STEAM教育理念下高中物理实验设计

赵彦刚

（山东省青岛市即墨区市北中学 山东青岛 266200）

在科学、技术和创新飞速发展的背景下，STEAM教育在世界范围内产生了强大的影响力。STEAM教育相对于我国传统的单科教学方式，打破了学科的独立性，更注重学科之间的联系。可以说，STEAM教育理念将作为课堂教育的催化剂，坚持“以学生为中心”的原则，通过科学整合培养学生获取知识和技能，灵活传递内容解决现实问题，使学生成为多种行业需要的高素质创新型人才。本文旨在为STEAM教育在高中的实施提供参考范式。

一、STEAM教育特征

1.项目为导向

STEAM教育通过提出和完成项目将项目视为学习和行动的单元，使学生能够学习知识并展示实践技能。采用STEAM教学方法，一方面可以激发学生对于物理实验的实践热情，另一方面，从整体上来看更能够增强团队之间的协同互助能力，让学生“边做边学”[1]。

2.不同学科交叉，综合性强

STEAM培训融合了多种学习方式。不同领域的教师可以灵活地交叉各个学科的学科知识，从而使学生的学习系统化，达到类比的效果，增加学习的兴趣。同时，STEAM教育让学生通过将所学知识与生活现实相结合，真正应用所学。

3.注重过程而非结果

应试教育关注的是老师、学生、家长、整个社会的学习成果，却忽略了学习的本质是激发学生的学习兴趣，让学生有能力去学习、去思考，最终发现问题、解决问题。STEAM教育旨在更注重学习过程而非学习结果，减轻教师的教学负担和学生的学习负担，让学生真正沉浸在学习中，享受学习的乐趣。

4.允许学生犯错，增强学生创造性

STEAM教育本质上是一种允许学生犯错的教育思想，它可以鼓励学生犯错，大胆挑战，提出自己不同的想法，成为完全不同于基于标准答案的传统教育的独立学习者。同时，STEAM教育通过贯彻创新是科技生产第一发展要素的特点，可以有效激发学生的创造力。

5.灵活性强，适用面广

STEAM教育起源于美国，但得到世界各地教育工作者的认可。除了以上四个特点之外，还有一个特点使得STEAM教育理念适用于各个国家和地区。以全国为例，不同地区的教育工作者可以结合当地风土人情和地方特色，创新教育形式，设计出适合本地区的创新教育模式[2]。

二、高中物理实验教学中融入STEAM教育理念的价值

1.STEAM教育聚焦跨学科融合

实行STEAM最重要的一点便是学科之间的科学融合，在物理实验教学中，教师要能够通过恰当、科学的方式渗透跨学科知识，更好地融合物理学科与其他学科的教学内容。物理是一个综合性的题目，有一定的集成性，尤其是在物理实验中，不仅需要用到物理知识，还需运用数学、工程应用等多方面知识，因此在进行物理实践中必须要充分理解并运用这些丰富的知识，要想学好物理，不仅要借助跨学科的思维分析物理问题，还要分析一定的跨学科知识和技能。

在高中物理教育中融入STEAM教育理念，能更好地展现物理的科学性以及推理性，更能突显出数学学科的严谨性与情境的趣味性，然而，突出这几种特性的重要前提，就是教师不仅要具备专业的物理知识，更要有全面的跨学科素养。也就是说，高中物理教师在能够熟练运用本学科专业知识为基础上，还必须要向学生拓展化学、艺术、数学、文学等多方面知识，尤其是随着高科技产品渗入校园，教师还可以掌握几种新型设备的使用，例如3D打印机、投影仪等，还应该熟练使用电脑软件，诸如犀牛、Python以及Flash等等，若教师在教学过程中能够运用这些软件进行动画、模型展示，不仅能让学生眼前一亮，更能够将抽象的物理概念变得通俗易懂，将课本上的平面图形变成立体结构，从而达到“寓教于乐”的目的。例如，教师在进行电流教学时，便可以运用Flash这一软件，将电流在电路中的变化动画化，取代了传统课堂上学生面对一系列的电子元件却不从下手的现象，因此，可以说运用教学软件更能够适用于现代学生的思维发展特征，更好地辅助学生进行物理学习，帮助学生解决了学习中的难点，很大程度上促进学生创新思维以及发散思维的形成。因此，教师进行跨学科的教育能够为物理教学展现出多维度的教学内容和呈现方式，既精准地集中了物理教师的教育积累，又扩大了综合性，促进了物理教师学习、掌握和应用跨学科知识的主动性。将STEAM教育思想与教师充足的跨学科知识储备相融合，可以使物理教育更加科学、真实、实用、适用，激发学生的知识兴趣，促进学习动力，实现物理核心素养提升目标[3]。

2.STEAM教育注重实践与应用

从STEAM教育的角度来看，物理教育设计应该更加注重技巧性、可靠性和应用性，以激发学生的兴趣，吸引学生的注意力。因此，高中物理教师必须将教学设计作为授课工作的重点，多使用学生生活中常见的工具，也可以充分利用科技成果，用来再现物理情景，使学生更加感兴趣，鼓励学生积极协作并参与课堂讨论[4]。

在基于STEAM教育理念设计中，探究实验“探究小车速度随时间变化的规律”时，选择了在生活中较为常见的实验道具，在实验中，选择小车、纸带、木板等工具，让学生通过自己动手实践进行实验，从而得出小车速度与时间之间的变化关系，小车是学生日常生活中非常常见的小玩具，由于其便利性得到了众多物理老师的青睐，不仅能够清晰明确地展现出课本上的实验，更可以让学生动手实践，自主探索实验现象。在这种情况下，教师可以通过选择适合物理教育的生物材料来接近物理，学生可以在学习物理知识的过程中发现问题，特别是在一些现实生活中较为接近场景，以此来设计出优秀的教育计划。

三、新课程标准下，高中物理创新实验教学现状解析

1.教师教学存在的问题

（1）没有给予足够的重视。一些物理教师深受传统教学观念的束缚，认为物理实验是可有可无的，只注重理论知识的传授和问题的解决，所以没有给予物理实验教学足够的重视。（2）教师教学方法受到束缚。有些物理教师在实验教学中很容易被传统教学方法束缚，没有对实验进行创新，只是根据自己多年经验重复操作。然而，时代在不断变化，教师的教学方法也必须要得到创新才能更好地适用于新时代。（3）不重视理论与实践之间的协同性。物理是一门实践能力强且理论知识繁多的学科，在教学中，教师通常只是重复着书本上的理论知识，或者在实验中完全没有进行理论教育，这两种教学现象都是不可取的，都无法促进学生逻辑思维能力的增长，并且若采用这种教学法，会导致学生对知识没有进行深入的理解，虽然学生对理论知识对答如流，然而在实际运用中用到理论知识的情况少之又少，因此，教师必须要将物理教学的理论和实践进行协同教学，才能达到高中物理教学目标

2.学生学习存在的问题

（1）实验以及测量仪器使用不当。学生在实验中往往过于注重实验结果，却忽视了实验的规范性原则，因此会出现划伤、烫伤等意外情况，这主要是由于教师没有制定一个使用规则，造成学生没有正确使用仪器。（2）大部分学生按照课本上的实验指示进行操作。如果情况有一点变化，学生会不知所措或者从头再来，没有对实验原理进行深入思考。（3）学生在进行实验学习的过程中，没有按照实验步骤，而且逐渐降低对于物理实验的重视程度，无法实现高质量的实验学习。

四、STEAM教育理念下高中物理实验设计具体应用

1.利用互联网辅助教育

目前，但大部分教师将互联网作为辅助工具，仅在必要时才使用多媒体进行展示。事实上，互联网可以成为教育的基础，教师可以利用它为学生创造一个互动、开放、包容的教育环境。在探索STEAM综合教育的过程中，可以利用网络教育来提高教育效果。例如，在物理实验的课堂上，教师可以使用数字化的工具来加强与学生的互动，并在课堂上与学生一起发现课堂上的困难。STEAM综合教育更注重学生的实验能力，事实上，实验也可以通过互联网技术和多媒体技术来呈现。当前的虚拟现实技术能够将物理实验的效果直观地呈现给学生，帮助学生在线进行物理实验。在传统的物理教育中，师生之间的交流非常有限，并且存有时间和空间的限制，但是互联网技术让教师可以制作微课视频，学生可以自由选择学习时间和内容，不受时间和地点的限制。

2.开展生活化学习模式

在开展实验校本课程的过程中，教师着眼于新课程改革背景下物理实验的教育目的，立足物理实验与现实生活的自然联系。同时，教师结合现实世界的实验内容，借用生活中常见的材料和资源，让学生“走进生活”。在STEAM理念下，将现实世界实验的教育目的与当地资源优势相结合，创造实验性、历史性、项目性、区域性课程，鼓励学生有效学习物理实验。

3.构建与其相适应的实验教学评价体系

构建恰当的实验评价体系对于物理实验教学起到极其关键的作用，传统教学课堂上，教师往往会根据学生实验的手法是否标准、实验步骤是否准确为评价标准，显然仅仅通过这些无法真正评判实验教学是否有效。这主要是由于高中是发展学生发散思维的重要时期，有些同学认为实验可以适当简化，而有些同学认为实验可以进行扩展。因此，教师需要给学生一个敢于实践的机会，不要直接告诉学生哪些步骤是错的，哪些步骤是多余的等等，只需要静静地观看学生实践，鼓励学生思考在实验中出现的问题。教师可以先让团队之间进行交流，若实在不明白实验出现错误的原因，再由教师进行指点。也就是说，教师在整个过程中起到“引路人”的作用，学生才是课堂的主体，这也符合“以学生为本”的教学理念。同时，可以将教学评价拓展为团队合作能力、实践能力、创新能力等多个方面，这不仅充分肯定了学生的学习能力，更有助于学生掌握知识，促进教学评价多样化与全面化。在优化实验教育评价的过程中，教师要尊重学生的主体地位，引导学生完成小组自评和互评，随后再由教师对学生进行综合评估，使教育评价模型更加全面和客观。

4.开展探究式学习

探究式学习法是一种依靠自己决定探究对象，自主选择探究方法，最终得出探究结论的学习方法。在物理教学过程中，教师不能一下子把课堂内容传授给学生，而是可以讲理论、讲实践，采取提问的方式激发学生的兴趣。STEAM的教育理念打破了学科之间的界限。例如，在课程中，教师可以抛出水污染和净化问题，污水净化包括物理、化学、社会、工程和其他学科，学生能够在水源污染分析、净化方法、社会影响和人为污染改善等方面进行探索，也可以从住宅供水系统的变化来探索。这种探索性方法的教学法使学生能够自行获取知识并将理论与实践联系起来。

5.做好教学总结，充分发挥STEAM教育理念的实效性

高中物理具有逻辑性强的特征，在教师层面来看，有效地优化教育系统，优质教育总结是必不可少的，因此，教师在高中物理实验中运用STEAM教育理念进行教学时时，应加强教学总结活动，找出STEAM教育理念在育人方面的优势和不足，更好地配置教学资源，使高中物理实验教学模式更加有效和科学，在教育中也能够真正有效地提高高中物理实验教学质量。

结语

综上，随着我国新课改的深入，不仅要求高中生能够掌握基础理论知识，更要增强自身实践能力，增强逻辑思维，所以在对学生提出高要求外，教师所面临的挑战也在加重，若物理教师仍坚持传统的教学方法，那么不仅无法有效增强学生综合素养，而且教学质量更会显著降低。因此，教师在教学过程中需要充分结合STEAM教学理念，深入理解STEAM教学的内涵与意义，并将其付诸实践中，通过不断创新教学模式来找到最适宜学生成长、最符合教学实际的教学方法，只有这样，才能更好地优化实验教学，使得高中物理教学成效不断提高。