STEAM教育理念融入高中物理課堂教學(xué)的實(shí)踐研究

鄢易行

在學(xué)科融合的教育背景下，傳統(tǒng)“灌輸式”的教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足學(xué)生的發(fā)展需要，這是學(xué)生對物理知識不感興趣的主要原因之一。STEAM模式通過將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)相結(jié)合，讓教師產(chǎn)生新的教學(xué)思路，讓教學(xué)方法更科學(xué)、更合理。基于此，文章以高中物理為研究對象，簡述了STEAM模式，分析了利用STEAM開展物理教學(xué)的意義，最后以案例的方式對STEAM理念融入物理教學(xué)進(jìn)行了深入的研究，期望文章的討論與研究能夠給有關(guān)工作者提供借鑒和參考。

一、STEAM概述

STEAM是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)的英文首字母。實(shí)際上，STEAM教育就是跨知識融合的一種教學(xué)理念，從融合視角對知識展開分析，可以提升學(xué)生的認(rèn)知，再借助合理的教學(xué)手段深化學(xué)生對物理知識的理解，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生物理品質(zhì)的培養(yǎng)。STEAM教育理念還強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的認(rèn)知為基礎(chǔ)，幫助學(xué)生優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，在整合新舊知識的過程中對知識產(chǎn)生更深層次的認(rèn)識。所以，在保證物理課程正常教學(xué)的前提下，如何將STEAM教育理念融入物理課堂教學(xué)，是擺在教師面前的重要問題。教師只有立足整體視角，積極創(chuàng)新教學(xué)模式，才能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的道路上走得更遠(yuǎn)。

二、STEAM教育理念的內(nèi)容

（一）科技融合化

在全新的理念背景下，STEAM強(qiáng)調(diào)淡化學(xué)科界限，融合各學(xué)科知識解決現(xiàn)實(shí)問題。物理教學(xué)要以知識為背景，適當(dāng)?shù)厝谌肟茖W(xué)技術(shù)，如萬有引力定律與航天技術(shù)、機(jī)器人與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和物理傳感器的關(guān)系。另外，物理學(xué)習(xí)可引入與學(xué)生生活相近的科技產(chǎn)品，如智能掃地機(jī)器人、智能燈等，讓學(xué)生體會到物理知識給生活帶來的便利，為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。[1]

（二）工程技術(shù)應(yīng)用化

在眾多的工程領(lǐng)域，物理學(xué)起著先導(dǎo)的作用。以物理原理為基礎(chǔ)，分析其在工程技術(shù)中的應(yīng)用可以不斷豐富課程資源，同時提升學(xué)生的工程意識，如力學(xué)原理與工程技術(shù)、機(jī)械波與聲學(xué)技術(shù)、電磁理論與電磁技術(shù)等。以物理原理分析工程技術(shù)案例，可以強(qiáng)化學(xué)生的工程意識。

（三）物理人文化

物理學(xué)家霍金曾說：“物理是一門最基礎(chǔ)的關(guān)于自然的學(xué)問，是最具詩意的科學(xué)?！爆F(xiàn)行的物理教材中有著豐富的人文素養(yǎng)內(nèi)容，如牛頓三大定律反映了一種自然之美;“溫度、壓強(qiáng)、速度與能量”是自然語言的再現(xiàn);物理學(xué)家為了追求真理，不畏權(quán)勢、刻苦鉆研的高貴品質(zhì)等。教師將其滲透于物理教學(xué)中，不僅滋潤著學(xué)生的心靈，還提升了學(xué)生的文化品位。

（四）物理與數(shù)學(xué)融合化

數(shù)學(xué)是一切自然學(xué)科的基礎(chǔ)，在物理學(xué)習(xí)中主要表現(xiàn)為概念、規(guī)律、問題解決等。如研究牛頓經(jīng)典力學(xué)就會遇到矢量分析;運(yùn)動學(xué)中加速度的計(jì)算就會用到導(dǎo)數(shù)知識;行星運(yùn)動規(guī)律的研究中可能涉及圓的基本幾何性質(zhì);光的傳播、機(jī)械波、交流電部分又會涉及函數(shù)增減性的知識等。在物理教學(xué)中，指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)解答問題，不僅強(qiáng)化了學(xué)生的數(shù)學(xué)思維，還為學(xué)生解決問題提供了有力的工具。[2]

三、STEAM教育理念融入高中物理課堂教學(xué)的實(shí)踐研究

STEAM是多門學(xué)科融合的教育，通過學(xué)科知識的整合，可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個真實(shí)、富有畫面感的物理情境，在學(xué)生的生活經(jīng)歷、問題分析中提升自身的能力。在教學(xué)改革的持續(xù)發(fā)展下，學(xué)生物理核心素養(yǎng)提升受到了關(guān)注。要想達(dá)成這一目標(biāo)，教師就要加大教學(xué)研究的力度，以STEAM教育理念的融入為契機(jī)，有意識地將其融入高中物理課堂教學(xué)的各環(huán)節(jié)中，一是可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提高課堂的有效性;二是可以將學(xué)生內(nèi)在的能動性激發(fā)出來，以促進(jìn)物理教學(xué)質(zhì)量與效率的穩(wěn)步提升。

（一）科學(xué)在高中物理教學(xué)中的滲透

1.讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)知識形成的過程

在學(xué)科知識學(xué)習(xí)中，只有讓學(xué)生經(jīng)歷人類思想發(fā)展的過程，才能實(shí)現(xiàn)他們的再創(chuàng)造。學(xué)生應(yīng)主動探索物理的發(fā)生原因、發(fā)展過程，進(jìn)而明確物理的發(fā)展方向。[3]比如，在魯科版“庫侖定律、安培力及其應(yīng)用、法拉第電磁感應(yīng)定律”的學(xué)習(xí)中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生重走科學(xué)家的研究之路，在真實(shí)問題中產(chǎn)生更深的分析與思考，在實(shí)驗(yàn)探究中探尋規(guī)律，掌握知識。

2.物理學(xué)史在教學(xué)中的滲透

任何一個物理概念的提出，任何一個物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都是一段物理發(fā)展的過程，這一過程蘊(yùn)含著豐富的物理思想。因此，在某個物理概念的教學(xué)中，教師要事先準(zhǔn)備好資料，帶領(lǐng)學(xué)生一起了解物理科學(xué)家的故事。教師加強(qiáng)物理學(xué)史在物理課堂的滲透，不僅可以豐富學(xué)生的物理知識，還有效提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（二）技術(shù)在高中物理教學(xué)中的滲透

1.開發(fā)技術(shù)課程內(nèi)容

教師指導(dǎo)學(xué)生利用物理原理分析工程技術(shù)，開發(fā)和應(yīng)用與課程內(nèi)容有關(guān)的技術(shù)問題，有助于學(xué)生綜合能力的提升。如在魯科版“大顯身手的傳感器”的學(xué)習(xí)中，教師播放“網(wǎng)紅樓道燈”的視頻，學(xué)生驚奇于此燈不需要開關(guān)，聽到腳步聲就能亮起，但白天光線充足時，即使有腳步聲燈也不亮。教師指導(dǎo)學(xué)生以小組為單位對“樓梯燈聲控系統(tǒng)”進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先，教師引導(dǎo)學(xué)生分析樓道聲控?zé)舻幕驹恚瑢τ玫降母鱾€元器件進(jìn)行介紹，如光敏電阻的阻值變化規(guī)律、駐極體話筒的電聲性能等，然后要求學(xué)生根據(jù)掌握的知識，在小組內(nèi)合作設(shè)計(jì)簡易版的“樓梯燈聲控系統(tǒng)”，最后以報(bào)告的方式提交上來。在這一過程中，技術(shù)設(shè)計(jì)、制作、探究、合作融合在了一起，有效提升了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

2.巧用實(shí)驗(yàn)室技術(shù)資源

現(xiàn)如今，眾多的高中物理實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)配備了與力、熱、光、電、磁等有關(guān)的設(shè)備，這些設(shè)備本身就蘊(yùn)含著豐富的現(xiàn)代技術(shù)因素，如傳感技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。教師只要合理運(yùn)用這些資源，就可以讓學(xué)生體會到現(xiàn)代信息技術(shù)在學(xué)生物理學(xué)習(xí)中的價值，同時推動著學(xué)生知識向自身能力的轉(zhuǎn)化，并為學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。比如，在“磁場”的學(xué)習(xí)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度是一種看不到、摸不著的東西，學(xué)生理解起來很困難。為此，教師就要事先準(zhǔn)備好磁感應(yīng)傳感器、計(jì)算機(jī)和配套軟件，在課堂通過移動線圈內(nèi)的傳感器測量頭，借助計(jì)算機(jī)將不同位置下的磁感應(yīng)強(qiáng)度記錄下來，就可以形成磁感應(yīng)強(qiáng)度的圖像了，方便學(xué)生觀察與分析，由此深化對本節(jié)難點(diǎn)知識的理解。

（三）工程在物理教學(xué)中的滲透

當(dāng)今的工程技術(shù)中涉及很多物理學(xué)原理，如浮力定律與混凝土澆筑、毛細(xì)現(xiàn)象與新型建筑材料、電子信息技術(shù)與通信工程等。同樣，工程技術(shù)也能促進(jìn)物理學(xué)的發(fā)展，讓物理學(xué)從理論走向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生對物理的認(rèn)識更加深入，它必然會反映到物理教學(xué)的優(yōu)化與創(chuàng)新中來。教師依照物理內(nèi)容與學(xué)生的現(xiàn)實(shí)情況，可以選擇典型的案例。比如，在魯科版“力的分解”一課中，教師視頻引入古代智慧的結(jié)晶“趙州橋”，引起學(xué)生困惑：趙州橋歷經(jīng)1400多年風(fēng)雨，為何仍然屹立不倒？引導(dǎo)學(xué)生選取“第一塊石頭”為研究對象，進(jìn)行受力分析，通過小組討論得出結(jié)論，既復(fù)習(xí)了石頭受到的重力、彈力等舊知識，又構(gòu)建了通往新知識的臺階。

（四）數(shù)學(xué)在物理教學(xué)中的滲透

1.用數(shù)學(xué)比值定義物理量

用數(shù)學(xué)比值定義物理量形式簡單，計(jì)算方便。在當(dāng)下的物理學(xué)習(xí)中，反映物質(zhì)本質(zhì)的物理量常?？梢杂帽戎档姆绞絹矶x，如電磁強(qiáng)度為E、電容為C。而且對物體運(yùn)動進(jìn)行描述的物理量也常可以采用數(shù)學(xué)比值的方式定義，如加速度a、角速度ω。教師可以創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，讓學(xué)生在真實(shí)問題下自主摸索和思考，教師再進(jìn)行引導(dǎo)、歸納與總結(jié)。

2.用數(shù)學(xué)方程表達(dá)物理定律

數(shù)學(xué)方程是助力學(xué)生解決物理問題的一種有效手段。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要指導(dǎo)學(xué)生以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行分析。例如，在“牛頓第二定律”的教學(xué)中，教師組織學(xué)生利用氣墊導(dǎo)軌開展實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用控制變量法，在保持小車質(zhì)量一定的情況下，通過增減懸掛重物的質(zhì)量改變繩子拉力，利用打點(diǎn)計(jì)時器紙帶進(jìn)行處理，得到多組力和加速度的數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)列表法和圖象法分析，得到加速度與合力大小成正比;而后保持拉力不變，用同樣的方法分析加速度與質(zhì)量的數(shù)據(jù)，得到加速度大小與物體質(zhì)量成反比，最后推導(dǎo)出牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

3.利用數(shù)學(xué)解決物理問題

數(shù)學(xué)的分析法、函數(shù)法和圖象法在物理習(xí)題中都有重要應(yīng)用，如追及相遇問題中，分析兩車恰好不相撞的條件，教師要引導(dǎo)學(xué)生畫圖分析：（1）追上時，位置相同，推導(dǎo)位移關(guān)系，列出含有時間的公式。（2）“恰好”表明速度要相同，列出速度—時間公式。教師引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)分析法聯(lián)立公式求解，也可以利用函數(shù)法中的求根判別式求解，還可以用v-t圖象分析求解。本題解答，整體采用的是數(shù)學(xué)思路?？梢?，數(shù)學(xué)知識在學(xué)生解答物理題目時發(fā)揮著重要的作用。

（五）藝術(shù)在物理教學(xué)中的滲透

1.物理中的藝術(shù)之美

物理教材內(nèi)的藝術(shù)美比比皆是，如磁生電、電生磁的對稱美;能量守恒中體現(xiàn)的和諧之美;原子內(nèi)電子殼層分布的有序美;牛頓定律將天上、地下物體統(tǒng)一起來的統(tǒng)一之美。

2.物理中的自然之美

物理是一門自然學(xué)科，自然界中的很多現(xiàn)象都滲透著自然之美，如光學(xué)衍射實(shí)驗(yàn)形成的彩色條紋、不均勻空氣在光的折射下形成的海市蜃樓。這都是物理自然之美的真實(shí)再現(xiàn)，可以激發(fā)學(xué)生探究物理的熱情。

四、STEAM理念在高中物理活動融入中存在的問題以及優(yōu)化建議

因STEAM理念在我國的應(yīng)用還處于發(fā)展階段，在落實(shí)中還存在一些問題，首先是教師本身的專業(yè)問題。在知識儲備上，教師只對物理知識有一定的積累，對其他幾門學(xué)科知識只是簡單的了解，在跨學(xué)科整合中難度很大。其次，STEAM理念是一種融合教育，甚至一些知識是全新的領(lǐng)域，所以需要學(xué)生花費(fèi)一定的時間研究。要在規(guī)定的時間內(nèi)完成既定的教學(xué)規(guī)劃，這對教師提出了一定的要求。最后，教師要注意并非所有的物理知識都適用于STEAM模式，若為了應(yīng)用而應(yīng)用，勢必會出現(xiàn)相反的效果。

根據(jù)上述存在的問題，文章提出了幾點(diǎn)優(yōu)化的建議：首先，建立一支綜合型、專業(yè)性強(qiáng)的師資隊(duì)伍。比如在高校師范生的培育中加入STEAM理念，以不斷拓寬教師的視野。另外，要注重任職教師的可持續(xù)發(fā)展，讓教師時刻掌握前沿知識。其次，教師必須合理規(guī)劃教學(xué)時間，如實(shí)驗(yàn)器材環(huán)節(jié)要提前準(zhǔn)備好，讓學(xué)生在課前預(yù)習(xí)，這樣不僅可以解決課堂時間不足的問題，還能引導(dǎo)學(xué)生在好奇心的推動下進(jìn)行探究。最后，可以建立物理興趣小組，在STEAM理念的引領(lǐng)下，綜合課程的專業(yè)性、趣味性和實(shí)踐性，可以將育人的效果發(fā)揮到最大。

綜上所述，STEAM作為一種跨學(xué)科教學(xué)理念，其在物理課堂的融入必須講究方式方法，切不可生搬硬套，這樣才能將其培養(yǎng)人才的價值發(fā)揮出來。對高中生來講，物理是他們學(xué)習(xí)的一門基礎(chǔ)課程，教師應(yīng)以先進(jìn)理念為支撐，積極優(yōu)化教學(xué)方法，不僅可以調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能讓學(xué)生在自主參與中得到手、腦的鍛煉，為學(xué)生物理綜合能力的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在高中物理教學(xué)中，教師踐行STEAM理念，可以展現(xiàn)出形式多樣的物理活動，可以推動物理教學(xué)的有序開展，可以讓學(xué)生在夯實(shí)基礎(chǔ)的同時提升自身的創(chuàng)新能力。因此，在今后的物理教學(xué)中，教師要樹立起融合的理念，加強(qiáng)物理知識與其他學(xué)科的融合，為學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫煦晗.基于STEAM理念的中學(xué)教育實(shí)踐研究：以高中物理“豎直上拋運(yùn)動”為例[J].理科考試研究，2022（5）：41-43.

[2]鄒萍，段懷璽，張軼炳.STEAM理念融入高中物理課堂教學(xué)的實(shí)踐與探索：以“電動機(jī)模型”為例[J].物理教學(xué)探討，2021（2）：10-14.

[3]趙赫，梁林艷，李雪，等.基于STEAM教育的中學(xué)物理教學(xué)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019（8）：2-3.

（作者單位：福建省永泰縣城關(guān)中學(xué)）

編輯：陳鮮艷