福建省泉州市鯉城區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校 吳中榮

物理學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)是利用已有的工具和方法去探究未知的領(lǐng)域，并進(jìn)行創(chuàng)新。在初中物理小實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透STEAM教育理念，能使學(xué)生在學(xué)完物理知識(shí)后，利用簡易的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)物理知識(shí)在實(shí)際生活中應(yīng)用的快樂，提升學(xué)生綜合應(yīng)用各科知識(shí)的能力，并為物理教師開啟“雙減”背景下的實(shí)踐作業(yè)設(shè)計(jì)思路。小實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生進(jìn)行降階思考，從簡單動(dòng)手邁向科學(xué)探究。教師通過有效的小實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可幫助學(xué)生掌握并提高實(shí)驗(yàn)技巧，體驗(yàn)撬動(dòng)物理學(xué)科這塊“巨石”的快樂。滬科版初中物理教材中的“迷你實(shí)驗(yàn)室”里設(shè)置的小實(shí)驗(yàn)或相關(guān)課外實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的目的恰恰與STEAM教育理念相契合。

一、當(dāng)前初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

（一）講授式實(shí)驗(yàn)教學(xué)替代實(shí)操

在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，很多教師還是單純采取講授式教學(xué)，由于很多學(xué)校實(shí)驗(yàn)儀器缺失、不能及時(shí)更新，很多課標(biāo)要求的必做實(shí)驗(yàn)還是停留在PPT或者動(dòng)畫、視頻的演示階段。使用多媒體技術(shù)雖然很多時(shí)候可以比較生動(dòng)地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，但是很難模擬出所有的真實(shí)情境，少了很多探究環(huán)節(jié)必備的要素，也少了很多探究過程中的樂趣與學(xué)生的親身體驗(yàn)。

（二）重視刷題而忽視實(shí)際實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師更加偏重于利用紙質(zhì)試題的形式進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)的復(fù)習(xí)考查。在反復(fù)的高強(qiáng)度刷題訓(xùn)練后，學(xué)生對(duì)常見類型題的解題能力有所增強(qiáng)，但是在實(shí)操過程中，實(shí)驗(yàn)技能卻沒有得到加強(qiáng)，實(shí)際問題的解決能力沒有得到真正提升。

（三）忽視問題“起點(diǎn)”和實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷

在很多時(shí)候，教師會(huì)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用，而對(duì)學(xué)生提出問題的起點(diǎn)沒有很好的重視，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過程的引導(dǎo)與觀察，缺乏目的性的引導(dǎo)和培養(yǎng)，這就導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中充滿盲目性和偶然性，實(shí)驗(yàn)的興趣和自信、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的驅(qū)動(dòng)力不能得到很好的延續(xù)。

二、STEAM教育理念下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不同點(diǎn)

（一）實(shí)驗(yàn)方向的不同

傳統(tǒng)的初中物理實(shí)驗(yàn)多以目的、結(jié)論為指向，即實(shí)驗(yàn)結(jié)論、操作流程清晰，或已經(jīng)告知學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法，學(xué)生只要按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一步步來做就能完成實(shí)驗(yàn)。而基于STEAM教育的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)則主張以項(xiàng)目學(xué)習(xí)為手段，讓學(xué)生通過完成實(shí)驗(yàn)去獲得實(shí)驗(yàn)知識(shí)，增進(jìn)動(dòng)手能力的提升。此外，不同于傳統(tǒng)初中物理實(shí)驗(yàn)以結(jié)果來判斷實(shí)驗(yàn)成功與否，STEAM理念下的中學(xué)物理小實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生用跨學(xué)科的思維方法，綜合應(yīng)用各種可能的器材，進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造、制作、并完成噴涂顏色、制作外殼等，豐富了實(shí)驗(yàn)過程，也使學(xué)生同時(shí)得到更多學(xué)科從“書面知識(shí)”到“實(shí)際應(yīng)用”的鍛煉與嘗試。

（二）涉及、涵蓋的學(xué)科不同

傳統(tǒng)的初中實(shí)驗(yàn)比較單一，而基于STEAM教育的初中物理實(shí)驗(yàn)主張跨學(xué)科的綜合應(yīng)用，涵蓋理工科，跨越連接了藝術(shù)學(xué)科?；赟TEAM教育的實(shí)驗(yàn)探究，能夠?qū)⒊踔袑W(xué)習(xí)的碎片化的各科知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，讓學(xué)生將已掌握的知識(shí)融會(huì)貫通，鍛煉學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（三）實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)場景不同

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)大部分都是在實(shí)驗(yàn)室或類實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)場所有一定要求，而基于STEAM教育的實(shí)驗(yàn)，器材可以是生活中經(jīng)常用到的廢棄物或者生活用品，對(duì)實(shí)驗(yàn)場所的要求也沒有那么高。所以，實(shí)驗(yàn)可以隨時(shí)隨地進(jìn)行，也不用過多顧忌實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)驗(yàn)器材損壞的問題，比較契合初中生的年齡特點(diǎn)。“物理學(xué)與日常生活”中新情境的不斷出現(xiàn)，可以為學(xué)生綜合各種知識(shí)“提出解決方案，踐行安全與健康生活”。

三、初中物理學(xué)科中開展STEAM教育的意義

（一）增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

1.初中物理課程涉及的基本原理對(duì)于許多初次接觸物理的學(xué)生來說有一定難度。針對(duì)這些痛點(diǎn)，教師可以設(shè)計(jì)出一些“降階思維”的小實(shí)驗(yàn)，使復(fù)雜原理背后的概念和原理表述形象化地展示在學(xué)生面前。降低學(xué)生的思維難度，使其獲得更多的上升臺(tái)階，有利于他們掌握更復(fù)雜的規(guī)律。比如，要讓學(xué)生理解彩虹的產(chǎn)生，可以讓學(xué)生直接動(dòng)手用噴壺噴出水霧，然后讓投影機(jī)的光線穿透水霧產(chǎn)生“彩虹”，這樣就降低了學(xué)生理解彩虹產(chǎn)生原理的難度。

2.滬科版初中物理教材的“小實(shí)驗(yàn)”，具有器材簡單、容易操作的特點(diǎn)，能有效促進(jìn)學(xué)生的動(dòng)手能力，從而讓每一個(gè)學(xué)生都能愛上物理實(shí)驗(yàn)。而采用生活中常見的器材，設(shè)計(jì)趣味化的小實(shí)驗(yàn)可以很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地融入課堂。如“光的反射傳播”實(shí)驗(yàn)，講授的時(shí)候，可用一根透明光滑的塑料軟管，用聚光性能較好的LED手電發(fā)出光源，模擬光線在光纖中的傳播?？墒紫葘⑺芘芍本€狀態(tài)，讓光從一頭進(jìn)入。然后彎折軟管，詢問學(xué)生另一端能否看到光線，當(dāng)學(xué)生猜測完后，教師再演示這個(gè)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生的認(rèn)知和實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)沖突時(shí)，教師可以有效抓住教育契機(jī)，進(jìn)行知識(shí)的鋪墊和展開，這樣就能很好地激發(fā)學(xué)生探究的好奇心與求知欲。“核心素養(yǎng)的內(nèi)涵包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)維度，在進(jìn)行嚴(yán)密的科學(xué)思維后，學(xué)生才能進(jìn)行正確的科學(xué)探究”，“隨著教改的推進(jìn)，物理學(xué)科面臨著教學(xué)目標(biāo)從三維目標(biāo)向核心素養(yǎng)進(jìn)階的轉(zhuǎn)變”。跨學(xué)科科學(xué)探究過程中容易讓學(xué)生感知新的認(rèn)知盲區(qū)，教師要做好“導(dǎo)航員”的工作，使學(xué)生能獲得足夠的驅(qū)動(dòng)力去思考問題，設(shè)計(jì)方案，解決問題。

（二）提高學(xué)生的綜合能力

1.STEAM教育理念的各個(gè)維度幾乎涵蓋所有實(shí)驗(yàn)。一個(gè)物理小實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行不只是涉及到物理知識(shí)，從找材料、設(shè)計(jì)到動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，都會(huì)涉及到跨學(xué)科知識(shí)。完成每一個(gè)實(shí)驗(yàn)一般都需要各種工具的合理配合使用，熟練使用工具是順利完成實(shí)驗(yàn)的前提。例如，簡易天平的制作需要用到鉗子、刻度尺、刻刀、螺絲刀等；簡易量筒的制作需要用到刻度尺、刻刀等；制作潛望鏡需要用到玻璃刀、美工刀、膠布、熱熔膠等。這些工具的合理使用可以確保學(xué)生實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，同時(shí)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中涉及的方方面面都能有所了解，深入理解每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的內(nèi)涵和外延，從而促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。實(shí)驗(yàn)制品是否真正滿足實(shí)際的要求，實(shí)驗(yàn)作品包括用到的材料及結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)固等，可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行嘗試，從而，促進(jìn)學(xué)生工程素養(yǎng)的提升。例如，要讓紙張很好地站立，要考慮到紙張的折疊形狀及所用材料。數(shù)學(xué)知識(shí)更是幾乎延伸到各個(gè)理科類實(shí)驗(yàn)。藝術(shù)素養(yǎng)要素亦貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，活動(dòng)中學(xué)生的交流、對(duì)話，都是藝術(shù)素養(yǎng)的體現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)制品的外觀顏值，也很好地體現(xiàn)了學(xué)生的藝術(shù)靈感。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中很好地利用了各科所學(xué)的知識(shí)并進(jìn)行整合應(yīng)用，也發(fā)展了學(xué)生的綜合素養(yǎng)，因此，跨學(xué)科的小實(shí)驗(yàn)制作對(duì)學(xué)生具有非常重要的意義。正如皮亞杰的相關(guān)理論所指出：因?yàn)橥榈恼J(rèn)知水平相近，所以同伴協(xié)同能增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力。

2.STEAM教育以理工科為基礎(chǔ)，加入藝術(shù)元素，集合了多門學(xué)科的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，符合新課標(biāo)中核心素養(yǎng)的要求。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)操作的磨練，加上跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)的“催化”作用，學(xué)生的動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)探究能力得到較大提升，科學(xué)思維能力也會(huì)有相應(yīng)提升。此外，隨著藝術(shù)元素更多的融入，學(xué)生的作品也可以更多地融入人文美學(xué)，促進(jìn)學(xué)生多方位的發(fā)展。物理學(xué)是建筑于實(shí)驗(yàn)之上的科學(xué)，需要不斷地從實(shí)驗(yàn)中去獲得靈感和動(dòng)力，而學(xué)校的實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，每個(gè)課時(shí)的時(shí)間也有限，課內(nèi)的物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的基本能力和技能，因此這些實(shí)驗(yàn)更多的是培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)性和鍛煉學(xué)生的邏輯思維方式。而一些課外小實(shí)驗(yàn)可以促成學(xué)生用身邊的簡單器材，激發(fā)主觀能動(dòng)性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅鍛煉了學(xué)生面對(duì)困難時(shí)解決問題的實(shí)際能力，而且對(duì)學(xué)生的終生發(fā)展更有借鑒意義。這些實(shí)驗(yàn)可以利用學(xué)生一瞬間的靈感，使其獲得更多的創(chuàng)意空間。

四、開展STEAM理念的小實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

（一）項(xiàng)目探究實(shí)驗(yàn)1——光的直線傳播

滬科版八年級(jí)物理教材中，用觀察光在水中和玻璃中的傳播，來展示“光沿直線傳播”，這里所謂的“直線”傳播，不好進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，只能通過目測，實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性有待提升。因此，課后或者上復(fù)習(xí)課的時(shí)候，可以提前布置學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生以小組為單位，互相討論，上網(wǎng)收集資料，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并拍成視頻進(jìn)行分享，由于實(shí)驗(yàn)視頻是學(xué)生自己動(dòng)手策劃設(shè)計(jì)拍攝的，并且學(xué)生還會(huì)根據(jù)喜好進(jìn)行編輯，加入背景音樂，這也是藝術(shù)素養(yǎng)的體現(xiàn)，因此，完成的視頻作品能促進(jìn)學(xué)生之間的交流和合作，還原學(xué)生興趣的本真，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

活動(dòng)主題分析表1

實(shí)驗(yàn)器材：A4紙、長尾夾子、刻度尺、圓規(guī)、美工刀、LED手電筒。

實(shí)驗(yàn)過程：學(xué)生通過設(shè)計(jì)，利用長尾夾嘗試讓幾個(gè)紙片立起，并利用圓規(guī)及美工刀，將每張紙都鉆好孔，通過調(diào)整紙片的孔的位置，用刻度尺測量，如圖所示，如果讓光從左邊第一個(gè)孔射入，在最后一張紙板的小孔后面的光屏（A4紙對(duì)折）上能得到完整的圓形光斑，就可以證明光是沿直線傳播的，如果光屏上的光斑不是圓形的，就證明紙板上的圓孔沒有在一條直線上。本實(shí)驗(yàn)為學(xué)生從網(wǎng)上學(xué)習(xí)模仿的實(shí)驗(yàn)，雖然不是原創(chuàng)的，但是學(xué)生將材料進(jìn)行優(yōu)選，選出最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的器材，用普通的手電代替激光筆，用紙張代替紙板，用對(duì)折的紙張代替光屏，均可顯示出學(xué)生經(jīng)過比對(duì)、優(yōu)選、探究、總結(jié)、合作，并在展示階段讓學(xué)生將實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)也提升了學(xué)生視頻編輯軟件的使用水平。由于這也是學(xué)生喜歡的形式，因此，會(huì)促成更多的學(xué)生去模仿，讓更多的學(xué)生的物理思維得到鍛煉。

（二）項(xiàng)目探究實(shí)驗(yàn)2——色光的混合

義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)2022版對(duì)色光混合的現(xiàn)象作了明確要求。教材的實(shí)例看似簡單，但是利用兩個(gè)三棱鏡使色光合成這白光就比較麻煩，而且容易受到天氣因素的制約。如果讓學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)出這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生對(duì)色光混合的理解更加深入。學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，自己使用手機(jī)等設(shè)備拍攝實(shí)驗(yàn)短片，并讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行展示，加入旁白解說，會(huì)讓學(xué)生親身經(jīng)歷了一場生動(dòng)有趣的科學(xué)之旅，感受自信和分享的樂趣。這不僅可以加深學(xué)生對(duì)各種色光的理解，還為學(xué)生進(jìn)行高一級(jí)的深度學(xué)習(xí)鋪平了道路。

活動(dòng)主題分析表2

實(shí)驗(yàn)器材：圓形紙板、彩色筆、膠布、可調(diào)速手持電機(jī)、電池。

實(shí)驗(yàn)過程：先制作一個(gè)圓型紙盤，涂上紅綠藍(lán)三顏色，并將電機(jī)的轉(zhuǎn)軸插入圓心，將電機(jī)和滑動(dòng)變阻器組成的電路相連，隨著轉(zhuǎn)速的不同，就可以看到不同色光的混合。

基于STEAM教育理念的的物理實(shí)驗(yàn)，在很大程度上可以彌補(bǔ)教材中許多實(shí)驗(yàn)的不足，促進(jìn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和探究問題能力的提升。而深入挖掘物理實(shí)驗(yàn)的跨學(xué)科要素，并融入更多的思考，可以讓STEAM理念在促進(jìn)初中物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)中不斷提升。跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)探究方式豐富了單調(diào)的物理探究實(shí)驗(yàn)過程，將人文藝術(shù)、工程思維等因素融入物理實(shí)驗(yàn)過程，為學(xué)生今后的可持續(xù)學(xué)習(xí)提供了可能，并鍛煉了學(xué)生的物理思維等核心能力。