大學物理STEAM教學改革研究

邱文旭 韓娟 西安工商學院

大學物理STEAM教學服務于學生，服務于教學，有助于提升學生的綜合能力。積極推進STEAM教學，有利于豐富學生大學校園生活，鍛煉學生的實踐能力，培養(yǎng)學生的團隊意識和科技創(chuàng)新精神，激發(fā)更多學生對物理產生熱情，幫助學生設計出技術含量高的作品。

大學理工科專業(yè)開設物理課，一方面可以幫助學生較系統(tǒng)地學好物理，另一方面可以幫助學生提升科學思維和研究問題的層次。大學物理STEAM教學不僅能激發(fā)學生的學習興趣，而且還能提高學生的實踐能力[1]，使學生變得更加優(yōu)秀。學生通過STEAM教育獲得一技之長，畢業(yè)之后，在工作崗位上，也能盡展自己的才能，最大程度實現(xiàn)自身價值。

隨著理論和科學研究的不斷深入，STEAM教育為整合學科知識、探索物理原理、發(fā)展學生技能方面提供了方向[2]。在物理教學中，可以將更多的課程知識進行STEAM教學設計，將物理知識的學習擴展到跨學科的知識融合，將零散、孤立的知識進行有機結合，讓STEAM教育服務于學生，服務于教學，從而提高學生的綜合能力。

開展物理STEAM教學的必要性

一流課程建設需要

我校正積極建設大學物理一流課程，STEAM教學的影響重大，可以幫助實現(xiàn)多學科知識的融合，STEAM也體現(xiàn)了“干中學，學中干，學以致用，用以促學，學用相長”的觀點。

如今大學物理教學需要注入新的理念，改變傳統(tǒng)死記硬背、機械訓練的模式，積極引導學生主動參與學習，培養(yǎng)探究生活中問題的習慣，勤于動手；新的教學理念應注重培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生合作與交流的能力，提高學生收集信息和處理信息的能力，提高學生獲取新知識的能力。這就要求不同學科的教師緊密合作。

積極推進STEAM教學，旨在引導學生主動地、個性地學習。學生不僅要學習物理課本上的知識，還要學習課本外的知識，要跨學科、跨專業(yè)地學習，在學習中要學會享受知識帶給我們的充實感，要讓學生感受到學習過程是愉悅的，學習目的是健康的，學習方法是有效的。

社會發(fā)展需要

在西安工商學院“高端化、國際化、個性化”的發(fā)展戰(zhàn)略下，大學物理正在積極改革，謀求創(chuàng)新，積極響應《中國教育現(xiàn)代化2035》。教改中的物理教學正在向小班化、個性化方向發(fā)展。物理教學已經進行了兩年的教學改革，完成《大學物理》STEAM課程教學講義及教學大綱的編寫。在符合《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》的前提下，選擇適合西安工商學院學生的特點及專業(yè)特點來制定教學內容。

大學物理STEAM教育理念充分利用現(xiàn)有的物理實驗室，把實驗學習轉變?yōu)橄纫院献鞣绞秸归_科學實踐，再學習并掌握物理規(guī)律。實踐中融合STEAM教育理念，在實驗課程中，教師監(jiān)督學生，讓幾個學生設計實驗裝置、更換器材，讓其他學生進行具體操作并描述實驗現(xiàn)象、闡述實驗原理，之后再分享自己的感悟或認識。這樣可以使學生在實踐中得出較為客觀的結論，深入探究自己感興趣的問題，將問題再帶到探究性學習中。大學物理STEAM教育理念不僅讓學生學習到了知識，也讓實驗數(shù)據越來越可靠，讓學生直接面對生活和學習中的實際問題。這樣，不但可以更好地提高學生學習積極性，更可以通過藝術與科學的有機結合，最終達到育人的目的。

校內STEAM教學調研

本校大學物理STEAM課程自2019年9月正式開始試點教學，目前只涉及到機械制造專業(yè)學生。本次調研對象分別為本校大二機械制造專業(yè)、電子信息專業(yè)和計算機專業(yè)，共計180名學生，調研結果如下。

機械制造專業(yè)的學生對大學物理STEAM教學模式比較熟悉，知道“STEAM”五個字母的含義。在對SYEAM教育模式的認識方面，68%的學生認為STEAM教育重點培養(yǎng)學生的專業(yè)技術與綜合技能，而26%的學生則認為STEAM教育僅僅是一種理念教育，79%的學生希望STEAM教學模式能夠在專業(yè)課上得到推廣，84%的學生希望大學物理STEAM教學這一課程能夠延續(xù)一學期，并再開展一門STEAM科技制作的課程。如果開設這門課程，63%的學生希望每天利用課余時間來完成這項科技作品制作，62%的學生希望通過STEAM教學讓各科知識得到提升，26%的學生希望通過STEAM教學提升自己的溝通能力；在未來的學習和職業(yè)生涯方面，68%的學生認為STEAM教學有利于開闊眼界，豐富課余生活，42%的學生認為STEAM教學有利于提高理論聯(lián)系實際的能力，21%的學生認為STEAM教學有利于確定自己未來的職業(yè)方向，47%的學生認為STEAM教學有利于提高自己的綜合實踐能力，如圖1。電子信息專業(yè)和計算機專業(yè)學生大部分都聽說過大學物理STEAM教學，但并不了解“STEAM”這個單詞的含義，他們認為大學物理STEAM教學只是一種理念，沒有實際的指導意義。由此看來，部分大學生缺乏對STEAM教育的全面認識。

圖1 開展大學物理STEAM課程對未來學習及職業(yè)生涯的影響

通過以上三個專業(yè)的調查研究發(fā)現(xiàn)，大學物理STEAM教學成果顯著，基本得到機械專業(yè)學生的認可，對專業(yè)課的學習及未來的職業(yè)生涯影響巨大。同時，大學物理STEAM教學在其他理工科推廣很有必要，有利于拓展學生的眼界，豐富學生的課余生活。

大學物理STEAM教學引領下的科技創(chuàng)新大賽

在北投集團“高端化、國際化、個性化”的發(fā)展定位下，大學物理也在積極改革，積極創(chuàng)新。在葉校長的帶領下，大學物理正在向小班化、雙語式、導師制方向發(fā)展，西安工商學院的教育在“雙雕”，既滿足個性化發(fā)展的需要，又滿足社會發(fā)展的要求?！癒nowledge is power”正在向“Applied knowledge is power”轉變。

大學物理STEAM教學指導下的科技創(chuàng)新大賽，豐富了學生大學校園生活，鍛煉了學生的動手實踐能力，培養(yǎng)了學生的團隊精神和科技創(chuàng)新精神。通過比賽，激發(fā)了更多學生對物理產生興趣，越來越多的學生愛上物理。

大學物理科技制作發(fā)展方向

大學物理科技制作，目的是讓學生了解物理知識在工程技術中的應用，提高學生學習物理的興趣，培養(yǎng)科技文獻作品閱讀能力和撰寫能力，培養(yǎng)學生計算機程序編寫能力，從而提升實踐意識和動手能力。

接觸大學物理前期，班級內同學進行分組，團結合作，設計一個簡單的作品，能體現(xiàn)科技功能和物理理論即可。隨著教學改革的深入，物理教研室對學生的要求也會進一步提高，希望學生設計出高水平、高技術含量的作品，并體現(xiàn)大學物理STEAM教學的初衷。

物理教研室對2021級學生期望如下：一個班級只需要完成一個作品，這個作品由班級內幾個小組分工合作，共同完成。第一個小組：項目規(guī)劃，提出項目的研究背景和必要性，包括國內外現(xiàn)狀、知識產權狀況和發(fā)展趨勢；技術突破對產業(yè)技術進步的重要意義和作用；項目可能形成的產業(yè)規(guī)模和市場前景。第二個小組：技術操作，負責項目中電路板的焊接、固件的連接及元件的打磨等。第三個小組：材料準備，負責項目中固件的采購，收集工作。第四個小組：外觀流線設計，既要體現(xiàn)出時尚，而又體現(xiàn)出藝術。第五個小組：單片機編程，從最簡單的程序入手，慢慢地增加功能，并逐步優(yōu)化算法。第六個小組：演示作品，并負責相關的講解。

討論

大學物理STEAM教學適應了時代發(fā)展的需要，《關于加快發(fā)展智慧養(yǎng)老機器人的建議》指出：加快發(fā)展智慧養(yǎng)老機器人，是落實國家戰(zhàn)略的重要舉措。智慧養(yǎng)老機器人有助于破解護理人員不足等問題，還能滿足老年人在安全防護、健康保障、情感陪伴以及休閑娛樂等方面的需要，實現(xiàn)老有所依、老有所樂。

智慧機器人需要多學科融合，大學物理STEAM教學順應時代發(fā)展的潮流，把STEAM理念埋在學生內心深處，培養(yǎng)出高素質、高能力的人才。但目前大學物理課時時長較短，而科技制作需要一定的理論基礎和動手能力。在今后開展教學過程中，還需增加大學物理課的學時，以提升學生對科技知識的學習能力。