的自主探究。教師應(yīng)因根據(jù)不同學(xué)生的特點(diǎn)來選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式，有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)和教育，使學(xué)生能夠更好地掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

例如，在“杠桿”一課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生要通過實(shí)驗(yàn)對(duì)杠桿的平衡條件進(jìn)行探究。針對(duì)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，教師可以為他們?cè)O(shè)置不同難度的實(shí)驗(yàn)課題。教師可以將實(shí)驗(yàn)課題分為兩個(gè)層次：基礎(chǔ)層次中，學(xué)生按照教材的提示，自制簡(jiǎn)易杠桿，探究其中的平衡條件，探究其平衡狀態(tài)與哪些因素有關(guān)。進(jìn)階層次中，教師可以將課題進(jìn)行拓展或深化，讓學(xué)生分析不同因素對(duì)杠桿平衡的影響效果，并通過的計(jì)算，探究怎樣能夠使杠桿實(shí)現(xiàn)省力的效果。從興趣引導(dǎo)的角度出發(fā)，教師可以安排不同內(nèi)容的家庭實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生選擇性地進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。如讓學(xué)生利用家中老式的桿秤進(jìn)行稱量，通過選擇不同秤砣稱同一物體，探究杠桿平衡條件中，力和力臂之間的關(guān)系。如果家中沒有老式的桿秤，教師可以讓學(xué)生選擇制作簡(jiǎn)易天平，還可以布置利用筷子和電子秤配合，制作小型桿秤的實(shí)驗(yàn)探究課題。無論哪個(gè)實(shí)驗(yàn)課題，學(xué)生都需要充分利用有關(guān)杠桿平衡條件的相關(guān)知識(shí)，通過力和力臂的計(jì)算，更好地理解桿秤的工作原理，通過深入探究桿秤稱量物體的實(shí)踐操作，更加深入地了解杠桿的平衡概念。教師要從動(dòng)手實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及實(shí)踐運(yùn)用等多個(gè)角度進(jìn)行家庭實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，以更好地滿足學(xué)生不同的學(xué)習(xí)和探究需求，讓學(xué)生自由選擇感興趣的實(shí)驗(yàn)課題，提升家庭實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

（四）打破學(xué)科界限，提升學(xué)習(xí)物理水平

在物理教學(xué)中，教師應(yīng)通過家庭實(shí)驗(yàn)來提升學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力，因?yàn)槠潢P(guān)系到學(xué)生后續(xù)的發(fā)展，因此，教師應(yīng)進(jìn)行合理的引導(dǎo)。傳統(tǒng)物理教學(xué)中，教師只是簡(jiǎn)單地進(jìn)行專業(yè)知識(shí)教學(xué)，學(xué)生需要背誦概念、公式和計(jì)算方法，大量地做題、背題，這樣的物理教學(xué)缺乏創(chuàng)新性，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合實(shí)力無法得到有效提升，制約了學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展。在STEAM理念下，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行物理知識(shí)學(xué)習(xí)，結(jié)合學(xué)科知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行分析和總結(jié)，充分了解實(shí)驗(yàn)知識(shí)和內(nèi)容，從而提升自身的綜合實(shí)力。如在“電流的磁場(chǎng)”一課中，學(xué)生要對(duì)通電螺線管磁性強(qiáng)弱情況及影響因素進(jìn)行分析，在實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生可以利用四氧化三鐵和三氧化二鐵等化學(xué)材料。生活中常見的含有四氧化三鐵的物品有磁帶、吸鐵石等，含有三氧化二鐵的物品有紅色顏料、部分干燥劑等。學(xué)生利用通電螺線管對(duì)實(shí)驗(yàn)物質(zhì)進(jìn)行吸引，能夠辨別哪種為有磁性的四氧化三鐵，哪種為無磁性的三氧化二鐵。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的注意力較難集中，而在開展家庭實(shí)驗(yàn)的過程中，通過眼、手、腦之間的配合，以及跨學(xué)科的學(xué)習(xí)，學(xué)生的思維不斷拓展，注意力高度集中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自身能力的培養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生可向其他學(xué)生分享自己的實(shí)驗(yàn)過程和創(chuàng)作思路，豐富知識(shí)儲(chǔ)備，使其思維能夠得到一定的拓展，進(jìn)而得到有效的發(fā)散。

（五）利用項(xiàng)目教學(xué)法，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

項(xiàng)目教學(xué)法即將為學(xué)生創(chuàng)設(shè)具體的知識(shí)運(yùn)用情境，充分利用學(xué)生的主動(dòng)性以及創(chuàng)造性，讓學(xué)生能夠相互協(xié)作完成學(xué)習(xí)探究任務(wù)。在以往的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師指導(dǎo)學(xué)生參與的實(shí)驗(yàn)大都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也就是先教給學(xué)生理論知識(shí)，通過理論知識(shí)推斷實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論知識(shí)的正確性。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)不符合STEAM理念，并且對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力以及物理思維能力的培養(yǎng)效果都會(huì)大打折扣。項(xiàng)目教學(xué)法就是要讓學(xué)生組成項(xiàng)目小組，以某一主題或者探究?jī)?nèi)容為引導(dǎo)，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、總結(jié)等活動(dòng)，更好地發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究能力，更好地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力以及思維能力。項(xiàng)目教學(xué)法和初中物理家庭實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠完美地結(jié)合。在通常情況下，學(xué)生獨(dú)自完成物理實(shí)驗(yàn)任務(wù)的難度較大，尤其是初中階段的學(xué)生接觸到的物理知識(shí)較為淺顯，在實(shí)驗(yàn)探究方面的知識(shí)和方法掌握也不夠，獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)探究難免會(huì)出現(xiàn)很大的疏漏，同時(shí)也無法保證實(shí)驗(yàn)探究的效率。更重要的是，物理實(shí)驗(yàn)本身就是團(tuán)隊(duì)性工作，一個(gè)人的能力有限，但是如果多人一起圍繞實(shí)驗(yàn)探究項(xiàng)目展開合作，就能夠起到很好的互相促進(jìn)作用，讓學(xué)生的思維在協(xié)作的過程中，碰撞出靈感的火花，同時(shí)也能學(xué)會(huì)更加完整和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦O(shè)計(jì)以及開展生活物理實(shí)驗(yàn)。并且，在多人小組合作共同完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的過程中，組員之間也會(huì)起到一定的監(jiān)督和促進(jìn)作用，避免學(xué)生自己開展生活實(shí)驗(yàn)時(shí)，因隨意和怠惰，影響教學(xué)質(zhì)量。

在運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法時(shí)，首先教師要合理安排項(xiàng)目小組，將學(xué)生按照實(shí)際學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分組，綜合考慮學(xué)生及其在課堂學(xué)習(xí)過程中的態(tài)度和表現(xiàn)。這樣一方面能夠保障學(xué)生在課下快速集合并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，另一方面則是小組內(nèi)既有學(xué)優(yōu)生，也有學(xué)困生，他們能夠通過互相幫助、互相帶動(dòng)，提升整個(gè)項(xiàng)目小組的學(xué)習(xí)效率。其次，要做好物理家庭實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，教師可以根據(jù)學(xué)生的生活實(shí)際以及課堂教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)合理、有趣的物理家庭實(shí)驗(yàn)探究項(xiàng)目。例如，在教學(xué)物體密度相關(guān)知識(shí)的時(shí)候，教師就可以設(shè)計(jì)研究家庭生活中常見小物件密度的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生根據(jù)密度公式ρ=m/V自行展開家庭實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、計(jì)劃、實(shí)施以及記錄總結(jié)等實(shí)驗(yàn)探究過程。教師可讓學(xué)生組成項(xiàng)目小組，選擇合適的生活物品，合作討論并設(shè)計(jì)合理的密度測(cè)量方案，展開實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)。最后，在運(yùn)用開項(xiàng)目教學(xué)法時(shí)，教師應(yīng)要求學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)計(jì)劃書和實(shí)驗(yàn)記錄。在物理實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的觀察和記錄，是分析、研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要參考依據(jù)，也是實(shí)驗(yàn)探究的重點(diǎn)。教師要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)觀念。

結(jié) 語(yǔ)

為提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，教師應(yīng)在STEAM理念下，綜合多學(xué)科的知識(shí)，設(shè)計(jì)初中家庭實(shí)驗(yàn)課題，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，在充分的鍛煉下提升學(xué)生的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，不斷強(qiáng)化其思維綜合能力，使學(xué)生成為綜合發(fā)展的新一代學(xué)生。

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