基于STEAM教育的高中物理課程教學(xué)研究

【摘要】新高考物理學(xué)科的命題更加靈活、新穎，不再局限于對(duì)物理單一學(xué)科知識(shí)的理解應(yīng)用，逐漸傾向于對(duì)學(xué)生綜合知識(shí)能力的考查，對(duì)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)應(yīng)用能力提出了更高要求.高中物理教師要積極適應(yīng)新高考命題趨勢變化，從錨定物理課程目標(biāo)、開發(fā)物理課程資源、優(yōu)化物理課程組織、創(chuàng)新物理課程活動(dòng)、推出物理實(shí)踐項(xiàng)目等角度入手，將STEAM教育理念有機(jī)滲透到物理課程教學(xué)中，增強(qiáng)學(xué)生物理學(xué)科的學(xué)習(xí)力和創(chuàng)造力，提升學(xué)生物理學(xué)科綜合素養(yǎng).

【關(guān)鍵詞】STEAM教育；高中物理；課堂教學(xué)

1 引言

STEAM教育是一種集合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多領(lǐng)域的綜合教育模式，強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的相互滲透、相互補(bǔ)充，是新時(shí)代背景下培養(yǎng)高質(zhì)量的復(fù)合型人才的有效教學(xué)手段.高中物理學(xué)科教學(xué)內(nèi)容具備較強(qiáng)的實(shí)踐性、綜合性、拓展性，與STEAM教育理念有很高的適切性.高中物理教師應(yīng)深度剖析STEAM教育理念的內(nèi)涵，重視STEAM教育在學(xué)生物理學(xué)習(xí)思維深度和廣度的教學(xué)價(jià)值，多路徑滲透應(yīng)用STEAM教育理念，構(gòu)建“物理—STEAM課程”教學(xué)體系.

2 錨定物理課程目標(biāo)，滲透STEAM教育理念

教師應(yīng)基于STEAM教育理念，發(fā)掘物理課程教學(xué)中蘊(yùn)含的跨學(xué)科設(shè)計(jì)任務(wù)，關(guān)注物理課程目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)物理課程目標(biāo)的整體性，鍛煉學(xué)生物理學(xué)科綜合思維能力.“物理—STEAM課程”的目標(biāo)設(shè)定需要遵循跨學(xué)科原則、實(shí)踐性原則、適切性原則、開放性原則等基本原則.教師要對(duì)班級(jí)學(xué)生物理認(rèn)知水平有全面把握，在學(xué)生知識(shí)能力水平之上，錨定“物理—STEAM課程”多元目標(biāo).課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要依靠每節(jié)物理課堂具體教學(xué)目標(biāo)的有效落實(shí)，教師以物理課程目標(biāo)為導(dǎo)向，從知識(shí)、思維、技能、情感態(tài)度等層面進(jìn)一步細(xì)化物理課堂教學(xué)目標(biāo)，將STEAM教育理念有機(jī)融入到物理知識(shí)教學(xué)中.

教師統(tǒng)籌把握物理課程不同層面的STEAM教育目標(biāo)，明確課堂教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，做好充分的教學(xué)預(yù)設(shè)，有的放矢地組織物理知識(shí)教學(xué)活動(dòng).

例如 教學(xué)“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”時(shí)，單單從科學(xué)學(xué)科維度錨定課程教學(xué)目標(biāo)，便能發(fā)掘出八個(gè)具體的課堂教學(xué)目標(biāo).知識(shí)層面：（1）理解平拋運(yùn)動(dòng)的概念和特點(diǎn)；（2）掌握平拋運(yùn)動(dòng)分運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.思維層面：（1）感受化曲為直的操作方法；（2）合理論證平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn).技能層面：（1）制定多種探究實(shí)驗(yàn)方案；（2）運(yùn)用計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)分析.情感態(tài)度層面：（1）感受物理知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活的緊密聯(lián)系；（2）強(qiáng)化合作意識(shí)和科學(xué)探究精神.教師采取分層教學(xué)策略，對(duì)不同能力層級(jí)學(xué)生提出差異化教學(xué)目標(biāo)要求，讓綜合學(xué)力較強(qiáng)的學(xué)生完成所有教學(xué)目標(biāo)要求，而針對(duì)綜合學(xué)力一般、較弱的學(xué)生，只要求其完成其中的某幾項(xiàng)目標(biāo)，或完成這些目標(biāo)的淺層次要求.教師基于STEAM教育理念，挖掘物理課程跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)切點(diǎn)，圍繞科學(xué)學(xué)科維度設(shè)計(jì)多樣化教學(xué)目標(biāo)，確?？鐚W(xué)科教學(xué)目標(biāo)與物理課堂教學(xué)內(nèi)容做到有效匹配，為學(xué)生理解掌握物理課堂知識(shí)提供有力的思維支撐.

3 開發(fā)物理課程資源，豐富STEAM教育感知

教師加大對(duì)物理課程教學(xué)資源的開發(fā)力度，圍繞物理課堂教學(xué)核心知識(shí)內(nèi)容，篩選更多具備直觀性、探究性、實(shí)踐性的教輔素材，為學(xué)生精準(zhǔn)理解、建構(gòu)物理新知提供更多抓手，引領(lǐng)學(xué)生順利進(jìn)入STEAM教學(xué)程序，增強(qiáng)學(xué)生物理課堂學(xué)習(xí)感知體驗(yàn).除了對(duì)接現(xiàn)實(shí)生活、社會(huì)熱點(diǎn)、科技前沿等課程資源開發(fā)路徑外，教師還要樹立信息教學(xué)意識(shí)，善用各類信息渠道發(fā)掘、整合數(shù)字化教輔資源，依托智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)、傳感器等信息設(shè)備輔助物理課程教學(xué)，豐富學(xué)生物理課堂學(xué)習(xí)的感性認(rèn)知素材，推動(dòng)學(xué)生逐步建構(gòu)物理新知.

教師創(chuàng)新物理學(xué)科教學(xué)觀念，探索發(fā)掘各種新穎、有效的物理課程教輔資源并將之引入課堂，為STEAM教育內(nèi)容滲透創(chuàng)造契機(jī).

例如 Tracker軟件是一款計(jì)算機(jī)視頻分析軟件，由美國卡里布洛大學(xué)院物理學(xué)科教授設(shè)計(jì)開發(fā)的，它可以通過建立標(biāo)桿、定點(diǎn)視頻追蹤等功能，對(duì)視頻中標(biāo)定物體的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行追蹤和賦值，直觀展示物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).教學(xué)“探究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律”相關(guān)知識(shí)時(shí)，教師引入Tracker軟件輔助教學(xué)，向?qū)W生講解軟件用法后，組織學(xué)生以小組為單位，用手機(jī)錄制從高處釋放玻璃球的視頻素材，選擇錄制效果較好的短視頻導(dǎo)入多媒體教學(xué)計(jì)算機(jī)，用Tracker軟件追蹤玻璃球的運(yùn)動(dòng)軌跡，組織學(xué)生分析得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布圖，指導(dǎo)學(xué)生選擇合適的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行擬合，推導(dǎo)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律.信息化教學(xué)的有效輔助下，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀性和可視性顯著增強(qiáng)，學(xué)生能夠更加準(zhǔn)確地感知、理解自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，輕松掌握物理新知.學(xué)生積極參與整個(gè)信息化教學(xué)過程，物理課堂學(xué)習(xí)參與效度明顯提升，認(rèn)知體驗(yàn)極大豐富，其整合應(yīng)用各學(xué)科知識(shí)分析和解決問題的能力得到了有效提升，收到一舉多得的“物理—STEAM課程”教育效果.

4 優(yōu)化物理課程組織，增強(qiáng)STEAM教育認(rèn)知

教師基于教材特點(diǎn)、學(xué)情分析、教學(xué)工具和環(huán)境等課程實(shí)施條件，進(jìn)一步優(yōu)化物理課程教學(xué)組織方式，為學(xué)生物理新知探索學(xué)習(xí)搭建多元化的學(xué)習(xí)平臺(tái)，增強(qiáng)學(xué)生STEAM教育認(rèn)知.一個(gè)完整的“物理—STEAM課程”組織實(shí)施應(yīng)當(dāng)包括情境導(dǎo)入、問題驅(qū)動(dòng)、合作交互、自主學(xué)習(xí)、活動(dòng)探究、成果展示、效果評(píng)價(jià)及總結(jié)提升等教學(xué)環(huán)節(jié)要素.教師依據(jù)“物理—STEAM課程”組織原則，完整設(shè)計(jì)物理課程教學(xué)流程，并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)差異及學(xué)生物理課堂動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)表現(xiàn)，靈活增加、刪減或重組這八個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)要素，使其更好地契合物理課堂教學(xué)需要，引領(lǐng)學(xué)生順利突破物理新知學(xué)習(xí)中的認(rèn)知難點(diǎn)，提高學(xué)生物理課堂學(xué)習(xí)效果.

教師依據(jù)STEAM教育要求，綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法優(yōu)化物理課程組織方式，激發(fā)學(xué)生物理課堂探索學(xué)習(xí)主動(dòng)性，促使學(xué)生在物理課堂交互中碰撞出更多深度學(xué)習(xí)的思維火花.

例如 PBL教學(xué)法是一種從真實(shí)情境引出問題，組織學(xué)習(xí)者圍繞驅(qū)動(dòng)問題展開學(xué)習(xí)思考的教學(xué)手段，可以很好體現(xiàn)STEAM教育“理論對(duì)接實(shí)際”的教學(xué)原則.教師教學(xué)“機(jī)械能守恒定律”相關(guān)知識(shí)時(shí)，以生活中常見的彈簧、橡皮筋等物體做切入，創(chuàng)設(shè)“探秘回滾桶”主題活動(dòng)，展示回滾桶的真實(shí)實(shí)驗(yàn)演示視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考：回滾桶是如何實(shí)現(xiàn)回滾的？哪些因素會(huì)影響滾動(dòng)的距離？啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)思考，驅(qū)動(dòng)學(xué)生將物理、科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)充分融合并加以運(yùn)用，制定合適的實(shí)驗(yàn)探究方案.待學(xué)生自主學(xué)習(xí)結(jié)束后，教師組織學(xué)生合作交流探討，分享各自的探究方案內(nèi)容，研究這些方案的可行性，使學(xué)生在互助學(xué)習(xí)中完善實(shí)驗(yàn)方案，從而組織學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中探究、建構(gòu)機(jī)械能守恒定律.整個(gè)教學(xué)過程，教師融合運(yùn)用了PBL教學(xué)法、自主學(xué)習(xí)法、合作討論法及探究學(xué)習(xí)法等多種教學(xué)手段，形成更強(qiáng)的“物理—STEAM課程”教學(xué)合力，豐富了學(xué)生的物理課堂認(rèn)知體驗(yàn)和情感體驗(yàn).

5 創(chuàng)新物理課程活動(dòng)，完善STEAM教育框架

教師創(chuàng)新物理課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，組織開展各類物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，以“引導(dǎo)—探究”相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)組織方式，為學(xué)生動(dòng)手操作和深度探究物理知識(shí)創(chuàng)造有利學(xué)習(xí)條件，延伸學(xué)生物理課程學(xué)習(xí)思維深度和廣度.教師根據(jù)物理課程STEAM教育目標(biāo)，合理設(shè)置綜合性較強(qiáng)的探究活動(dòng)主題，依托總領(lǐng)性驅(qū)動(dòng)問題、分層式驅(qū)動(dòng)問題，為學(xué)生物理知識(shí)探索學(xué)習(xí)提供更多思維抓手，推動(dòng)STEAM多維度教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)化學(xué)生物理學(xué)科綜合學(xué)力，深化學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解應(yīng)用.

教師高度尊重學(xué)生物理課程教學(xué)活動(dòng)的主體地位，循循善誘地讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，增強(qiáng)學(xué)生自主思考學(xué)習(xí)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科多元思維能力.

例如 “教學(xué)探究動(dòng)能定理”物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置為在木板一端固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，讓小車在橡皮筋作用下彈出，通過分析橡皮筋對(duì)小車做的功來探究動(dòng)能定理.該實(shí)驗(yàn)的巧妙之處是以倍數(shù)關(guān)系表現(xiàn)橡皮筋對(duì)小車的做功多少，無需計(jì)算出具體的數(shù)據(jù).教師在實(shí)驗(yàn)開始前，組織學(xué)生分析其實(shí)驗(yàn)原理，啟發(fā)學(xué)生思考：為確保橡皮筋做的功就是合力做的功，需要注意哪些操作事項(xiàng)？如何操作才能使橡皮筋對(duì)小車做的功存在倍數(shù)關(guān)系？在問題的引導(dǎo)下，學(xué)生細(xì)致分析該實(shí)驗(yàn)的裝置構(gòu)成，結(jié)合已掌握的物理知識(shí)，提出解決方案：實(shí)驗(yàn)前需要平衡摩擦力，可采取略微傾斜木板的方式實(shí)現(xiàn)；確保每條橡皮筋在實(shí)驗(yàn)時(shí)都拉到同一位置.在此基礎(chǔ)上，教師組織學(xué)生投入到物理實(shí)驗(yàn)操作探究學(xué)習(xí)當(dāng)中，極大地提升了學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的學(xué)習(xí)效率.對(duì)物理實(shí)驗(yàn)操作步驟和誤差分析進(jìn)行考查，是物理學(xué)科高考命題的重要方向，教師做好對(duì)物理實(shí)驗(yàn)操作關(guān)鍵點(diǎn)的針對(duì)性教學(xué)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)學(xué)生明確每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的具體要求和物理原理，讓學(xué)生既能知其然，又能知其所以然，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的高質(zhì)量學(xué)習(xí).

6 推出物理實(shí)踐項(xiàng)目，拓寬STEAM教育域度

“物理—STEAM課程”教育的最終目的是增強(qiáng)學(xué)生學(xué)以致用的能力，使學(xué)生能夠更加綜合、靈活地運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)解決問題，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開必要的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目做支撐.教師推出物理實(shí)踐課題項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)散物理實(shí)踐學(xué)習(xí)思維，深入理解物理知識(shí)的應(yīng)用方法、應(yīng)用場景、應(yīng)用技巧，強(qiáng)化學(xué)生物理學(xué)科應(yīng)用意識(shí)及應(yīng)用能力.教師緊密圍繞物理課程核心知識(shí)要素設(shè)計(jì)物理實(shí)踐課題，著重加深學(xué)生對(duì)物理課程重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)認(rèn)知理解，推動(dòng)學(xué)生內(nèi)化物理課程認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科創(chuàng)造性學(xué)習(xí)能力.

教師將物理實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)延伸到課堂之外，以更具趣味性、操作性的實(shí)踐作業(yè)替代單一的物理書面習(xí)題訓(xùn)練，提高學(xué)生物理學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生物理學(xué)科應(yīng)用思維靈動(dòng)性.

例如 學(xué)習(xí)了“力的分解”后，教師要求學(xué)生課下查閱“斜拉索橋”的相關(guān)資料，對(duì)斜拉索橋的受力情況進(jìn)行分解推理，歸結(jié)其物理原理，并運(yùn)用生活材料完成“制作斜拉索橋”實(shí)踐學(xué)習(xí)任務(wù).學(xué)生對(duì)此類操作學(xué)習(xí)活動(dòng)有更高的學(xué)習(xí)興趣，都能認(rèn)真進(jìn)行相關(guān)資料的收集整理，將所學(xué)“力的分解”相關(guān)知識(shí)運(yùn)用到斜拉索橋受力情況分析當(dāng)中.基于這些認(rèn)知理解，學(xué)生有條理地設(shè)計(jì)、拼裝、制作斜拉索橋，主動(dòng)嘗試在其中加入自己的獨(dú)特創(chuàng)意，得到了多種多樣的實(shí)踐學(xué)習(xí)成果，切實(shí)感受到物理知識(shí)的實(shí)用價(jià)值.“制作斜拉索橋”實(shí)踐活動(dòng)與STEAM教育理念聯(lián)系密切，體現(xiàn)在：“科學(xué)（S）——斜拉索橋的物理原理；“技術(shù)（T）”——斜拉索橋的連接技術(shù)；“工程（E）”——材料的拼接使用；“藝術(shù)（A）”——斜拉索橋的藝術(shù)設(shè)計(jì)；“數(shù)學(xué)（M）”——斜拉索橋的數(shù)據(jù)測量.學(xué)生積極嘗試、多元探索，使不同學(xué)科知識(shí)都在實(shí)踐過程中得到互相補(bǔ)充、互相促進(jìn)，因而學(xué)生的物理學(xué)科學(xué)習(xí)通識(shí)力得到有效發(fā)展.

7 結(jié)語

高中物理教師加強(qiáng)“物理—STEAM課程”教學(xué)模式構(gòu)建，能夠有效深化學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)知理解，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性學(xué)習(xí)思維，推動(dòng)學(xué)生的物理學(xué)科綜合學(xué)力不斷提升.錨定物理課程目標(biāo)、開發(fā)物理課程資源、優(yōu)化物理課程組織、創(chuàng)新物理課程活動(dòng)、推出物理實(shí)踐項(xiàng)目等，是教師構(gòu)建高品質(zhì)“物理—STEAM課程”的關(guān)鍵教學(xué)路徑.教師要增強(qiáng)整體教學(xué)觀念，基于班級(jí)學(xué)生物理學(xué)科學(xué)情特點(diǎn)，精選“物理—STEAM課程”教學(xué)設(shè)計(jì)切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科教學(xué)與STEAM教育理念的多點(diǎn)對(duì)接和有機(jī)融合，促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力的多元成長.

參考文獻(xiàn)：

［1］姜策翔，金邦建，羅海軍，等.基于STEAM教育與HPS理念的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)——以斜拋運(yùn)動(dòng)教學(xué)為例［J］.中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2024（05）：54-58.

［2］施智華.高中物理課堂教學(xué)滲透生涯規(guī)劃教育的實(shí)例探究［J］.廣西物理，2024，45（02）：139-142.

［3］尹鳳燕.在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何實(shí)施創(chuàng)新教育［J］.天津教育，2024（19）：40-41.

［4］江燕真.STEAM教育理念下的高中物理教學(xué)實(shí)踐探討［J］.中學(xué)課程輔導(dǎo)，2024（19）：93-95.