基于STEAM教育理念的初中物理课程设计

李晖

[摘要]为了适应社会发展的需要，强调多学科融合的STEAM教育慢慢成了很多教师研究的重点。STEAM教育起源于美国，我们不禁要思考：如何让它在中国的土壤里生根发芽？基于STEAM教育理念，怎么开发初中物理课程是物理教师要思考的问题之一。物理学科在观察中产生问题，并在实验探究中得以解决。基于STEAM教育理念的物理教学要融合学生的生活体验、融合相关联的学科知识，并将解决问题的权利交给学生，培养学生解决实际问题的能力。在引导学生解决问题的过程中，既注重结果，也注重过程，这样更有助于学生能力的提升。

[关键词]STEAM教育;融合;问题解决;自主设计

[中图分类号] G633.7

[文献标识码] A

[文章编号]1674-6058（2020）14-0042-02

随着科学知识体系日渐稳定，形成了相对稳固的共识，科学知识广泛地服务于社会、服务于生活，帮助人们解决了大量的难题，在科学知识服务于人类生产生活的同时，也给下程与技术带来了翻天覆地的变化。因此，很多专家学者继而提出了技术素养，从一定程度上说，科学教育需要打破单学科对问题解决的界限，让学习不再是学习过往的知识和经验，而是要让学生的学习面向未来、面向人们生活实践中所面临的具体问题，需要人们具备创新性解决问题的能力。基于这个考量，教师在设计教学方案时，就要改变观念，要让问题解决、自主实践探索、多学科渗透贯穿于我们的教学。让学生在学知识的同时学技术、学方法。本文以苏科版教材八年级上册《光的色彩 颜色》为例，尝试让学生经历生活体验和动手实践，揭开色彩和颜色的奥秘。

一、以问题为核心，优化教学结构

首先，“光的色彩”从科学内容来看，需要学生掌握以下几个方面内容：白光的色散、色光的混合、光的三原色、物体的颜色、光的能量。为了避免学习知识的孤立与整体内各部分内容不能构建起联系，笔者采取了知识整合模式，将要解决的问题融人与真实世界相关联的情境中，通过学生分组合作解决问题，从而自主探索习得隐含于问题背后的知识，形成自我学习和自主解决问题的能力。本节内容较为分散，要找到各知识点之间的连接点和整合点，将分散的学科知识融入学生的实际生活中，并将其逻辑化、结构化。通过将学科内容改组成以问题为核心的项目，并通过任务驱动，通过动手实践合作完成。对新课的引入，笔者采用功率为2000毫瓦的蓝色激光笔照射红色气球使其爆炸，实验现象剧烈，声响很大，学生的注意力被牢牢地吸引住了。结合生活中的体验开展教学，学生对光的能量获得更直观的认识。由于实验的震撼性，学生都想再看一次，这时，教师演示蓝色激光照射蓝色气球，气球没有爆炸，继而引导学生思考：为什么蓝色激光不能使蓝色气球爆炸呢？此实验的设计将光的能量与物体的颜色进行了融合，学生观察到了蓝色激光能够引爆红色气球，却不能引爆蓝色气球，光的能量都是一样的，为什么蓝色气球就不能爆炸呢？为后续物体的颜色探究埋下了伏笔。同时，对于光的能量，学生生活中都有了一定的体验，比如晒太阳很暖和，但是光的能量有多强，有哪些具体的应用，学生不是很清楚。通过实验让他们在认知冲突的情况下产生了强烈的好奇心和探索欲，为后续自主探究奠定了基础。由蓝色激光介入，让学生联系生活实际，尝试列举生活中还有哪些自身发光的物体。学生列举有白色的太阳光、蓝紫色的闪电、黄色的烛焰、淡蓝色的煤气火焰等。通过学生列举的不同光源，自然过渡到不同光源发光颜色不同，引导学生思考：白光是最单纯的光吗？基于学生小学科学里涉及的三棱镜色散太阳光，教师为了使实验不受天气影响，给学生准备了可聚光的白光手电筒和三棱镜，让学生在教室里尝试色散白光。通过学生分组合作，纷纷在白墙壁上或者白色的天花板上找到了美丽的“小彩虹”，但是仔细观察，只能大概看到四五种色光，不能像太阳光那样呈现出七色光，学生通过对比发现，手电筒发出的白光为人造光，只能接近白光成分，没有太阳光成分多。但是，实验的过程和牛顿于1666年所做的色彩实验是一致的，学生也都收获了成功的喜悦，同时，对物理学史中关于光的色散也有一定的了解，学生知道在学习物理过程中所做的实验、经历的实验历程和过去伟大的科学家所做的实验是一致的。

二、融合生活体验，自主实验探究

由三棱镜将白光色散成多种色光，提问：“有没有一种简单的办法，可以获得一种色光？”生活中都知道墨镜能起到滤光的作用，结合生活体验，如果让白光通过有色滤光片，是否能获得一种色光呢？接着发给学生需要的红、绿、蓝三种滤光片，让学生自主尝试，分别获得了红、绿、蓝三种单色光。笔者也自制了一个暗盒，暗盒内贴有银灰色的反光膜，让过滤的色光在暗盒中形成一个明显的有色空间，便于学生观察。结合演示实验和自主探究，得出结论：有色滤光片能够通过与自身颜色一样的色光，其他颜色的光全部被吸收。这里，学生已经掌握了利用滤光片获取单色光的方法，继续巩固，进一步加强认知的结构化。用屏幕展示复合图形（笑脸和哭脸）（如图1），让学生体验分别用红、蓝滤光片获取笑脸和哭脸的图案，在体验的过程中，既加深了学生对知识的理解，又让学生获取了学习的乐趣。学生通过实验和自主体验不难发现：透明物体的颜色是由其能透过的色光颜色决定的。此处，把获取单色光和透明物体的颜色做一个融合，以获取单色光的方法，促进学生思考;学生通过自主体验探究，让思考的问题在脑海中结构化。基于生活体验，再展示一种可控变色夜灯（七种色光模式）。这个物体生活中很常见，但是让学生扒开灯罩，他们会惊奇地发现里面只有红、绿、蓝三种灯泡，由此，自然而然地猜想：通过三种色光的组合模式获取其他色光，水到渠成地找到了色光的混合方法。教师在学生猜想的基础上，指导学生使用色光混合仪分组合作探究，得出红、绿、蓝三种色光混合的结果。同时，得益于这三种色光能够按一定比例自由混合成其他色光，对光的三原色理解也更加深刻。

三、源于生活思考，任务驱动设计

光源发光能被人看到，非光源物体反射光也能被我们看见。由此向学生提问：“生活中的物体在白光的照射下，为什么都能呈现出本身的颜色呢？”将物体颜色与光的反射结合起来，启发了学生的思维。学生会将看到的颜色和光的反射結合起来，产生有依据的猜想：物体将白光中的七色光有选择地吸收或反射。要想验证猜想，就必须进行实验探究，区别于平常物理教师的演示实验，这里，笔者带领学生一起思考我们需要的实验，并根据需要自主设计。首先明确任务，需要用不同的色光照射有色物体，同时尽量减少环境光线的干扰，我们需要设计一个暗盒（如图2），为了减少外界光线对实验的干扰和方便观察，正对面用单向透光膜密封，单向透光膜透光率只有20%（能够有效阻挡外界光线）。考虑取材方便，暗盒使用购物时遗弃的纸盒，内里贴有黑色吸光纸，这样符合要求的实验环境就有了。但是有一个问题：被观察物体用什么颜色实验效果更佳？考虑到跟单色光的色彩匹配，物体颜色以标准色彩为主。我们确定用蓝色毛巾上面插有鲜红的玫瑰花作为观察物体。有了设计方案，提供相应的材料给学生，让学生自主完成暗盒的制作。最后学生分组合作，分别用白、红，蓝三种色光照射观察物体：

1.用白光照射物体，观察到红色花朵和蓝色底座。

2.用蓝光照射物体，观察到蓝色底座，花朵区域是黑色。

3.用红光照射物体，观察到红色花朵，蓝色底座变成黑色。

通过对记录的实验现象的分析发现，红花只能反射红光，吸收其他色光;蓝色底座只能反射蓝光，吸收其他色光。学生自主生成结论：不透明物体只能反射与其自身颜色一样颜色的色光，其颜色由其反射的色光颜色决定。经历以上过程，我们不仅完成了对知识的学习，同时经历了实验的设计和探究，这种探究是基于真实情境的富有意义和内涵的，让学生学习物理不再被动，学习变得具有更强的现实意义。

初中物理课程标准要求学生从生活走向物理。有时，在教学过程中，不妨从学生生活体验人手，融合他们的生活认知。这就需要教师准确了解学生的前概念，在内容编排的时候找到各部分内容的交叉点。把融合的内容以问题的形式呈现，把学习设计在有意义的问题情境中，让学生在各种问题情境中通过合作解决问题，让学生通过体验知识获得的过程，促进其元认知的发展;通过问题的解决，学生灵活运用知识解决更复杂的问题，最终掌握蕴含于问题之中的知识以及支持问题解决的知识。在此，笔者认为，问题是STEAM课程整合的㈩发点和整合点，多样化的问题载体会触发多样化的研究性学习，学生多一份尝试，就多一份收获。

[参考文献]

[l]卞志荣，刘琦，薛丽娟.基于学习进阶理论下的原始问题教学设计策略研究[J].物理教师，2017（6）：9-14.

[2]窦瑾，试论组织物理教学内容的目的、依据和基本要求[J].物理教师，2016（4）：10-12.

（责任编辑 易志毅）

[基金项目]本文系江苏省现代教育技术研究2019年度立项课题《STEAM教育理念下学科深度融合的课程开发与实施》阶段性研究成果，课题编号为2019-R73319。