高中原始物理問題與STEAM教育初探

孫玲玲

(甘肅省玉門市第一中學,甘肅 酒泉 735211)

原始物理問題是一個非常寬泛的概念,但發(fā)現(xiàn)、學習探究和解決最原始的物理問題,正是學習物理這門學科最初的動機和最樸素而本能的追求.同時最原始、最樸素的問題往往也是最難解決的問題.此類問題的影響因素繁多且復雜,高中物理課堂中的教學與對應的考核辦法都是將原始物理問題進行抽象簡化,變成簡單而理想化的物理模型.即忽略次要因素,抓住主要因素.從而抽象出理想化的物理模型,再通過對理想物理模型的學習實踐由簡到難應用逐步提高,越來越接近與解決實際物理問題[1].

STEAM指的是科學(Sciense)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Art)、數(shù)學(Mathematics)等各類學科的融合利用,為我們解決問題提供理論知識和技術(shù)支撐,同時又將解決好的問題用于生活實踐.關(guān)于STEAM教育則是近幾年關(guān)于教育信息化發(fā)展與多學科融合的必然產(chǎn)物,這讓我們用最原始的方式方法解決原始的物理問題轉(zhuǎn)變成利用先進的創(chuàng)新科技理念解決最原始的物理問題.所以STEAM仍然是我們解決原始物理問題的手段與工具,也可以說是用現(xiàn)代手段解決原始問題的有效的現(xiàn)代載體,在高中物理課堂中,利用STEAM教育方式可以有效提升學生的核心素養(yǎng)和多學科之間的融合與提升.本文就高中物理課堂中的STEAM教育的應用進行初步的探究.

1 關(guān)于高中物理課堂的原始問題的探討

我們都是從力或運動的關(guān)系出發(fā),進入高中物理課堂.“力”是人類歷史上人們最早意識到的物理概念之一,因為“力”時刻影響著人們的生產(chǎn)生活,人們意識到“力”的存在是一種自然而然的發(fā)展變化,并不像現(xiàn)代的一些學科概念那樣需要很豐富的想象力和創(chuàng)新意識.“運動”這個物理問題從一種思想轉(zhuǎn)變成一種物理概念就開始于人們不斷的思考探討,因為“運動”就是最初在人們的意識中與自己的生活息息相關(guān),時刻伴隨著每個人、每件事、影響著人們的生活的一個物理問題.那么人們最初的意識里對“運動”的描述是不是正確、科學、規(guī)范呢?答案顯然是否定的.在學習過程中將“力”與“運動”獨立探究,這樣做有利于學生對知識理解與應用.但是從最本質(zhì)、最原始的物理問題出發(fā),“力”與“運動”之間的又是關(guān)系錯綜復雜,緊密關(guān)聯(lián)的,很難獨立存在.

“力”與“運動”是人們在生產(chǎn)生活實際中總結(jié)經(jīng)驗教訓,在正確與錯誤的道路上逐步總結(jié)而來的.從歷史的發(fā)展來看,對物理問題的研究從解決生產(chǎn)生活實際中的難題,使生產(chǎn)生活變得更輕松、更便捷.這種研究問題的途徑有它的歷史特點:對物理問題的實質(zhì)并沒有深入探究,從偏面上看往往得出的結(jié)論和生產(chǎn)生活實際結(jié)合得非常好,所以很容易被人們接受.比方說“力是使物體運動的原因”這一結(jié)論在生產(chǎn)生活的表象中與實際符合得非常好,人們一下子就接受了.但是深入探究得知事實并非如此.在多年的高中物理課堂教學中不難發(fā)現(xiàn)學生的理解也存在很嚴重的經(jīng)驗主義,大多數(shù)學生就覺得“用力則物體動,不用力則物體不動”是正確的.由此看來不管科學發(fā)展到什么程度,人們接受新理論新事物的規(guī)律不變——一眼就看到的就是最能夠接受的.但這其中隱含的本質(zhì)則需要深入探究思考,要通過實驗的反復驗證和理論的推導,然后再返回到生活實踐.

利用現(xiàn)代STEAM教育的最簡單模式初步就是將生活場景進行抽象模擬.能夠利用計算機信息技術(shù)[2],進行科學合理的取舍,讓學習者不是簡單地憑借生產(chǎn)生活經(jīng)驗輕易得出結(jié)論,而是能夠注意到生活中不易發(fā)現(xiàn)的物理問題的本質(zhì)所在.就以“力”與“運動”的關(guān)系為例,這是人類在古代哲學與物理學中反復討論與思考的問題,也是我們學好物理的前提和基礎.

人們之所以最初沒有確定“力”與“運動”的關(guān)系,最簡單的例子:人用力推物體,物體就會運動;不用力推,物體就會靜止不動,主要原因有:一是沒有意識到摩擦力的存在,摩擦力的存在本來就具有隱蔽性.古代人們對“力”與“力氣”沒有具體科學的概念,致使人們覺得“施力物體是人才能感受到對物體施加了力的作用,只有人沒有感受到自己承受了力的作用,則其他物體也沒有受力”;二是對“運動”沒有清晰明確的概念,把相對地面的“動”與物理概念中的“運動”沒有明確區(qū)分;三是沒有對研究對象進行抽象,對與研究對象接觸的相關(guān)物體沒有進行科學有效的分析對比,研究物體與其他物體之間的彈力、摩擦力等其他力在人們的思維中沒有出現(xiàn)過.歸根結(jié)底是沒有相對完備的知識儲備體系作為依托;四是沒有科學有效的研究體系和先進的科學技術(shù)的幫助.沒有完備的實驗驗證體系,只有不規(guī)范不科學的生活經(jīng)驗是遠遠不夠的.

我們當代高中生的學習這些物理中的原始問題時就已經(jīng)具備了較為完整的學科體系、充足的實驗設備、足夠的專業(yè)知識儲備、科學有效的專業(yè)指導以及先進的計算機信息技術(shù)支撐和足夠的信息渠道,使我們能夠充分有效提取生活場景中的原始物理問題,并進行科學規(guī)范的加工處理,而且媒體信息的高速發(fā)展能夠讓人們隨時隨地獲取最新的研究方法與相關(guān)結(jié)論.STEAM教育就是隨著科學技術(shù)的發(fā)展變化已經(jīng)深入滲透到我們高中物理教學的方方面面.從最簡單的多媒體教學到物理問題的抽象處理,再到具體化呈現(xiàn);從小學教育就已經(jīng)開始的信息技術(shù)教學到逐漸被人接受的編程模塊的教育教學,甚至各種比賽;從原始的實驗研究到將實驗室與創(chuàng)客教育模塊相結(jié)合;從單一的物理理論教育到更加重視物理實驗探究得出結(jié)論.學生在獨立學科的學習中,不僅僅是學習本學科的專業(yè)知識,還要在學習的過程中學會怎樣利用豐富的資源為終身的學習成長助力.

2 對于STEAM教育的初步探討

在學校課堂教學中,先進的教育技術(shù)與理念已深入人心,但是大部分對STEAM教育并不是很深入,只是停留在多媒體技術(shù)的應用上.通過本人及同事在培訓學習期間所見所學可以看出:有些學校針對新高考有針對性地進行了一系列重大變革,很值得我們學習.首先在課程設置上與以往的只設置高考科目不同,每個學校根據(jù)自己的地域特色以及學校的特色教育,和老師們的專長與個性設置了門類繁多的各種校本課程.這是從學校的結(jié)構(gòu)體制上首先打破傳統(tǒng)教育理念,使學生能夠根據(jù)自己的興趣愛好選擇自己的校本課程,學生能夠在枯燥的文化課學習之余參與自己感興趣的事物,這是對自己的各類素養(yǎng)的全面提升,也是全身心的放松,使人愉悅.對教師而言,在教課之余能夠?qū)⒆约旱乃鶎W傳授給學生,提高教師個人的職業(yè)成就感.對于學生的總體教育而言,能夠讓學生全面發(fā)展,讓學習物理的人可以參與到藝術(shù)創(chuàng)作中來,也可以是學習藝術(shù)的學生參與理化生等自然科學的實驗中來,當然也可以積極參與到自己熱愛的體育運動中去.人作為復雜的社會個體,其發(fā)展成長過程中能夠接觸到各種自然科學及社會科學的學習,本身是一件非常有意義的體驗,既提高了學科學習的動力,又提高了學生的藝術(shù)修養(yǎng),能夠做到真正意義上的提高人的核心素養(yǎng)和綜合素質(zhì).

3 STEAM教育與原始物理問題的初步探究

物理是一門以實驗為基礎的自然科學,古今中外想要在自然科學上取得成就,是離不開實驗探究的,正所謂從生活中來,到生活中去.在原始物理問題上,高中教材中已經(jīng)設置了較多的實驗探究,并且隨著教育改革的不斷推廣和深入,教材設置也是越來越多地加入探究性實驗和生活實例.但是大多數(shù)實驗探究過程對學生的要求較高,這對學生來說是一個很大的考驗,而且物理學科本身的難度和課程的時間設置上,也很難保證學生能夠參與到每一個實驗中.所以大多數(shù)實驗還是以老師先演示,學生觀察,再在老師的引導下得出結(jié)論,最后應用結(jié)論解決問題,此問題并不是實際問題而是書面問題.這樣就出現(xiàn)了實驗與理論相脫離,學生的學習和生活相脫離,學生的理論知識與實驗動手能力相脫離的囧狀.STEAM教育理念就能夠很好地解決這種尷尬的境況.首先利用校本課程能夠?qū)⑽锢碚n堂中無法保證的時間予以補充,并且靈活地運用課后實踐課程,不拘泥于課堂教學的形式、人數(shù)限制和固定的教師配備讓學生參與到生活實踐中去.沒有傳統(tǒng)意義上的教與學,只是在教師指導下完成自己的實驗探究或?qū)W過的理論知識進行驗證.而STEAM教育的最大特點是不固定,無邊界,靈活吸收各個層次的學生讓其參與到學習實踐中去.能夠滿足不同層次學生的需求,基礎薄弱的學生可以體驗較為簡單的物理實驗及理論的推導過程;基礎扎實的學生可以不拘泥于任何形式,以自己的模式驗證自己的想法,可以對課堂中的實驗過程提出質(zhì)疑并進行有效驗證及改進.

在STEAM教育理念的指導下,學生在傳統(tǒng)的課堂教學與新的科學技術(shù)和學科研究方法結(jié)合的前提下更好地發(fā)揮個人優(yōu)勢.有組織能力的同學可以協(xié)調(diào)學生之間的任務分配,數(shù)學能力強的探究者也能發(fā)揮自己的專長,建立物理量之間的函數(shù)關(guān)系并進行分析,當然大家綜合起來可以對物理模型中的函數(shù)關(guān)系的適用范圍、適用條件等進行合理深入的探究和規(guī)范.

以上只是淺層次的合作,學科之間的融合對參與者的要求會更加寬泛,物理與數(shù)學之間的關(guān)系我們無須贅述,物理與化學、物理與生物、物理與哲學等學科之間的關(guān)系也密不可分.在科學技術(shù)飛速發(fā)展的今天,學習者與教育者已不再是簡單的知識傳授與接受的關(guān)系,而是互相提升相互成就與合作的關(guān)系,學習者與學習者之間的關(guān)系也比以往的關(guān)系更加緊密復雜.專業(yè)邊界的模糊和互相滲透對學習者和教育者都提出了更高的要求.我們應從最簡單最基礎的地方入手,在學生學習高中物理時就建立STEAM教育理念,這樣能夠輕松自然地接受之后更大的挑戰(zhàn).