翁宗琮

[摘要]文章闡述了在STEAM視角下如何引導(dǎo)學(xué)生利用小組合作的形式對傳統(tǒng)物理實驗進行改進，利用多種傳感器搭載Arduino主機板實現(xiàn)對物理實驗教學(xué)的輔助，提高課堂教學(xué)效率。讓學(xué)生在動手制作作品的同時對物理實驗的本質(zhì)有更全面的了解，并能夠更加扎實地掌握物理知識。在對不同層次學(xué)生的訪談中了解到，學(xué)生普遍對融合STEAM教育的中學(xué)物理小組合作實驗很感興趣，尤其是對Arduino的廣泛應(yīng)用興趣濃厚，這與初中生所具有的喜愛分享、喜歡展示自己的個性有很大的關(guān)系。此外，融合STEAM教育的中學(xué)物理實驗很大程度上允許學(xué)生自主探究和學(xué)習(xí)，這讓本來生硬的知識通過信息化的環(huán)境變得生動有趣，興趣成為學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的最大動力。

[關(guān)鍵詞]STEAM;中學(xué)物理;小組合作

[中圖分類號]G633.7? [文獻標識碼]A? [文章編號]1674-6058（2020）02-0043-03

一、問題的提出

新一輪基礎(chǔ)教育課程改革對教師與學(xué)生的平等對話提出了新的要求，教師所遵循的教學(xué)理念應(yīng)該更注重在課堂上發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識。在這種背景下，以小組合作形式構(gòu)建的課堂教學(xué)模式可以讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主題，教師轉(zhuǎn)為幕后導(dǎo)演，讓學(xué)生在互相合作的前提下激發(fā)創(chuàng)新意識，也讓學(xué)生更加認可自己作為學(xué)習(xí)主人的角色。另一方面，隨著近幾年STEAM教育的逐漸興起，STEAM教育所具有的自由探索、自由思考的優(yōu)勢讓廣大教育工作者開始關(guān)注并思考如何借鑒。如何在小組合作的背景下將STEAM教育與中學(xué)物理實驗更好地融合在一起是我們一直探索的問題。

二、STEAM教育的內(nèi)涵

STEAM課程是美國政府主導(dǎo)的“項目引路PLTW”計劃所倡導(dǎo)的以科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)為核心的課程。STEAM教育主要以項目學(xué)習(xí)、問題學(xué)習(xí)為主要教學(xué)（學(xué)習(xí)）方式，引導(dǎo)學(xué)生通過合作與實踐，完成主題項目或解決生活中遇到的難題。STEAM教育是由STEM教育加入了藝術(shù)概念后發(fā)展而來，這種教育在美國、韓國和英國等國家八十年代便已開始興起，至今已有三十多年，積累了大量的素材和經(jīng)驗。

STEAM教育具有多學(xué)科性、趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性、藝術(shù)性、實證性、技術(shù)性強等特征;STEAM教育以整合的教學(xué)方式，注重實踐和過程，強調(diào)解決真實問題，倡導(dǎo)“做中學(xué)”;STEAM教育強調(diào)創(chuàng)新與創(chuàng)造能力培養(yǎng)，注重知識的跨學(xué)科“遷徙”及其與學(xué)習(xí)者之間的關(guān)聯(lián)。

因此，在中學(xué)物理小組合作實驗過程中，融合STEAM教育理念，采用傳感器、3D打印等其他相關(guān)新技術(shù)，不僅能夠幫助學(xué)生更加直觀地理解物理實驗的本質(zhì)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，還能促進物理教師自身的專業(yè)發(fā)展。

三、物理小組合作實驗與STEAM教育融合的意義

（一）有利于拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維

小組合作學(xué)習(xí)的核心就是以學(xué)生為主體，鼓勵學(xué)生以小組分工的形式開展學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標。在這種前提下，小組成員之間的思維碰撞與交流有利于創(chuàng)新火花的出現(xiàn)，以小組為單元的學(xué)習(xí)活動不僅效率更高，小組成員的互助、鼓勵，對物理問題的發(fā)現(xiàn)與解決具有更大的幫助。STEAM教育融入小組合作實驗，不僅能夠讓學(xué)生獲得課本上沒有的知識，還能在思考方式以及探究方法上尋得新的路徑。

（二）有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力

學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識的過程中，如果僅僅依靠簡單的文字敘述和單調(diào)的習(xí)題訓(xùn)練，很難內(nèi)化為自身的知識。就好比騎單車，僅僅依靠文字描述和觀看單車的圖片，很難讓學(xué)生掌握騎單車的技巧。對物理這門學(xué)科，動手實驗就是掌握物理知識最直觀、最有效的方法。物理小組合作實驗不僅能夠讓學(xué)生從已有的知識經(jīng)驗提煉出新的觀點，還能讓組內(nèi)成員彼此借鑒不同的經(jīng)驗，交流產(chǎn)生新的思維碰撞。STEAM教育融入小組合作實驗不僅能讓實驗的手段多樣化與新穎化，還能讓學(xué)生的思維深度得到有效拓展。

（三）有利于轉(zhuǎn)化學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

中學(xué)三年的學(xué)習(xí)時間不僅讓學(xué)生的邏輯思維得到較大的提升，還使得他們看問題的角度與深度也隨著時間的推移而變得更加多樣化，初中生所具有的好奇心與求知欲，如果能夠得到正確的引導(dǎo)，學(xué)習(xí)的效率將得到極大的提升。STEAM教育沒有固定的模式與器材，各種新穎的技術(shù)與物理實驗的融合點層出不窮，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，不僅能夠極大地滿足好奇心，還能把短時興趣逐漸轉(zhuǎn)化為長時興趣，最后變?yōu)閷ξ锢韺W(xué)科本身的興趣。

四、STEAM視角下中學(xué)物理小組合作實驗的實施

（一）培訓(xùn)

利用第二課堂對學(xué)生進行相關(guān)培訓(xùn)：首先講授STEAM教育理念等理論知識;然后對學(xué)生進行創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維的培訓(xùn)，并指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科技文獻、科技論文，在此基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生Arduino套件組裝能力和基礎(chǔ)軟件編程技能等，并讓學(xué)生學(xué)習(xí)制作作品及相關(guān)工作的基本流程;接著進行基本動手技能的訓(xùn)練，包括各種工具、測量儀器等設(shè)備的選擇與使用，在原有基礎(chǔ)作品上，增加一個至兩個新功能;最后進行探索式主題活動，以合作小組為單位對中學(xué)物理實驗的有關(guān)主題內(nèi)容進行合作探究，嘗試制作具有個性特點和創(chuàng)新特點的物理作品。

（二）制作

引導(dǎo)學(xué)生對現(xiàn)有的物理實驗進行思考，看看是否有可以改進的地方，是否可以借助STEAM技術(shù)使實驗變得更加直觀，并以小組為單位圍繞某一實驗進行討論。找到可以改進的實驗后，以小組分工合作的形式進行材料尋找、制作、調(diào)試等步驟，最終制成一個合適的作品。

（三）評價

作品完成以后，以小組為單位，先進行自我評價，主要圍繞是否對原有的物理實驗有所改進，改進的地方是否合理等進行評價。然后由小組長帶領(lǐng)組員在課堂上進行演示，邀請全班同學(xué)進行評價與改進，觀察作品的實際教學(xué)效果。

五、STEAM視角下中學(xué)物理小組合作實驗的實施案例

（一）3D打印音調(diào)演示裝置