高中原始物理問題與STEAM教育初探

摘 要：隨著時代的發(fā)展，教育思想與教學(xué)方法也隨之改變，原始物理問題是學(xué)好高中物理的關(guān)鍵所在.利用STEAM教育與高中物理課堂相結(jié)合，物理核心素養(yǎng)與學(xué)科實踐之間的融合，可以提高學(xué)生的綜合思維能力、動手實踐、團(tuán)隊協(xié)作和創(chuàng)新意識.所以STEAM仍然是我們解決原始物理問題的手段與工具，也是用現(xiàn)代手段解決原始問題的有效現(xiàn)代載體.

關(guān)鍵詞：原始物理問題；STEAM教育；課堂教學(xué)；核心素養(yǎng)；學(xué)科融合

中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）24-0062-03

收稿日期：2023-05-25

作者簡介：孫玲玲（1982.9-），女，甘肅省會寧人，本科，中學(xué)一級教師，從事高中物理教學(xué)研究.

基金項目：本文為課題的研究論文“從STEAM教育培養(yǎng)學(xué)生解決原始物理問題能力并以此落實物理核心素養(yǎng)的有效性探究”（課題批號：JQ［2022］GHB058）

原始物理問題是一個非常寬泛的概念，但發(fā)現(xiàn)、學(xué)習(xí)探究和解決最原始的物理問題，正是學(xué)習(xí)物理這門學(xué)科最初的動機(jī)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(fù)雜，高中物理課堂中的教學(xué)與對應(yīng)的考核辦法都是將原始物理問題進(jìn)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(xué)習(xí)實踐由簡到難應(yīng)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(xué)（Sciense）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等各類學(xué)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(xué)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(jìn)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(xué)生的核心素養(yǎng)和多學(xué)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(yīng)用進(jìn)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(jìn)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(xué)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(xué)、規(guī)范呢？答案顯然是否定的.在學(xué)習(xí)過程中將“力”與“運動”獨立探究，這樣做有利于學(xué)生對知識理解與應(yīng)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(fù)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(xùn)，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(xué)中不難發(fā)現(xiàn)學(xué)生的理解也存在很嚴(yán)重的經(jīng)驗主義，大多數(shù)學(xué)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(xué)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(fù)驗證和理論的推導(dǎo)，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(jìn)行抽象模擬.能夠利用計算機(jī)信息技術(shù)^［2］，進(jìn)行科學(xué)合理的取舍，讓學(xué)習(xí)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(xué)與物理學(xué)中反復(fù)討論與思考的問題，也是我們學(xué)好物理的前提和基礎(chǔ).

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(xué)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(jìn)行抽象，對與研究對象接觸的相關(guān)物體沒有進(jìn)行科學(xué)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(xué)有效的研究體系和先進(jìn)的科學(xué)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(xué)的生活經(jīng)驗是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.

我們當(dāng)代高中生的學(xué)習(xí)這些物理中的原始問題時就已經(jīng)具備了較為完整的學(xué)科體系、充足的實驗設(shè)備、足夠的專業(yè)知識儲備、科學(xué)有效的專業(yè)指導(dǎo)以及先進(jìn)的計算機(jī)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(jìn)行科學(xué)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(xué)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(xué)的方方面面.從最簡單的多媒體教學(xué)到物理問題的抽象處理，再到具體化呈現(xiàn)；從小學(xué)教育就已經(jīng)開始的信息技術(shù)教學(xué)到逐漸被人接受的編程模塊的教育教學(xué)，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(xué)生在獨立學(xué)科的學(xué)習(xí)中，不僅僅是學(xué)習(xí)本學(xué)科的專業(yè)知識，還要在學(xué)習(xí)的過程中學(xué)會怎樣利用豐富的資源為終身的學(xué)習(xí)成長助力.

2 對于STEAM教育的初步探討

在學(xué)校課堂教學(xué)中，先進(jìn)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(yīng)用上.通過本人及同事在培訓(xùn)學(xué)習(xí)期間所見所學(xué)可以看出：有些學(xué)校針對新高考有針對性地進(jìn)行了一系列重大變革，很值得我們學(xué)習(xí).首先在課程設(shè)置上與以往的只設(shè)置高考科目不同，每個學(xué)校根據(jù)自己的地域特色以及學(xué)校的特色教育，和老師們的專長與個性設(shè)置了門類繁多的各種校本課程.這是從學(xué)校的結(jié)構(gòu)體制上首先打破傳統(tǒng)教育理念，使學(xué)生能夠根據(jù)自己的興趣愛好選擇自己的校本課程，學(xué)生能夠在枯燥的文化課學(xué)習(xí)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(xué)傳授給學(xué)生，提高教師個人的職業(yè)成就感.對于學(xué)生的總體教育而言，能夠讓學(xué)生全面發(fā)展，讓學(xué)習(xí)物理的人可以參與到藝術(shù)創(chuàng)作中來，也可以是學(xué)習(xí)藝術(shù)的學(xué)生參與理化生等自然科學(xué)的實驗中來，當(dāng)然也可以積極參與到自己熱愛的體育運動中去.人作為復(fù)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(xué)及社會科學(xué)的學(xué)習(xí)，本身是一件非常有意義的體驗，既提高了學(xué)科學(xué)習(xí)的動力，又提高了學(xué)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(chǔ)的自然科學(xué)，古今中外想要在自然科學(xué)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(shè)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(shè)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(xué)生的要求較高，這對學(xué)生來說是一個很大的考驗，而且物理學(xué)科本身的難度和課程的時間設(shè)置上，也很難保證學(xué)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(xué)生觀察，再在老師的引導(dǎo)下得出結(jié)論，最后應(yīng)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(xué)生的學(xué)習(xí)和生活相脫離，學(xué)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(bǔ)充，并且靈活地運用課后實踐課程，不拘泥于課堂教學(xué)的形式、人數(shù)限制和固定的教師配備讓學(xué)生參與到生活實踐中去.沒有傳統(tǒng)意義上的教與學(xué)，只是在教師指導(dǎo)下完成自己的實驗探究或?qū)W(xué)過的理論知識進(jìn)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(xué)生讓其參與到學(xué)習(xí)實踐中去.能夠滿足不同層次學(xué)生的需求，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生可以體驗較為簡單的物理實驗及理論的推導(dǎo)過程；基礎(chǔ)扎實的學(xué)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(jìn)行有效驗證及改進(jìn).

在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，學(xué)生在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與新的科學(xué)技術(shù)和學(xué)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(xué)可以協(xié)調(diào)學(xué)生之間的任務(wù)分配，數(shù)學(xué)能力強(qiáng)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(jìn)行分析，當(dāng)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(jìn)行合理深入的探究和規(guī)范.

以上只是淺層次的合作，學(xué)科之間的融合對參與者的要求會更加寬泛，物理與數(shù)學(xué)之間的關(guān)系我們無須贅述，物理與化學(xué)、物理與生物、物理與哲學(xué)等學(xué)科之間的關(guān)系也密不可分.在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者之間的關(guān)系也比以往的關(guān)系更加緊密復(fù)雜.專業(yè)邊界的模糊和互相滲透對學(xué)習(xí)者和教育者都提出了更高的要求.我們應(yīng)從最簡單最基礎(chǔ)的地方入手，在學(xué)生學(xué)習(xí)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).

參考文獻(xiàn)：

［1］ 邢紅軍.原始物理問題教學(xué)研究［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

［2］ 鄭影彤，陳躍欣，王良彬，莫偉健.中小學(xué)創(chuàng)客教育課程體系設(shè)計［J］.福建電腦，2021，37（06）：83-87.

［責(zé)任編輯：李 璟］