STEAM教育理念下的高中物理教學(xué)實(shí)踐探討

鄭益霞

(江蘇省泰州市姜堰區(qū)張甸中學(xué),江蘇 泰州 225527)

STEAM教育是集科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Arts)、數(shù)學(xué)(Mathematics)多學(xué)科融合的綜合教育,它代表目前國際上一種新的綜合學(xué)科背景下的教育思潮,是一種重實(shí)踐的超學(xué)科教育理念.在新課程改革背景下,高中物理學(xué)科的主要目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.

1 基于教學(xué)理念指導(dǎo),明確教學(xué)實(shí)踐原則

STEAM教育旨在打破學(xué)科領(lǐng)域的界限,倡導(dǎo)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式,強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)性和實(shí)踐性.在高中物理課程教學(xué)中,基于項(xiàng)目的STEAM學(xué)習(xí)在增強(qiáng)人文素養(yǎng)、培育理性思維、養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)、提升個(gè)體覺悟、強(qiáng)化問題解決等方面具有積極意義,是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑.但是,與傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐相比,STEAM教學(xué)的開展存在一定難度,因此,教育工作者應(yīng)加強(qiáng)教學(xué)研究,明確STEAM教育理念的要求,理清教學(xué)原則,進(jìn)而為教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)與實(shí)施做好準(zhǔn)備.

1.1 堅(jiān)持綜合性原則,融合多學(xué)科內(nèi)容

STEAM教育區(qū)別于傳統(tǒng)的單學(xué)科、重書本知識(shí)的填鴨式教育,是一種重實(shí)踐跨學(xué)科的綜合教育理念.因此,在高中物理課程教學(xué)中,教師應(yīng)基于理念指導(dǎo)提煉和整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)、社會(huì)人文六大領(lǐng)域知識(shí),整合教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生在體驗(yàn)各學(xué)科知識(shí)特點(diǎn)與相互關(guān)聯(lián)的過程中實(shí)現(xiàn)綜合發(fā)展.例如,在以“磁懸浮列車科學(xué)探秘”為主題的STEAM教學(xué)中,設(shè)計(jì)者融合了加速度、向心加速度等物理概念、物理實(shí)驗(yàn)等知識(shí),要求學(xué)生測量加速度、向心加速度的數(shù)值、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案;融合了三角函數(shù)、相似三角形、圓心定理等數(shù)學(xué)知識(shí),要求學(xué)生推算加速度,推導(dǎo)向心加速度;引入了圖像分析、畫圖、視頻處理等信息技術(shù)知識(shí),要求學(xué)生掌握專業(yè)軟件的應(yīng)用技巧;融入了某線磁懸浮列車的運(yùn)行速度,要求學(xué)生從工程學(xué)知識(shí)探析列車制造秘密等[1].通過這樣的學(xué)科融合,學(xué)生才能在同一項(xiàng)目中接觸并學(xué)習(xí)多學(xué)科知識(shí),實(shí)現(xiàn)綜合發(fā)展.

1.2 堅(jiān)持情境性原則,激發(fā)學(xué)生動(dòng)機(jī)

情境性原則強(qiáng)調(diào)STEAM學(xué)習(xí)項(xiàng)目是在特定的情境下展開的,其目的是讓學(xué)生依托情境調(diào)動(dòng)知識(shí)與情感,實(shí)現(xiàn)對問題的深入探究,進(jìn)而給出解決問題的方案.基于此,在高中物理教學(xué)指導(dǎo)中,教師應(yīng)根據(jù)學(xué)科特點(diǎn),依托生活背景為學(xué)生構(gòu)建具有引導(dǎo)意義的學(xué)習(xí)情境,引入驅(qū)動(dòng)性問題,為學(xué)生探索學(xué)習(xí)做好鋪墊.例如,在“磁懸浮列車科學(xué)探秘”的STEAM教學(xué)中,教師結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活、利用媒體資源創(chuàng)設(shè)情境:2017年年底,北京首條中低速磁懸浮列車S1線正式開通,設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h.與傳統(tǒng)的地鐵相比,低速磁懸浮列車不僅速度快,而且更加平穩(wěn)、低噪音,因此受到了市民的廣泛歡迎.那么你知道為什么低速磁懸浮列車會(huì)有這些優(yōu)點(diǎn)嗎?請結(jié)合所學(xué)知識(shí)對低速磁懸浮列車的奧秘一探究竟.這一情境與社會(huì)生活密切相關(guān),對于學(xué)生有一定的吸引力,教師利用多媒體豐富情境內(nèi)容,合理提出問題,也調(diào)動(dòng)了學(xué)生探究學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)[2].

1.3 堅(jiān)持實(shí)踐性原則,突出教學(xué)特色

實(shí)踐探索是STEAM教學(xué)項(xiàng)目落實(shí)的主要方式.所謂實(shí)踐性強(qiáng)調(diào)的是引導(dǎo)學(xué)生參與到項(xiàng)目的探究中來,以生活情境為載體,從生活中的常見物質(zhì)入手去解決相應(yīng)的問題,這樣既能夠增加項(xiàng)目學(xué)習(xí)的親切感,激發(fā)興趣,便于與學(xué)生產(chǎn)生共鳴,同時(shí)也可以促使他們真正地實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用,實(shí)現(xiàn)實(shí)踐素養(yǎng)的提升.例如,在“磁懸浮列車科學(xué)探秘”的STEAM教學(xué)中,教師引導(dǎo)學(xué)生通過物理實(shí)驗(yàn)探究列車啟動(dòng)時(shí)的加速度、向心加速度.要求學(xué)生利用信息技術(shù)模擬磁懸浮列車運(yùn)動(dòng)的過程,并講解其中的原理;要求學(xué)生展開線上調(diào)研,了解人們對于磁懸浮列車的認(rèn)識(shí),并設(shè)計(jì)科普海報(bào)等[3].在這一項(xiàng)目推進(jìn)過程中,教師為學(xué)生創(chuàng)造了實(shí)踐探索的空間,讓他們在做中學(xué),參與其中,樂在其中,有效提升其知識(shí)的綜合運(yùn)用能力、分析解決實(shí)際問題能力以及交流合作能力.

2 重視教學(xué)模式構(gòu)建,推動(dòng)學(xué)習(xí)項(xiàng)目實(shí)施

在高中物理課程教學(xué)中,教育工作者可以根據(jù)STEAM教育理念對以講解為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新.在新的教學(xué)模式的推動(dòng)下,學(xué)生以項(xiàng)目為依托,展開合作探究,在小組合作中進(jìn)行科學(xué)探究,分析探究數(shù)據(jù),構(gòu)建物理模型解釋實(shí)際現(xiàn)象.項(xiàng)目中一系列的探究活動(dòng)能夠引導(dǎo)學(xué)生因地制宜,動(dòng)手改進(jìn)、制作探究方案,形成實(shí)踐成果,解決實(shí)際問題,克服困難,完成探究任務(wù).而在動(dòng)手操作中,學(xué)生不僅能夠提高對物理學(xué)科的認(rèn)識(shí),其邏輯思維、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力以及審美能力等都能夠得到進(jìn)一步的發(fā)展.基于此,在高中物理教學(xué)實(shí)踐中,根據(jù)STEAM教育理念指導(dǎo),教育工作者可以從以下幾個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)建教學(xué)模式.

2.1 創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)興趣

STEAM教育理念下的高中物理教學(xué)實(shí)踐通過創(chuàng)建真實(shí)的問題情境,以學(xué)習(xí)項(xiàng)目為依托,融合了多學(xué)科知識(shí),充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用,使其能夠在活動(dòng)探究過程中,學(xué)習(xí)多種學(xué)科知識(shí),提升實(shí)際問題解決能力.例如,在學(xué)生學(xué)習(xí)了“機(jī)械能及其守恒定律”等相關(guān)知識(shí)后,對彈性勢能、動(dòng)能以及機(jī)械能守恒定律形成了一定的認(rèn)識(shí)和理解,為了進(jìn)一步深化學(xué)生對物理知識(shí)和技能的掌握,實(shí)現(xiàn)靈活遷移,提高解決問題的能力,教師設(shè)計(jì)了以“探秘回滾筒”為主題的STEAM教學(xué)活動(dòng).在活動(dòng)中,教師結(jié)合生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境,并提出問題:在生活中,大家一定能接觸到各種各樣有彈性的物體,比如彈簧、海綿、橡皮筋等.這些具有彈性的物體,可以用來做什么?如果這些物體再加上一個(gè)圓筒,它會(huì)發(fā)生怎樣的變化?在情境的引導(dǎo)下,學(xué)生聯(lián)想滾動(dòng)的筒,形成對項(xiàng)目主題的感知,并產(chǎn)生探索其中奧秘的動(dòng)機(jī)[4].

2.2 探索實(shí)踐,思考問題

STEAM教學(xué)注重學(xué)生的參與,教師在項(xiàng)目實(shí)施中只是輔助性的角色,通過提問各種相關(guān)的問題,來引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)思維思考問題,并通過學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐來深入認(rèn)識(shí)問題,獲得自主學(xué)習(xí)體驗(yàn),實(shí)現(xiàn)綜合發(fā)展.例如,在以“探秘回滾筒”為主題的STEAM教學(xué)活動(dòng),教師通過在導(dǎo)入情境中引出主題,并在主題下繼續(xù)提問:什么是回滾筒?如何制作回滾筒?根據(jù)制作體驗(yàn)說一說哪些因素會(huì)影響到滾動(dòng)的距離?如何設(shè)計(jì)出更加美觀、有趣的回滾筒?這些問題啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考,驅(qū)動(dòng)其將物理、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等方面充分融合并加以運(yùn)用,進(jìn)而在動(dòng)手實(shí)踐的過程中回答問題,不斷突破難點(diǎn),建構(gòu)知識(shí),鍛煉實(shí)踐能力.

2.3 辨析問題,深入探究

在STEAM教學(xué)中,學(xué)生的探究過程并非預(yù)設(shè)的,其中存在諸多可能性,而這就要求學(xué)生對項(xiàng)目中的問題進(jìn)行深入思考,抓住問題的關(guān)鍵展開探索,通過追問,引發(fā)對一個(gè)問題、一個(gè)觀點(diǎn)的“反思”,并利用所學(xué)的科學(xué)原理確定問題解決方案,進(jìn)而達(dá)到學(xué)以致用的目的.例如,在以“探秘回滾筒”為主題的STEAM教學(xué)實(shí)踐中,教師首先為學(xué)生安排了學(xué)習(xí)任務(wù),要求學(xué)生利用橡皮筋、螺母和塑料瓶制作一個(gè)能夠自由滾動(dòng)的筒.學(xué)生通過合作完成了回滾筒的制作,教師針對學(xué)生作品進(jìn)一步提問:通過同學(xué)們的展示,發(fā)現(xiàn)不同人制作的回滾筒的滾動(dòng)距離是不同的,你知道其中有哪些因素在影響回滾筒的滾動(dòng)距離嗎?學(xué)生在實(shí)踐探究的基礎(chǔ)上辨析問題,深入思考,結(jié)合機(jī)械能及其守恒定律等知識(shí)進(jìn)一步討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來比對不同回滾筒的差異,并總結(jié)出筒的形狀、橡皮筋的數(shù)量等因素會(huì)影響其滾動(dòng)距離.在這一過程中學(xué)生對于已形成的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行回顧、思考,結(jié)合問題探索其中更多的奧秘,深化了對機(jī)械能及守恒定律等知識(shí)的認(rèn)識(shí).

3 做好教學(xué)總結(jié)反思,促進(jìn)教學(xué)實(shí)踐優(yōu)化

所謂“學(xué)而不思則罔”,在高中物理STEAM教學(xué)實(shí)踐中,教師一方面要結(jié)合學(xué)生的發(fā)展需要設(shè)計(jì)項(xiàng)目,指導(dǎo)實(shí)施,完成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo);另一方面還應(yīng)加強(qiáng)總結(jié)與反思,積累經(jīng)驗(yàn),總結(jié)教訓(xùn),為STEAM教學(xué)方案的優(yōu)化提供參考,同時(shí)也形成具有推廣意義的經(jīng)驗(yàn),促進(jìn)物理課程的深化改革.

3.1 做好歸納總結(jié),積累教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

STEAM教育是以問題解決為導(dǎo)向,旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的一種教學(xué)理念.在高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中,教師關(guān)注跨學(xué)科性、實(shí)踐性、協(xié)作性和趣味性,把STEAM理念帶到學(xué)科教學(xué)中去,積極開展探究活動(dòng),讓學(xué)生在體驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了成長,同時(shí)也推動(dòng)了學(xué)科教學(xué)的改革.基于此,在開展STEAM教學(xué)活動(dòng)的過程中,教育工作者要善于從身邊尋找問題,開發(fā)課程,不斷歸納總結(jié),提升自己的STEAM教學(xué)能力,也為課程改革的深化積累理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).

3.2 做好分析反思,推動(dòng)教學(xué)實(shí)踐優(yōu)化

在高中物理STEAM教學(xué)實(shí)踐中,教師應(yīng)善于通過反思及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中存在的問題,圍繞學(xué)生的發(fā)展進(jìn)行教學(xué)優(yōu)化,完善STEAM教學(xué),改進(jìn)后續(xù)教學(xué)效果.例如在以“生活中的圓周運(yùn)動(dòng)”為主題的STEAM教學(xué)實(shí)踐中,教師以現(xiàn)實(shí)生活中火車脫軌的問題引發(fā)學(xué)生思考,促使學(xué)生結(jié)合物理、數(shù)學(xué)、工程等學(xué)科知識(shí)探索生活中的圓周運(yùn)動(dòng),思考如何運(yùn)用物理學(xué)知識(shí)解決實(shí)際的工程技術(shù)問題.在完成項(xiàng)目教學(xué)后,教師對教學(xué)實(shí)施過程進(jìn)行了反思,發(fā)現(xiàn)理論回顧、問題分析、方案設(shè)計(jì)、模型制作、展示分享等環(huán)節(jié)存在的問題,并作出如下改進(jìn)策略:進(jìn)一步優(yōu)化基于學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)探究情境,豐富情境細(xì)節(jié);引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)質(zhì)疑,培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維;給予學(xué)生方案設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì),指導(dǎo)學(xué)生有效合作;為學(xué)生的模型制作提供更多的物質(zhì)支持;營造更加開放的展示空間,讓學(xué)生能以自己喜歡的方式進(jìn)行分享,等等.以此教師可以優(yōu)化STEAM教學(xué)過程,不斷提升物理教學(xué)質(zhì)量.

總之,在高中物理課程改革實(shí)踐中,將STEAM教育理念引入實(shí)踐教學(xué)對于提升教學(xué)效果、促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展有著重要意義.上文結(jié)合高中物理課程教學(xué)實(shí)踐對STEAM教育理念的滲透與應(yīng)用提出了幾點(diǎn)建議,為創(chuàng)新課程教學(xué)的相關(guān)研究提供了參考,但是其中依然存在諸多不足.所以,教育工作者在深化教育改革的背景下應(yīng)進(jìn)一步探究STEAM教育理念在課程教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值,探索設(shè)計(jì)更多學(xué)習(xí)項(xiàng)目,促使學(xué)生在真實(shí)問題中參與跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等方面的必備技能,為終身發(fā)展奠定基礎(chǔ).