基于STEAM的高中物理課堂核心素養(yǎng)培育的實踐研究

鄭華南

摘 要：STEAM主要是指在學(xué)科教學(xué)中融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的融合教學(xué)理念。這一教學(xué)理念打破了傳統(tǒng)教學(xué)的單一學(xué)科教學(xué)的常規(guī)思維，為高中物理課堂教學(xué)提供了新的啟發(fā)和挑戰(zhàn)。此外，這樣的教學(xué)理念不僅能夠促進學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展，還能夠幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中掌握系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式和方法。基于此，本文以STEAM為理論基礎(chǔ)對高中物理課堂核心素養(yǎng)培育的實踐價值進行了分析，提出了相應(yīng)的實踐策略，希望為高中物理教師的教學(xué)實踐提供幫助和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：STEAM教育；高中物理課堂；核心素養(yǎng)培育；實踐研究

目前，高中物理教學(xué)還存在著只重視學(xué)生理論知識掌握、做題效率和質(zhì)量等問題。這一問題不僅會影響學(xué)生形成錯誤的物理學(xué)習(xí)思維，還會影響學(xué)生掌握物理核心素養(yǎng)和構(gòu)建完整物理學(xué)習(xí)的理論與實踐相統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。而為改善這些問題，就需要教師基于STEAM教學(xué)理念，尋找更加高效、多元的物理課堂教學(xué)實踐方式。

一、基于STEAM的高中物理課堂核心素養(yǎng)培育的實踐價值

（一）對學(xué)生的綜合發(fā)展價值

STEAM是STEM的拓展延伸，它是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）五個領(lǐng)域的英文首字母的縮寫。基于STEAM高中物理課堂核心素養(yǎng)培育的實踐對學(xué)生的綜合發(fā)展有著重要的價值。這些價值表現(xiàn)在以下三點：

（1）能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握物理知識和實踐技能

在傳統(tǒng)的物理課堂上，學(xué)生通常只是被動地接受知識和理論，很難將其應(yīng)用到實際中。而STEAM教育強調(diào)實踐和實際應(yīng)用，通過讓學(xué)生參與到各種實驗和項目中，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、實驗、分析和解決問題等能力。例如，在學(xué)習(xí)物理光學(xué)時，教師可以組織學(xué)生設(shè)計和制作一個簡單的激光筆實驗，讓學(xué)生親自操作和觀察，并通過實驗結(jié)果來理解光的傳播和反射規(guī)律。通過這種實踐，學(xué)生不僅能夠更深入地理解物理知識，還能夠培養(yǎng)實際操作和實踐技能。

（2）能夠培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是STEAM教育的核心要素之一，它注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、批判性思維和解決問題的能力。在物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要從不同的角度思考問題，提出自己的想法和解決方案。例如，在學(xué)習(xí)牛頓第二定律時，教師可以提供一個有關(guān)運動物體的實際問題，讓學(xué)生通過觀察和實驗來探索物體受力和加速度之間的關(guān)系。學(xué)生可以通過多種方式提出不同的解決方案，并對其進行實際測試和驗證。通過這種創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，學(xué)生能夠培養(yǎng)獨立思考和解決問題的能力[1]。

（3）能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和物理觀念

在STEAM教育中，學(xué)生通過實踐和實驗來探索和發(fā)現(xiàn)知識，注重問題的提出和解決過程。這種科學(xué)探究的方式培養(yǎng)了學(xué)生的好奇心、探索精神和批判性思維，使他們對科學(xué)和物理有更深入的理解和認識。例如，在學(xué)習(xí)熱力學(xué)時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行一系列的實驗，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)和理解熱能的傳遞和轉(zhuǎn)化規(guī)律。通過這種實踐，學(xué)生能夠培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，包括觀察、實驗、分析和總結(jié)等科學(xué)活動的核心素養(yǎng)，并且能夠形成自己的物理觀念。

（二）對教師的能力提升價值

基于STEAM的高中物理課堂核心素養(yǎng)培育的實踐對教師能力提升有著重要的價值[2]。這些價值主要體現(xiàn)以下兩個方面：

（1）提升跨學(xué)科教學(xué)能力

傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)往往是獨立的，教師只需要掌握自己所教學(xué)科的知識和教學(xué)方法即可。然而，在STEAM教育中，教師需要將不同學(xué)科的知識進行整合和融合，通過跨學(xué)科的教學(xué)方法來解決現(xiàn)實問題。因此，提升教師的跨學(xué)科教學(xué)能力是非常重要的。教師可以通過參加相關(guān)培訓(xùn)和研討會，學(xué)習(xí)跨學(xué)科教學(xué)的理論和實踐經(jīng)驗，提升自己的能力。

（2）為教師提供了新的物理教學(xué)思路

傳統(tǒng)的物理教學(xué)往往以理論知識為主，缺乏與實際生活和社會問題的聯(lián)系。而STEAM教育強調(diào)學(xué)科之間的融合和應(yīng)用，通過解決實際問題來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維。教師可以通過引入STEAM教育的思想和方法，將物理知識與工程、技術(shù)、藝術(shù)等領(lǐng)域進行關(guān)聯(lián)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的同時也能培養(yǎng)其他學(xué)科的能力。這種新的物理教學(xué)思路可以激發(fā)學(xué)生的興趣和動力，提高他們的學(xué)習(xí)效果[3]。

二、基于STEAM的高中物理課堂核心素養(yǎng)培育的實踐研究

（一）以課堂教學(xué)情境導(dǎo)入物理教學(xué)

物理的理論知識是比較抽象的，實踐操作是比較復(fù)雜的。學(xué)生在學(xué)習(xí)這些知識的時候就容易出現(xiàn)注意力不集中、熱情較低和態(tài)度不端正等問題，這些問題不僅會影響物理學(xué)習(xí)效率，還會影響對物理知識的掌握和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[4]。而課堂教學(xué)情境主要是指在課堂教學(xué)中結(jié)合相關(guān)教學(xué)理念和內(nèi)容設(shè)計能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)方式。情境教學(xué)是課堂導(dǎo)入常用的、有效的教學(xué)方式，能夠幫助學(xué)生培養(yǎng)物理學(xué)習(xí)的熱情和核心素養(yǎng)。因此，以STEAM教學(xué)觀念為基礎(chǔ)的高中物理課堂教學(xué)應(yīng)該重視課堂教學(xué)情境在導(dǎo)入物理教學(xué)中的作用。結(jié)合情境教學(xué)的相關(guān)理論，高中物理教師在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的時候應(yīng)該注意以下幾點：

（1）教師應(yīng)該通過情境的設(shè)計和問題的提出，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和源泉，只有激發(fā)了學(xué)生的興趣，才能夠引起他們的主動參與和積極探究。

（2）教師在課堂教學(xué)情境中應(yīng)該充分發(fā)揮引導(dǎo)者的作用，引導(dǎo)學(xué)生深入思考與課題相關(guān)的問題。

（3）在課堂教學(xué)情境中，教師應(yīng)該堅持學(xué)生主體地位，尊重學(xué)生的個性和思維方式。教師可以采用小組合作、項目研究等方式，讓學(xué)生在團隊中相互合作，充分發(fā)揮自己的特長和能力。

（4）提供必要的支持和指導(dǎo)。

（5）立足科學(xué)的教學(xué)理念、學(xué)生生活實際。

例如，教師在教學(xué)魯科版必修一“質(zhì)點和位移”時，可以立足以上五點結(jié)合STEAM教學(xué)理念、本節(jié)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)興趣創(chuàng)設(shè)合適的導(dǎo)入教學(xué)情境。教師應(yīng)該分析教材明確教學(xué)內(nèi)容為：質(zhì)點的概念以及物體能否看成質(zhì)點的條件；矢量和標(biāo)量的區(qū)別。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容教師可以利用多媒體播放“地球繞太陽公轉(zhuǎn)”“奔馳的列車”“展翅翱翔的老鷹”和“籃球投籃”等圖片來創(chuàng)設(shè)對應(yīng)的教學(xué)情境。STEAM教學(xué)理念與傳統(tǒng)教學(xué)理念不同點就在于知識的融合性和跨學(xué)科性。結(jié)合此特點，教師應(yīng)該選擇融合多科目的教學(xué)情境導(dǎo)入教學(xué)?！暗厍蚶@太陽公轉(zhuǎn)”是屬于地理和科學(xué)教學(xué)中的重要內(nèi)容；“奔馳的列車”是屬于物理和技術(shù)等課程的內(nèi)容；“展翅翱翔的老鷹”的圖片屬于科學(xué)和物理的融合知識。

除了以上虛擬的教學(xué)情境，教師可以找到一個與質(zhì)點和位移相關(guān)的真實場景，比如一個班級運動員進行跳高的實踐情境。教師可以讓班級運動員實踐展示這些運動動作并引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考以下問題：

①運動員在跳高過程中，他的身體在空間中的位移是如何變化的？

②運動員的身體位移和時間之間是否存在某種關(guān)系？

③運動員的身體位移和跳高的高度之間是否有關(guān)系？

通過這個實踐情境的引入，教師可以激發(fā)學(xué)生對質(zhì)點和位移的興趣，并使他們開始思考與這個課題相關(guān)的問題。在引導(dǎo)學(xué)生思考的過程中，教師可以提供必要的背景知識和概念解釋，幫助學(xué)生理解和分析視頻中的現(xiàn)象。

由此可知，教師運用以上三張圖片來創(chuàng)設(shè)虛擬的教學(xué)情境和引導(dǎo)學(xué)生運動員實踐展示的情境是符合STEAM教學(xué)理念的。學(xué)生能夠在課堂教學(xué)情境中了解物理教學(xué)中質(zhì)點的概念及成為質(zhì)點的條件等物理基礎(chǔ)知識。

（二）以信息技術(shù)開展物理實驗促進教學(xué)

信息技術(shù)是時代發(fā)展的產(chǎn)物。STEAM的教學(xué)理念要求教師在教學(xué)中重視信息技術(shù)的運用，以此推動學(xué)生物理觀念和科學(xué)思維等物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和發(fā)展。在信息技術(shù)和先進教學(xué)理念的指導(dǎo)下，高中物理教師可以利用虛擬教學(xué)平臺、官方智慧教育平臺、數(shù)據(jù)采集儀器、多媒體設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)資源等開展物理課堂教學(xué)。在此過程中，教師應(yīng)該注意以下幾點：

（1）確定實驗?zāi)繕?biāo)和內(nèi)容。

（2）整合信息技術(shù)資源。

（3）指導(dǎo)學(xué)生進行實驗操作。

此外，引導(dǎo)學(xué)生實驗數(shù)據(jù)分析和討論在以信息技術(shù)開展物理實驗促進教學(xué)時，教師需要注意以下四點：

（1）整合資源并確保穩(wěn)定性。

（2）引導(dǎo)學(xué)生主動參與。

（3）注重實驗設(shè)計和安全。

（4）鼓勵多樣化實驗方法。

例如，教師在教學(xué)魯科版必修一“力與平衡”時，就可以立足以上要求選擇豐富的信息技術(shù)來落實STEAM教學(xué)理念在物理核心素養(yǎng)培育中的實踐。通過分析教材，教師可以確定實驗教學(xué)目標(biāo)就是立足STEAM的教學(xué)理念幫助學(xué)生掌握“力與平衡的相關(guān)內(nèi)容”。立足這些內(nèi)容，教師可以選擇多媒體、智慧教育教學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)上相關(guān)的資料來幫助學(xué)生了解“力的合成”“力的分解”和“共點力的平衡”等方面的理論知識和內(nèi)容。

（1）模擬實驗軟件

教師可以利用物理模擬實驗軟件，如PhET交互式模擬實驗平臺，來進行力與平衡的模擬實驗。通過這些軟件，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進行實驗操作，觀察物體受力的情況，探索力的平衡、合力和分力等概念。教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析，幫助他們深化對物理規(guī)律的理解。例如，在PhET平臺上，教師可以選擇“力學(xué)”模塊下的“平衡力”實驗，學(xué)生可以通過拖拽不同大小和方向的力，觀察物體的平衡情況。教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究，提出問題，探索力的平衡條件，比較不同力的合力和分力等。

（2）虛擬實驗平臺

教師可以利用虛擬實驗平臺，如易博物理實驗平臺，進行力與平衡的虛擬實驗操作。通過這些平臺，學(xué)生可以在虛擬實驗室中進行實驗操作，探索力和平衡的相關(guān)概念。教師可以設(shè)計不同的實驗場景和問題，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究和數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)他們的實踐能力和科學(xué)思維。例如，在易博物理實驗平臺上，教師可以選擇“力學(xué)”模塊下的“力平衡”實驗，學(xué)生可以通過調(diào)整不同力的大小和方向，觀察物體的平衡情況。教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究，提出問題，探索力的平衡條件和合力的計算等。

（3）多媒體教學(xué)素材

教師可以利用多媒體教學(xué)素材來展示力與平衡的原理和實驗過程。通過動畫、實驗視頻等多媒體的呈現(xiàn)，學(xué)生可以更直觀地了解力的作用和平衡的條件。教師可以結(jié)合多媒體素材進行講解和討論，幫助學(xué)生理解和應(yīng)用相關(guān)的物理概念。例如，教師可以使用動畫演示力的平衡條件，通過展示力的大小和方向的平衡關(guān)系，幫助學(xué)生理解力的平衡和合力的概念。教師還可以使用實驗視頻展示具體的力與平衡實驗操作，讓學(xué)生更直觀地了解實驗過程和結(jié)果。

（4）數(shù)據(jù)采集與分析工具

教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)據(jù)采集與分析工具，如傳感器、計算機軟件等，進行力與平衡實驗的數(shù)據(jù)采集和分析。學(xué)生可以通過實時采集和分析實驗數(shù)據(jù)，探索力與平衡的規(guī)律，并進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，提高科學(xué)實驗和數(shù)據(jù)分析的能力。例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用傳感器來采集不同力的大小和方向，通過計算機軟件進行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制。學(xué)生可以通過分析實驗數(shù)據(jù)，探究力的平衡條件和合力的計算方法，深化對力與平衡的理解。

結(jié)合以上分析可知，物理教師可以利用虛擬實驗平臺或者模擬軟件等來幫助學(xué)生培育對應(yīng)的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理核心素養(yǎng)。在信息技術(shù)和STEAM的影響下，教師就應(yīng)該重視用多媒體、虛擬實驗平臺和智慧教育平臺等來幫助學(xué)生了解實驗的步驟、理解實驗的目的，培育物理核心素養(yǎng)。

（三）優(yōu)化教學(xué)評價鞏固教學(xué)成果

物理教師還應(yīng)該重視課堂教學(xué)評價對STEAM教學(xué)理念和學(xué)生核心素養(yǎng)的鞏固和幫助。STEAM教學(xué)理念要求教師在教學(xué)的時候應(yīng)該融合教學(xué)并增強課堂教學(xué)的綜合性。結(jié)合相關(guān)教學(xué)理念的指導(dǎo)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生自主評價、創(chuàng)設(shè)多元化評價方式、引導(dǎo)學(xué)生互評、注重過程評價和引導(dǎo)學(xué)生參與評價標(biāo)準(zhǔn)的制定等多個方面。這樣多元的教學(xué)評價能夠落實教學(xué)中STEAM教學(xué)理念，加強學(xué)生對自己物理知識掌握和素養(yǎng)培育等多方面的認知和管理。

例如，教師在教學(xué)魯科版必修二“科學(xué)探究：平拋運動的特點”時，就可以結(jié)合STEAM的教學(xué)理念來開設(shè)多元的教學(xué)評價，以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握平拋運動的理論知識和平拋運動的實驗過程等物理知識和內(nèi)容。學(xué)生在自評的過程中可以結(jié)合自己對小球平拋運動軌跡的理解和掌握，創(chuàng)設(shè)坐標(biāo)系和結(jié)合知識畫出坐標(biāo)系等物理實驗原理，以培養(yǎng)自身的科學(xué)觀念、思維、探究和態(tài)度與責(zé)任。

結(jié)束語

總之，基于STEAM的高中物理課堂核心素養(yǎng)培育的實踐價值是豐富的。教師能夠在此教學(xué)理念的影響下改變自己的物理教學(xué)觀念和方式，選擇更加豐富有效的方式來進行實踐。學(xué)生能夠在此教學(xué)模式中獲得綜合持續(xù)的發(fā)展，社會和學(xué)校也可以在此教學(xué)模式中獲得進步。因此，高中物理教學(xué)中培育學(xué)生的核心素養(yǎng)應(yīng)該重視STEAM教育理念的指導(dǎo)和融入。

參考文獻

[1]張亞鋒.核心素養(yǎng)下利用信息技術(shù)優(yōu)化高中物理課堂教學(xué)研究[J].數(shù)理化解題研究，2023（12）：62-64.

[2]姚景虎，蘇善花.基于核心素養(yǎng)的高中物理電學(xué)實驗課堂完善策略[J].數(shù)理天地（高中版），2023（6）：71-73.

[3]俞嘉林.核心素養(yǎng)下高中物理課堂教學(xué)目標(biāo)的制定[J].數(shù)理天地（高中版），2023（6）：83-85.

[4]何知.學(xué)科核心素養(yǎng)視角下的高中物理高效課堂構(gòu)建[J].學(xué)園，2023，16（8）：72-74.

本文系教育部福建師范大學(xué)基礎(chǔ)教育課程研究中心2022年開放課題“基于‘讀思達視域下培養(yǎng)高中生創(chuàng)新能力的行動研究”（立項批準(zhǔn)號：KCB2022102）的研究成果。

泉港區(qū)教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃（第二批）基礎(chǔ)教育教學(xué)改革研究立項課題“‘四新背景下中學(xué)物理大單元作業(yè)設(shè)計的策略研究”（立項批準(zhǔn)號：QG1452-55）的研究成果。