陳興敏 宋謀勝
[摘 要]融合STEAM教育理念已成為當(dāng)前中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計與改革的新模式,這與中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求是相融的。文章分析了STEAM教育理念與新課標(biāo)的關(guān)聯(lián)性及其在中學(xué)物理教學(xué)中的融合,并探討了STEAM教育理念在中學(xué)物理教學(xué)中的作用,旨在為中學(xué)物理教學(xué)融入STEAM教育理念提供參考。
[關(guān)鍵詞]STEAM教育理念;中學(xué)物理;融合;作用
[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058(2021)35-0049-03
STEAM教育是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Arts)和數(shù)學(xué)(Mathematics)等學(xué)科英文首字母的簡寫,其根本屬性是在建構(gòu)主義和認(rèn)知理論指導(dǎo)下的跨學(xué)科融合,它著力于培養(yǎng)全面發(fā)展的創(chuàng)新型人才[1]。另外,STEAM教育不僅具備跨學(xué)科的特點,還具有培養(yǎng)發(fā)散性思維能力的作用[2]。從知識層面看,STEAM教育并不局限于某一學(xué)科的專業(yè)知識,而是有效銜接了多個學(xué)科知識之間的內(nèi)在聯(lián)系。STEAM教育的開展是以學(xué)生為主體,通過引導(dǎo)學(xué)生在發(fā)現(xiàn)和解決問題的實踐中積極探究,激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力[1],因此STEAM教育能幫助學(xué)生形成團(tuán)隊協(xié)作精神和主動學(xué)習(xí)的意識。
2017年教育部新修訂的中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)“引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)以及科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境(STSE)之間的關(guān)系”,表明中學(xué)物理教學(xué)應(yīng)著力于發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng),使學(xué)生具備終身學(xué)習(xí)和科學(xué)探究的能力?;谂囵B(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求,新課標(biāo)倡導(dǎo)的學(xué)生自主學(xué)習(xí)與發(fā)展的思想與STEAM教育理念具有極大的相通性,二者均聚焦于學(xué)生創(chuàng)造性思維和自主探究能力的培養(yǎng)。因此,在中學(xué)物理教學(xué)中融入STEAM教育理念,有助于拓展物理教學(xué)的知識視野和多科性思維,有助于學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng),增強(qiáng)學(xué)生對物理應(yīng)用情境的認(rèn)知與探究。
一、STEAM教育理念在中學(xué)物理教學(xué)中的融合
物理學(xué)以實驗和數(shù)學(xué)為教學(xué)手段,通過科學(xué)推理和科學(xué)論證建構(gòu)物理模型從而形成科學(xué)的研究方法與理論體系。當(dāng)前,科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展和高校大批新工科專業(yè)的興起推動了各專業(yè)知識的跨學(xué)科融合,從而使得物理學(xué)在技術(shù)、工程等學(xué)科領(lǐng)域的作用愈加突出。因此,如何將STEAM教育理念融入中學(xué)物理教育教學(xué)中引起了教育界的廣泛思考,尤其在新課標(biāo)關(guān)注物理學(xué)科核心素養(yǎng)的背景下。然而,由于是從國外新引進(jìn)的教育模式,STEAM教育在我國目前還處于起步階段,且?guī)熧Y缺乏,STEAM教育真正融入中學(xué)物理教學(xué)中還有待加強(qiáng)和提升。
基于STEAM教育與物理學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性,更多的研究者傾向于把STEAM教育理念融入物理教學(xué)設(shè)計中,表1列舉了STEAM教育融入中學(xué)物理教學(xué)的部分設(shè)計案例。
從表中可見,新課導(dǎo)入所涉及的內(nèi)容都是一些簡單常見的實物,如“滑板”“氣球”“樂器”等,教師常會利用這些“生活中常見的實物”作為吸引學(xué)生進(jìn)入課堂的手段,其效果較為明顯。從新課引入環(huán)節(jié)來看,引入新課的過渡銜接均很巧妙,用維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”來解釋就是幫助學(xué)生達(dá)到高水平發(fā)展區(qū),而且此種方式也著眼于“最近發(fā)展區(qū)”?;赟TEAM教育中的創(chuàng)設(shè)情境,王堅[3]通過讓學(xué)生親自感觸“銼刀”和“玻璃”的粗糙程度而認(rèn)知摩擦力的概念及其影響因素。基于STEAM教育培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的理念,臧恒[4]在教學(xué)設(shè)計中通過調(diào)節(jié)蠟燭與凸透鏡之間的距離讓學(xué)生感性認(rèn)知,進(jìn)而理解凸透鏡的成像規(guī)律。這些物理教學(xué)設(shè)計表明,學(xué)生所接受的新知識都與生活中一些常見而易被忽視的現(xiàn)象緊密相關(guān),因此物理教師在教學(xué)設(shè)計過程中應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考,激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲。在創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境上,甘秉洪[5]利用ARDUINO軟件編程實現(xiàn)了學(xué)生對“紅綠燈”通斷電電路的真切感知,使學(xué)生在理解邏輯電路的同時,還真切感受到邏輯電路在生活中的廣泛應(yīng)用。在物理情境創(chuàng)設(shè)上,也可以借助建構(gòu)模型的方式來設(shè)計物理教學(xué),如王佳偉[6]利用STEAM教育理念設(shè)計了“不聽話的氣球”“紙上電路”等真實情境讓學(xué)生認(rèn)識大氣壓強(qiáng)。在“聲音”的教學(xué)中,胡瑩瑩[7]將STEAM教育的藝術(shù)理念引入到物理課堂中,利用不同樂器的發(fā)音而將物理課堂帶入了美妙的音樂世界,活躍了課堂氛圍,培養(yǎng)了學(xué)生的藝術(shù)情操,取得了極佳的教學(xué)效果。
二、STEAM教育理念在中學(xué)物理教學(xué)中的作用
1.STEAM教育聚焦跨學(xué)科融合,使物理教學(xué)內(nèi)容與方式呈現(xiàn)多樣化
STEAM教育的核心就是跨學(xué)科融合,通過跨學(xué)科方法而實現(xiàn)教學(xué)情境和內(nèi)容的融合,因此以培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)的中學(xué)物理課堂教學(xué)設(shè)計應(yīng)在著眼于學(xué)生為認(rèn)知與探究主體的前提下,巧妙設(shè)計多科性的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式,從而潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科融合的思想和意識。物理是具有一定融合性的綜合學(xué)科,所涉及的知識不僅僅局限于物理本身的知識,還延伸到了數(shù)學(xué)、化學(xué)、科技、軍事醫(yī)療以及工程應(yīng)用等領(lǐng)域。物理本身所涵蓋的內(nèi)容表明學(xué)習(xí)物理需要具備一定的跨學(xué)科知識與技能,以及借助跨學(xué)科思維來分析物理問題。Kaufman[8]曾指出“教師在備課過程中最重要的是對學(xué)科知識的確定,學(xué)科知識不應(yīng)局限于某一學(xué)科領(lǐng)域”。融入STEAM教育理念的物理教學(xué)更能彰顯物理學(xué)科的科學(xué)推理性、數(shù)學(xué)嚴(yán)密性、技術(shù)應(yīng)用性和場景趣味性,這就要求物理教師具備一定的跨學(xué)科知識與操作技能。物理教師如果熟悉一定的化學(xué)、計算機(jī)、數(shù)學(xué)、音樂等學(xué)科知識,并掌握一些軟件(如Python、Flash、3D打?。┑氖褂?,那么在物理教學(xué)時往往能“寓教于樂”“潤物無聲”。如掌握了Flash軟件的使用,則可將物理實驗過程制作成“動畫模擬”,從而代替一些不易觀察或不易完成的實物實驗,而實現(xiàn)物理情境的仿真再現(xiàn),如此更有助于學(xué)生主動思維和能動理解。多樣化的教學(xué)方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生從不同的角度審視和處理問題,從不同視角去詮釋物理概念的形成及其規(guī)律的探究,這樣有助于學(xué)生創(chuàng)新性與發(fā)散性思維的培養(yǎng)。
跨學(xué)科的教學(xué)融合為中學(xué)物理教學(xué)提供了多維教學(xué)內(nèi)容和呈現(xiàn)方式,也隨之推動了物理教師主動對多學(xué)科知識的學(xué)習(xí)、掌握和運用,從而使物理教師的教學(xué)積淀既精準(zhǔn)對焦又拓展綜合,對物理問題的解析能從多個維度加以闡釋,致使在物理課堂教學(xué)中得心應(yīng)手、運用自如。同時,跨學(xué)科知識的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性也為中學(xué)物理的教學(xué)設(shè)計提供了寬廣的舞臺,尤其是物理情景教學(xué)、案例分析與實驗仿真,教師充足的跨學(xué)科知識儲備和STEAM教育理念的融合施教就能更加凸顯物理教學(xué)的科學(xué)性、真實性、實踐性和應(yīng)用性,從而激發(fā)學(xué)生的求知興趣,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力,實現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。
2. STEAM教育關(guān)注學(xué)情分析,使物理教學(xué)凸顯學(xué)生的主體能動性
STEAM教育理念融入物理教學(xué)中最為顯著的特點是:學(xué)生的課堂參與度更高,教學(xué)互動的活躍程度與積極性更加顯著,致使物理教學(xué)過程中的“教師主導(dǎo)性與學(xué)生主體性”更為融合。培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)以及達(dá)成物理教學(xué)目標(biāo),離不開師生教學(xué)互動和學(xué)生主體作用的實現(xiàn)。學(xué)生作為教學(xué)中的主體對象,教師在設(shè)計教學(xué)活動時必須根據(jù)學(xué)生的“前認(rèn)知”展開學(xué)情分析。教師只有在了解學(xué)生“前認(rèn)知”的情況下,才能根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生現(xiàn)階段的知識特點,精心設(shè)計具有一定目標(biāo)達(dá)成度的教學(xué)呈現(xiàn)載體,這一過程的實現(xiàn)必須彰顯學(xué)生在教學(xué)活動中的主體能動性。從上表可見,初中物理教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計傾向于“感性”認(rèn)識,主要是通過觀察獲得物理概念與規(guī)律的認(rèn)知。如通過觀察“不聽話的氣球”感知大氣壓的存在,對銼刀的接觸感知粗糙的概念等。相反,高中物理教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計更傾向于“理性”認(rèn)識,主要是通過對觀察結(jié)果的理性思考,理解物理現(xiàn)象內(nèi)部隱藏的本質(zhì)規(guī)律,即科學(xué)性,如對邏輯電路工作原理的探究與思考。初高中物理教學(xué)內(nèi)容的變化是與學(xué)生年齡的增長和認(rèn)知思維方式的發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)的。初中生剛接觸物理學(xué)科,需要通過感知來認(rèn)識物理,而高中生則需將原來對物理概念與規(guī)律的感知學(xué)習(xí)提升到抽象化的邏輯思維層面,因此教學(xué)設(shè)計時不能忽視對學(xué)生個體的分析。
學(xué)情分析旨在關(guān)注學(xué)生的前認(rèn)知狀況和學(xué)生個體的特點,它有助于教師抓住學(xué)生的個體差異設(shè)計具體教學(xué)環(huán)節(jié),從而有效施教。STEAM教育理念的亮點就是培養(yǎng)綜合型人才,在中學(xué)物理教學(xué)中融入STEAM教育理念不僅能提高物理課堂教學(xué)的活力,還能關(guān)注到學(xué)生主體性的呈現(xiàn),讓學(xué)生能動地參與各教學(xué)環(huán)節(jié),在學(xué)習(xí)過程中感受物理的神奇與樂趣,提高學(xué)習(xí)興趣和參與度,從而提高物理教學(xué)效果。
3. STEAM教育注重實踐與應(yīng)用,使物理情境貼近生活實際和技術(shù)應(yīng)用
STEAM教育是在真實的問題情境中以學(xué)科事例的方式培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng),其基本內(nèi)涵體現(xiàn)在真實問題的解決、學(xué)科整合和技能培養(yǎng)三個方面[9]。在STEAM教育視角下,物理教學(xué)設(shè)計應(yīng)更傾向于科技性、真實性和應(yīng)用性,如此方能引起學(xué)生的興趣,吸引學(xué)生的注意力,使學(xué)生感受物理知識的實用性,讓學(xué)生覺得生活中的常見現(xiàn)象與問題,很多可借助物理知識來分析和闡釋。教學(xué)設(shè)計時,物理教師應(yīng)多選用生活中的素材和案例,物理情境的再現(xiàn)也可以選用現(xiàn)代科技成果,利用學(xué)生對現(xiàn)實中事物的好奇心,將學(xué)生的注意力吸引到物理教學(xué)中,并使學(xué)生主動配合、參與課堂交流討論。基于STEAM教育理念,顧振興[10]在設(shè)計“速度與時間的關(guān)系”的實驗教學(xué)時選用了生活中常見的賽車比賽,通過遙控賽車的運動,測量賽車的速度與時間的關(guān)系,讓學(xué)生在對賽車好奇的同時積極思考“速度與時間的關(guān)系”。將賽車這一生活中常見的兒童玩具選用到物理教學(xué)中來,吸引學(xué)生的好奇心,提升學(xué)生的課堂參與度,這是將物理概念與規(guī)律生活化的鮮活案例,這樣的案例能更新學(xué)生對物理規(guī)律的認(rèn)知,促進(jìn)學(xué)生運用物理知識解釋實際生活中的相關(guān)現(xiàn)象或問題,從而增強(qiáng)學(xué)生的好奇心、求知欲。對合適素材的收集、選用有賴于物理教師對生活生產(chǎn)實踐的關(guān)注、整理。教師選擇恰當(dāng)?shù)纳钏夭倪M(jìn)行物理教學(xué)可讓物理更貼近生活實際,而學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識的過程中可感知和發(fā)現(xiàn)問題,進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生解決問題的科學(xué)思維、態(tài)度,讓學(xué)生掌握解決問題的方法,即實現(xiàn)對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此,在STEAM教育理念指導(dǎo)下,教師重視對日常生活生產(chǎn)實際和當(dāng)代科技成果的關(guān)注、收集與運用,多方位積累、挖掘物理教學(xué)素材和案例,尤其是物理情景貼近生活實際和技術(shù)應(yīng)用方面的案例,這樣就能設(shè)計出優(yōu)秀的教學(xué)方案。
目前STEAM教育理念融入我國中學(xué)物理教學(xué)還處于初始階段,但它能顯著提高中學(xué)物理課堂教學(xué)效果。STEAM教育理念的本質(zhì)與中學(xué)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求是相通的,STEAM教育理念的融入必將給中學(xué)物理教學(xué)帶來新的變化。
[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]
[1]? 范文翔,張一春.STEAM教育:發(fā)展、內(nèi)涵與可能路徑[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2018,28(3):99-105.
[2]? 魏曉東,于冰,于海波.美國STEAM教育的框架、特點及啟示[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(教育科學(xué)版),2017,35(4):40-46,134-135.
[3]? 王堅. STEAM教育理念下的物理教學(xué)初探[D].武漢:華中師范大學(xué),2017.
[4]? 臧桓.STEAM教育理念融入初中物理教學(xué)實踐研究[D].濟(jì)南:山東師范大學(xué),2020.
[5]? 甘秉洪.融合STEAM教育理念的高中物理邏輯電路教學(xué)探略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2018,47(18):6-7.
[6]? 王佳偉.基于STEAM的初中物理實驗設(shè)計及實踐[D].銀川:寧夏大學(xué),2019.
[7]? ?胡瑩瑩.基于STEAM教育理念的八年級物理教學(xué)實踐與研究[D].安慶:安慶師范大學(xué),2019.
[8]? KAUFMAN D,MOSS D M,OSBORN T A.Beyond the boundaries:A transdisciplinary approach to learning and teaching[M].Westport,CT:Praeger Publishers,2003:156.
[9]? 彭敏,郭夢嬌.STEAM教育的基本內(nèi)涵與發(fā)展路徑研究[J].教育理論與實踐,2018,38(25):14-18.
[10]? 顧振興,應(yīng)俊.基于STEAM理念的高中物理教學(xué)研究:以“實驗設(shè)計:測量小車速度與時間變化的關(guān)系”教學(xué)為例[J].物理教學(xué),2018,40(8):16-18.
(責(zé)任編輯 易志毅)