ST EA M 理念下趣味实验在中学物理教学中的应用

福建省晋江市西滨中学 王振钦

技术创新能力日益成为全球各国竞争的重要因素。面对激烈的国际竞争，如果不推进自主创新，一味依赖技术引进，就永远落后于人。只有提高教育质量，才能培养创新人才。要全面提高教育质量，必须通过课程文化、知识体系和教育方式的改变推进我国基础教育课程改革，推进创新型人力资源的开发进程。在这一进程中，坚持培养学生的核心素养，是打破我国教育发展瓶颈的必经之路。随着核心素养的提出，在学科教学中提升学生的学科核心素养是每一个学科教师义不容辞的责任。“科学探究”作为物理、化学、生物学等科学课程共同提出的学科核心素养，可以说是科学课程中最为重要的核心素养维度。以物理课程为例，物理课程中实验是不可缺少的一部分，物理教师在进行实验的过程中，通过引导学生培养探究精神，可以提升学生在实践中解决问题的能力，这与教育改革目标中强调的培养学生终身学习发展能力是一致的。在物理教学过程中，如何更好地发挥这“不可缺少的一部分”的价值，是值得深入探讨的。本文提出了STEAM 理念下趣味实验在中学物理教学中的应用，力图通过对STEAM 理念的贯彻，提升物理实验教学的效果，促进学生科学探究方面素养的发展。

一、问题的提出

古往今来，人类社会的进步都是伴随着科学和科技的进步。特别是现代科学技术的飞速进步，为社会和人类文明的发展创造了更广阔的空间，有力地促进了社会的发展。科学技术可以通过丰富劳动者的文化知识来提高劳动者的技能。物理学科就是科学和技术的关键学科，物理学科的发展对社会进步的推动具有举足轻重的作用。物理作为当代教育领域重要学科，由于其学科的特殊性，是以物理原理作为基础展开探究实验的一门课程，带有一定的抽象性，需要学生具备较强的逻辑性思维能力。综合当前的教学现状发现，在物理教学过程中，普遍存在一些问题，如学生主动学习意识不足、缺少创新性及难以实现新知识迁移等诸多方面问题，因此在全面落实物理课程教学目标的同时，要加强学生创新能力和知识迁移能力的培养，在一些可以培养学生思维创新的场景下，让学生的学习主动性得到提高，从而在自主探究中提升学习和思考的能力。在以学生为主体的学习中，可以更好地确定实验的任务、方案，同时实现有效的交流和沟通。

基于这样的现实背景，我们在物理学科教学中，要积极创新教学理念。STEAM作为一种教学理念，是20 世纪末期，美国教育学界提出的。STEAM 理念，涵盖科学、技术、工程、艺术、数学等多个学科在教学实践中整合成以新技术为载体的一种创新型教育理念。在STEAM 理念下，将趣味物理实验应用于中学的物理教学实践中，改变了过去传统的实验设计方式，也避免了一些模式化的实验步骤带给学生的枯燥感，最大化地提升了学生在实验过程中的积极性和主动性。该理念以项目活动实践为载体，实施物理实验生活化教学，这是物理教育工作者重要的研究方向。

二、STEAM 理念下趣味实验在中学物理教学中的应用价值

结合物理实验中的生活化教学过程，与STEAM 理念实现相融合，进而达到培养学生物理学科核心素养的作用，在物理实验项目的组织中，利用信息技术实现教学目标，从而培养思维创新性人才。

1.实验生活化，培养学生在物理学习中的实践能力。

物理是与生活紧密联系的，例如学生在生活中很容易观察到光的一些现象，也能在生活中运用所学的光的有关知识。这种联系凸显了物理实验的价值，也对物理实验生活化有所启发。而且，这种联系指向的是学生核心素养的发展。学生在物理学习的过程中，形成的思维品质与实践能力，称为物理学科的核心素养，这是学生在经过学习后，内化形成的学科品质，这其中涵盖了物理理论、探究精神、思维品质与科学态度等方面。初中物理在实验中，利用实验得出的数据，是培养学生这一核心素养的基础，学生对物理实验得到数据，展开认真地分析，从而对物理规律形成正确的认识，利用物理实验的现象对事物的本质有更科学的认识。在教学的实践中，物理教师要始终将学生的真实感受作为前提，在尊重事物发展规律的前提下，实现物理实验与生活情境的结合，切实发挥物理实验的良好效应。我们以光的折射这一小实验为例，当光在不同介质中折射时，不会沿着直线一直传播，也会出现偏折，所以我们可以在一些具体的活动中，让学生实现实验，这样不仅可以体现物理实验的真实性，还进一步验证了一些物理现象，进而巩固了物理学科核心素养在物理实验教学中的主要地位。

2.践行核心素养培养目标，与STEAM生活化理念相融合。

生活的复杂性决定了单一的学科知识难以解决生活中所遇到的各色各样的问题。围绕生活的复杂性，在不同的学科方向中发展学生的能力、态度和价值观念势在必行。STEAM 理念中的科学、技术、工程、艺术和数学等都与初中物理有着不同的交集。根据STEAM 理念开展物理实验，针对某个实验项目进行实践教学，可以很好地培养学生的创新能力和合作能力。从认知发展理论来看，初中生有着十分丰富的抽象思维能力，为了让这一能力更赋有一定的价值，STEAM 的组织活动中，教师可以让学生们通过合作学习的方式，燃起学习物理和探究物理的兴趣。当前很多初中生，对物理学习兴趣不高，缺少一定的主动性，为了更好地解决这样一个普遍的现象，教师要善于掌握初中生的个性特点，针对性地引导学生在物理实验中培养探究精神和态度。运用STEAM 教学理念，不仅可以对学科知识进行有效的汇总和整合，还能针对初中生的思维特征，来加强学生创新合作意识的培养，提出了学生学习中的主体地位，实现跨学科的知识整合，培养小组合作的能力，提高和优化针对处理问题的能力。

三、基于STEAM 教育理念的初中物理课程实验教学设计

近年来，随着科学知识体系的完善和稳固，科学知识被广泛地应用在人们的生活中，为人们解决各种问题提供了更好的服务，实现了科学知识服务人类生产生活的需求。基于此，技术素养也成为诸多学者重点研究的话题，从一定程度来说，物理学科的教学就要突破过去原有的界限，积极运用新的经验和知识，来让学生面对生活实践的问题有更好的能力。学生的发展建立在更为系统、综合的探究活动之上才能充分发挥STEAM 的价值。因此，我们在基于STEAM 教育理念的初中物理课程实验教学设计的过程中，要转变观念和思路，鼓励学生自主探索与创新，从而可以让学科知识与生活更好地融合和渗透。STEAM 教育的出现很大程度上避免了各学科之间的分裂和对立，凸显了更加适应学生发展的教学理念，为核心素养落实提供了一个思路清晰的方向。

在教学实践中，围绕相关的问题开展教学设计，要注意结合STEAM 理念中涵盖的内容，并着力将这些内容深度融合进物理实验中并形成具体的教学设计。从这个角度看，对其展开进一步的分析与探讨，具体如下：

1.“S”趣味导入，有效检验物理实验的科学性。

STEAM 中的“S”，指的是科学（Science），即学生的科学思维与科学态度。无论教师采取哪些教学用具，选用哪种教学方式，都应该以学生的认知能力、心理年龄等方面作为主要依据，采用一定的模式进行教学，从而激发学生的学习兴趣。我们以“静电触电”实验为例。教师在学习目标设定后，还要关注学生是否明白静电触电需要具备什么样的条件，同时让学生思考日常生活中可以见到的一些触电、静电的小常识。学生通过掌握静电的规律，结合学科知识，以生活中的现象实现有效的联系，展开实验。比如可以将把塑料飞盘用洗衣粉洗刷、冲净、晒干，再准备一块圆形铁片，大小比飞盘略小，在其中打一小孔，用20 厘米长的丝线穿过小孔将它拴住，用一块干燥的毛皮用力摩擦圆盘的内侧，然后迅速拿开，再用手提着丝线的一端（这是为了不使手与铁片接触），将铁片放入圆盘内，这样圆盘上的电荷将聚集到铁片上，用手指去靠近铁片时，会有微麻的感觉，这种时候，学生就会很兴奋，教师在这种情况下结合实验的结果，启发学生关于物理科学实验中对真理的探究。

2.“T”有效设计，完成实验项目的有力保证。

物理教师在开展趣味实验的过程中，增强学生的亲身经历是十分重要的，这就需要利用多样化的手段来保证实验项目顺利有效的开展。同样，我们以光的折射实验为例。教师可以将学生进行分组，每组学生注意观察光斜射到水面的状况，提前准备好的亚克力箱外部画上十字架的标记，将适量的茶水注入亚克力箱，水的表面上利用喷烟装置放出一些烟雾，这样可以让学生对散射现象有一个直观地了解，从而对光路有更好的了解。学生在实验中，会发现光发生了偏折（同时也能观察到反射），解决了一些疑问，也验证了实验的科学性。

3.“E”精准开展趣味实验，体现实验的动态性与生活性。

“E”，即工程（Engineering），指关于物理学科和工程相关的一些内容。教师在开展趣味物理实验的设计中，可以让学生在实验过程中各自承担不一样的任务。教师通过设计实验内容，让学生能够结合实验的开展，解决实际出现的问题，让学生在趣味实验中可以体验一定的情境。如在悬浮的实验中，孩子们最先想到的都是街头的魔术表演，此外还有现代化技术磁悬浮列车。那么在物理实验中如何来展示磁悬浮？首先，教师可以在磁铁下面依次放置玻璃瓶盖、玻璃板和磁陀螺。当陀螺旋转，将玻璃板缓缓抬起，将瓶盖撤走，会发现陀螺在空中旋转。在这个实验中，物理教师要结合工程性的特点，对实验精心设计，通过实验的动态性与生活性，来给学生演示磁悬浮。为了增加实验的趣味性，还可以让学生扮演魔术师来表演这个实验。

4.“A”“E”个性化的方式，整合能力评价体系。

“A”“E”，指的是STEAM 中的艺术（Arts）与数学（Mathematics）。在初中物理实验教学中离不开切实可行的能力评价体系，这些都是立足于学生解决问题的能力基础上的，需要结合过程中展开个性化的结果评价。物理实验的趣味性离不开生活化，这就需要在物理实验中融入一定的艺术审美和数学思维。物理教学中，离不开数形结合的思维方式。比如在实验过程中，通过使用数学中的一些图像，可以清晰地将物理现象与知识之间的关系表现出来。我们需要结合数学图像来理顺物理实验结果的推导，一是明确数学图像中的一些物理量，二是明白坐标的一些数值，三是清楚图像表达的物理意义，四是可以对实验项目的一些数据展开计算或者判断，这些都是数学思维的体现。在物理教学过程中，时常会用到数学的逆向思维能力，和原来传统的思维逻辑相反，比如逻辑反向、顺序反向或者路径反向等。在物理实验中，运用个性化的方式来体现物理实验结果，从一定程度上体现了物理趣味实验的技术性与开放性。

初中物理教学过程中，在趣味实验中，有效融入学生的认知，就需要学生能够正确理解物理概念，能够找到实验与学科知识的交叉点。教师在将实验融合的过程中，也要注重形式的呈现，设计具有可行性的学习情境，帮助学生在各种不同的情境中，可以养成解决问题的能力，从而实现元认知的发展，掌握解决问题的能力和方法。

总而言之，在初中物理课程教学的实验环节，引入STEAM 教育理念，对当前教育改革有着积极的作用，除了培养学生一定的实践能力之外，还提升了学生的综合素养，更符合趣味性实验培养学生核心素养的目标，也体现了物理这一学科的特性。因此，物理教师在教学过程中，要切实将STEAM 教育理念与物理学科和核心素养要求有效融合，让学生通过趣味实验，养成解决问题的能力，增加更多解决实际问题的能力。在今后的教育教学工作中，将进一步提升趣味实验中与STEAM 有关因素的融合力度，开发更贴近学生核心素养培养的资源和案例，促进学生的发展。