陳興敏 宋謀勝

[摘 要]融合STEAM教育理念已成為當前中學物理教學設計與改革的新模式，這與中學物理課程標準強調物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求是相融的。文章分析了STEAM教育理念與新課標的關聯性及其在中學物理教學中的融合，并探討了STEAM教育理念在中學物理教學中的作用，旨在為中學物理教學融入STEAM教育理念提供參考。

[關鍵詞]STEAM教育理念;中學物理;融合;作用

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）35-0049-03

STEAM教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）等學科英文首字母的簡寫，其根本屬性是在建構主義和認知理論指導下的跨學科融合，它著力于培養(yǎng)全面發(fā)展的創(chuàng)新型人才[1]。另外，STEAM教育不僅具備跨學科的特點，還具有培養(yǎng)發(fā)散性思維能力的作用[2]。從知識層面看，STEAM教育并不局限于某一學科的專業(yè)知識，而是有效銜接了多個學科知識之間的內在聯系。STEAM教育的開展是以學生為主體，通過引導學生在發(fā)現和解決問題的實踐中積極探究，激發(fā)學生的想象力和創(chuàng)造力[1]，因此STEAM教育能幫助學生形成團隊協作精神和主動學習的意識。

2017年教育部新修訂的中學物理課程標準強調“引領學生認識科學的本質以及科學·技術·社會·環(huán)境（STSE）之間的關系”，表明中學物理教學應著力于發(fā)展學生的物理學科核心素養(yǎng)，使學生具備終身學習和科學探究的能力。基于培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的要求，新課標倡導的學生自主學習與發(fā)展的思想與STEAM教育理念具有極大的相通性，二者均聚焦于學生創(chuàng)造性思維和自主探究能力的培養(yǎng)。因此，在中學物理教學中融入STEAM教育理念，有助于拓展物理教學的知識視野和多科性思維，有助于學生物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，增強學生對物理應用情境的認知與探究。

一、STEAM教育理念在中學物理教學中的融合

物理學以實驗和數學為教學手段，通過科學推理和科學論證建構物理模型從而形成科學的研究方法與理論體系。當前，科學技術日新月異地發(fā)展和高校大批新工科專業(yè)的興起推動了各專業(yè)知識的跨學科融合，從而使得物理學在技術、工程等學科領域的作用愈加突出。因此，如何將STEAM教育理念融入中學物理教育教學中引起了教育界的廣泛思考，尤其在新課標關注物理學科核心素養(yǎng)的背景下。然而，由于是從國外新引進的教育模式，STEAM教育在我國目前還處于起步階段，且?guī)熧Y缺乏，STEAM教育真正融入中學物理教學中還有待加強和提升。

基于STEAM教育與物理學科之間的關聯性，更多的研究者傾向于把STEAM教育理念融入物理教學設計中，表1列舉了STEAM教育融入中學物理教學的部分設計案例。

從表中可見，新課導入所涉及的內容都是一些簡單常見的實物，如“滑板”“氣球”“樂器”等，教師常會利用這些“生活中常見的實物”作為吸引學生進入課堂的手段，其效果較為明顯。從新課引入環(huán)節(jié)來看，引入新課的過渡銜接均很巧妙，用維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”來解釋就是幫助學生達到高水平發(fā)展區(qū)，而且此種方式也著眼于“最近發(fā)展區(qū)”?；赟TEAM教育中的創(chuàng)設情境，王堅[3]通過讓學生親自感觸“銼刀”和“玻璃”的粗糙程度而認知摩擦力的概念及其影響因素?；赟TEAM教育培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的理念，臧恒[4]在教學設計中通過調節(jié)蠟燭與凸透鏡之間的距離讓學生感性認知，進而理解凸透鏡的成像規(guī)律。這些物理教學設計表明，學生所接受的新知識都與生活中一些常見而易被忽視的現象緊密相關，因此物理教師在教學設計過程中應積極引導學生觀察和思考，激發(fā)學生的好奇心與求知欲。在創(chuàng)設物理教學情境上，甘秉洪[5]利用ARDUINO軟件編程實現了學生對“紅綠燈”通斷電電路的真切感知，使學生在理解邏輯電路的同時，還真切感受到邏輯電路在生活中的廣泛應用。在物理情境創(chuàng)設上，也可以借助建構模型的方式來設計物理教學，如王佳偉[6]利用STEAM教育理念設計了“不聽話的氣球”“紙上電路”等真實情境讓學生認識大氣壓強。在“聲音”的教學中，胡瑩瑩[7]將STEAM教育的藝術理念引入到物理課堂中，利用不同樂器的發(fā)音而將物理課堂帶入了美妙的音樂世界，活躍了課堂氛圍，培養(yǎng)了學生的藝術情操，取得了極佳的教學效果。

二、STEAM教育理念在中學物理教學中的作用

1.STEAM教育聚焦跨學科融合，使物理教學內容與方式呈現多樣化

STEAM教育的核心就是跨學科融合，通過跨學科方法而實現教學情境和內容的融合，因此以培養(yǎng)物理學科核心素養(yǎng)為目標的中學物理課堂教學設計應在著眼于學生為認知與探究主體的前提下，巧妙設計多科性的教學內容和教學方式，從而潛移默化地培養(yǎng)學生跨學科融合的思想和意識。物理是具有一定融合性的綜合學科，所涉及的知識不僅僅局限于物理本身的知識，還延伸到了數學、化學、科技、軍事醫(yī)療以及工程應用等領域。物理本身所涵蓋的內容表明學習物理需要具備一定的跨學科知識與技能，以及借助跨學科思維來分析物理問題。Kaufman[8]曾指出“教師在備課過程中最重要的是對學科知識的確定，學科知識不應局限于某一學科領域”。融入STEAM教育理念的物理教學更能彰顯物理學科的科學推理性、數學嚴密性、技術應用性和場景趣味性，這就要求物理教師具備一定的跨學科知識與操作技能。物理教師如果熟悉一定的化學、計算機、數學、音樂等學科知識，并掌握一些軟件（如Python、Flash、3D打?。┑氖褂茫敲丛谖锢斫虒W時往往能“寓教于樂”“潤物無聲”。如掌握了Flash軟件的使用，則可將物理實驗過程制作成“動畫模擬”，從而代替一些不易觀察或不易完成的實物實驗，而實現物理情境的仿真再現，如此更有助于學生主動思維和能動理解。多樣化的教學方式能夠激發(fā)學生的學習興趣，讓學生從不同的角度審視和處理問題，從不同視角去詮釋物理概念的形成及其規(guī)律的探究，這樣有助于學生創(chuàng)新性與發(fā)散性思維的培養(yǎng)。

跨學科的教學融合為中學物理教學提供了多維教學內容和呈現方式，也隨之推動了物理教師主動對多學科知識的學習、掌握和運用，從而使物理教師的教學積淀既精準對焦又拓展綜合，對物理問題的解析能從多個維度加以闡釋，致使在物理課堂教學中得心應手、運用自如。同時，跨學科知識的內在關聯性也為中學物理的教學設計提供了寬廣的舞臺，尤其是物理情景教學、案例分析與實驗仿真，教師充足的跨學科知識儲備和STEAM教育理念的融合施教就能更加凸顯物理教學的科學性、真實性、實踐性和應用性，從而激發(fā)學生的求知興趣，提升學生的學習動力，實現物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標。

2. STEAM教育關注學情分析，使物理教學凸顯學生的主體能動性

STEAM教育理念融入物理教學中最為顯著的特點是：學生的課堂參與度更高，教學互動的活躍程度與積極性更加顯著，致使物理教學過程中的“教師主導性與學生主體性”更為融合。培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)以及達成物理教學目標，離不開師生教學互動和學生主體作用的實現。學生作為教學中的主體對象，教師在設計教學活動時必須根據學生的“前認知”展開學情分析。教師只有在了解學生“前認知”的情況下，才能根據教學內容與學生現階段的知識特點，精心設計具有一定目標達成度的教學呈現載體，這一過程的實現必須彰顯學生在教學活動中的主體能動性。從上表可見，初中物理教學內容的設計傾向于“感性”認識，主要是通過觀察獲得物理概念與規(guī)律的認知。如通過觀察“不聽話的氣球”感知大氣壓的存在，對銼刀的接觸感知粗糙的概念等。相反，高中物理教學內容的設計更傾向于“理性”認識，主要是通過對觀察結果的理性思考，理解物理現象內部隱藏的本質規(guī)律，即科學性，如對邏輯電路工作原理的探究與思考。初高中物理教學內容的變化是與學生年齡的增長和認知思維方式的發(fā)展緊密關聯的。初中生剛接觸物理學科，需要通過感知來認識物理，而高中生則需將原來對物理概念與規(guī)律的感知學習提升到抽象化的邏輯思維層面，因此教學設計時不能忽視對學生個體的分析。

學情分析旨在關注學生的前認知狀況和學生個體的特點，它有助于教師抓住學生的個體差異設計具體教學環(huán)節(jié)，從而有效施教。STEAM教育理念的亮點就是培養(yǎng)綜合型人才，在中學物理教學中融入STEAM教育理念不僅能提高物理課堂教學的活力，還能關注到學生主體性的呈現，讓學生能動地參與各教學環(huán)節(jié)，在學習過程中感受物理的神奇與樂趣，提高學習興趣和參與度，從而提高物理教學效果。

3. STEAM教育注重實踐與應用，使物理情境貼近生活實際和技術應用

STEAM教育是在真實的問題情境中以學科事例的方式培養(yǎng)學生綜合素養(yǎng)，其基本內涵體現在真實問題的解決、學科整合和技能培養(yǎng)三個方面[9]。在STEAM教育視角下，物理教學設計應更傾向于科技性、真實性和應用性，如此方能引起學生的興趣，吸引學生的注意力，使學生感受物理知識的實用性，讓學生覺得生活中的常見現象與問題，很多可借助物理知識來分析和闡釋。教學設計時，物理教師應多選用生活中的素材和案例，物理情境的再現也可以選用現代科技成果，利用學生對現實中事物的好奇心，將學生的注意力吸引到物理教學中，并使學生主動配合、參與課堂交流討論。基于STEAM教育理念，顧振興[10]在設計“速度與時間的關系”的實驗教學時選用了生活中常見的賽車比賽，通過遙控賽車的運動，測量賽車的速度與時間的關系，讓學生在對賽車好奇的同時積極思考“速度與時間的關系”。將賽車這一生活中常見的兒童玩具選用到物理教學中來，吸引學生的好奇心，提升學生的課堂參與度，這是將物理概念與規(guī)律生活化的鮮活案例，這樣的案例能更新學生對物理規(guī)律的認知，促進學生運用物理知識解釋實際生活中的相關現象或問題，從而增強學生的好奇心、求知欲。對合適素材的收集、選用有賴于物理教師對生活生產實踐的關注、整理。教師選擇恰當的生活素材進行物理教學可讓物理更貼近生活實際，而學生在學習物理知識的過程中可感知和發(fā)現問題，進而培養(yǎng)學生解決問題的科學思維、態(tài)度，讓學生掌握解決問題的方法，即實現對學生物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，在STEAM教育理念指導下，教師重視對日常生活生產實際和當代科技成果的關注、收集與運用，多方位積累、挖掘物理教學素材和案例，尤其是物理情景貼近生活實際和技術應用方面的案例，這樣就能設計出優(yōu)秀的教學方案。

目前STEAM教育理念融入我國中學物理教學還處于初始階段，但它能顯著提高中學物理課堂教學效果。STEAM教育理念的本質與中學物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求是相通的，STEAM教育理念的融入必將給中學物理教學帶來新的變化。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 范文翔，張一春.STEAM教育：發(fā)展、內涵與可能路徑[J].現代教育技術，2018，28（3）：99-105.

[2]? 魏曉東，于冰，于海波.美國STEAM教育的框架、特點及啟示[J].華東師范大學學報（教育科學版），2017，35（4）：40-46，134-135.

[3]? 王堅. STEAM教育理念下的物理教學初探[D].武漢：華中師范大學，2017.

[4]? 臧桓.STEAM教育理念融入初中物理教學實踐研究[D].濟南：山東師范大學，2020.

[5]? 甘秉洪.融合STEAM教育理念的高中物理邏輯電路教學探略[J].中學物理教學參考，2018，47（18）：6-7.

[6]? 王佳偉.基于STEAM的初中物理實驗設計及實踐[D].銀川：寧夏大學，2019.

[7]? ?胡瑩瑩.基于STEAM教育理念的八年級物理教學實踐與研究[D].安慶：安慶師范大學，2019.

[8]? KAUFMAN D，MOSS D M，OSBORN T A.Beyond the boundaries：A transdisciplinary approach to learning and teaching[M].Westport，CT：Praeger Publishers，2003：156.

[9]? 彭敏，郭夢嬌.STEAM教育的基本內涵與發(fā)展路徑研究[J].教育理論與實踐，2018，38（25）：14-18.

[10]? 顧振興，應俊.基于STEAM理念的高中物理教學研究：以“實驗設計：測量小車速度與時間變化的關系”教學為例[J].物理教學，2018，40（8）：16-18.

（責任編輯 易志毅）