高中原始物理问题与STEAM教育初探

孙玲玲

(甘肃省玉门市第一中学,甘肃 酒泉 735211)

原始物理问题是一个非常宽泛的概念,但发现、学习探究和解决最原始的物理问题,正是学习物理这门学科最初的动机和最朴素而本能的追求.同时最原始、最朴素的问题往往也是最难解决的问题.此类问题的影响因素繁多且复杂,高中物理课堂中的教学与对应的考核办法都是将原始物理问题进行抽象简化,变成简单而理想化的物理模型.即忽略次要因素,抓住主要因素.从而抽象出理想化的物理模型,再通过对理想物理模型的学习实践由简到难应用逐步提高,越来越接近与解决实际物理问题[1].

STEAM指的是科学(Sciense)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Art)、数学(Mathematics)等各类学科的融合利用,为我们解决问题提供理论知识和技术支撑,同时又将解决好的问题用于生活实践.关于STEAM教育则是近几年关于教育信息化发展与多学科融合的必然产物,这让我们用最原始的方式方法解决原始的物理问题转变成利用先进的创新科技理念解决最原始的物理问题.所以STEAM仍然是我们解决原始物理问题的手段与工具,也可以说是用现代手段解决原始问题的有效的现代载体,在高中物理课堂中,利用STEAM教育方式可以有效提升学生的核心素养和多学科之间的融合与提升.本文就高中物理课堂中的STEAM教育的应用进行初步的探究.

1 关于高中物理课堂的原始问题的探讨

我们都是从力或运动的关系出发,进入高中物理课堂.“力”是人类历史上人们最早意识到的物理概念之一,因为“力”时刻影响着人们的生产生活,人们意识到“力”的存在是一种自然而然的发展变化,并不像现代的一些学科概念那样需要很丰富的想象力和创新意识.“运动”这个物理问题从一种思想转变成一种物理概念就开始于人们不断的思考探讨,因为“运动”就是最初在人们的意识中与自己的生活息息相关,时刻伴随着每个人、每件事、影响着人们的生活的一个物理问题.那么人们最初的意识里对“运动”的描述是不是正确、科学、规范呢?答案显然是否定的.在学习过程中将“力”与“运动”独立探究,这样做有利于学生对知识理解与应用.但是从最本质、最原始的物理问题出发,“力”与“运动”之间的又是关系错综复杂,紧密关联的,很难独立存在.

“力”与“运动”是人们在生产生活实际中总结经验教训,在正确与错误的道路上逐步总结而来的.从历史的发展来看,对物理问题的研究从解决生产生活实际中的难题,使生产生活变得更轻松、更便捷.这种研究问题的途径有它的历史特点:对物理问题的实质并没有深入探究,从偏面上看往往得出的结论和生产生活实际结合得非常好,所以很容易被人们接受.比方说“力是使物体运动的原因”这一结论在生产生活的表象中与实际符合得非常好,人们一下子就接受了.但是深入探究得知事实并非如此.在多年的高中物理课堂教学中不难发现学生的理解也存在很严重的经验主义,大多数学生就觉得“用力则物体动,不用力则物体不动”是正确的.由此看来不管科学发展到什么程度,人们接受新理论新事物的规律不变——一眼就看到的就是最能够接受的.但这其中隐含的本质则需要深入探究思考,要通过实验的反复验证和理论的推导,然后再返回到生活实践.

利用现代STEAM教育的最简单模式初步就是将生活场景进行抽象模拟.能够利用计算机信息技术[2],进行科学合理的取舍,让学习者不是简单地凭借生产生活经验轻易得出结论,而是能够注意到生活中不易发现的物理问题的本质所在.就以“力”与“运动”的关系为例,这是人类在古代哲学与物理学中反复讨论与思考的问题,也是我们学好物理的前提和基础.

人们之所以最初没有确定“力”与“运动”的关系,最简单的例子:人用力推物体,物体就会运动;不用力推,物体就会静止不动,主要原因有:一是没有意识到摩擦力的存在,摩擦力的存在本来就具有隐蔽性.古代人们对“力”与“力气”没有具体科学的概念,致使人们觉得“施力物体是人才能感受到对物体施加了力的作用,只有人没有感受到自己承受了力的作用,则其他物体也没有受力”;二是对“运动”没有清晰明确的概念,把相对地面的“动”与物理概念中的“运动”没有明确区分;三是没有对研究对象进行抽象,对与研究对象接触的相关物体没有进行科学有效的分析对比,研究物体与其他物体之间的弹力、摩擦力等其他力在人们的思维中没有出现过.归根结底是没有相对完备的知识储备体系作为依托;四是没有科学有效的研究体系和先进的科学技术的帮助.没有完备的实验验证体系,只有不规范不科学的生活经验是远远不够的.

我们当代高中生的学习这些物理中的原始问题时就已经具备了较为完整的学科体系、充足的实验设备、足够的专业知识储备、科学有效的专业指导以及先进的计算机信息技术支撑和足够的信息渠道,使我们能够充分有效提取生活场景中的原始物理问题,并进行科学规范的加工处理,而且媒体信息的高速发展能够让人们随时随地获取最新的研究方法与相关结论.STEAM教育就是随着科学技术的发展变化已经深入渗透到我们高中物理教学的方方面面.从最简单的多媒体教学到物理问题的抽象处理,再到具体化呈现;从小学教育就已经开始的信息技术教学到逐渐被人接受的编程模块的教育教学,甚至各种比赛;从原始的实验研究到将实验室与创客教育模块相结合;从单一的物理理论教育到更加重视物理实验探究得出结论.学生在独立学科的学习中,不仅仅是学习本学科的专业知识,还要在学习的过程中学会怎样利用丰富的资源为终身的学习成长助力.

2 对于STEAM教育的初步探讨

在学校课堂教学中,先进的教育技术与理念已深入人心,但是大部分对STEAM教育并不是很深入,只是停留在多媒体技术的应用上.通过本人及同事在培训学习期间所见所学可以看出:有些学校针对新高考有针对性地进行了一系列重大变革,很值得我们学习.首先在课程设置上与以往的只设置高考科目不同,每个学校根据自己的地域特色以及学校的特色教育,和老师们的专长与个性设置了门类繁多的各种校本课程.这是从学校的结构体制上首先打破传统教育理念,使学生能够根据自己的兴趣爱好选择自己的校本课程,学生能够在枯燥的文化课学习之余参与自己感兴趣的事物,这是对自己的各类素养的全面提升,也是全身心的放松,使人愉悦.对教师而言,在教课之余能够将自己的所学传授给学生,提高教师个人的职业成就感.对于学生的总体教育而言,能够让学生全面发展,让学习物理的人可以参与到艺术创作中来,也可以是学习艺术的学生参与理化生等自然科学的实验中来,当然也可以积极参与到自己热爱的体育运动中去.人作为复杂的社会个体,其发展成长过程中能够接触到各种自然科学及社会科学的学习,本身是一件非常有意义的体验,既提高了学科学习的动力,又提高了学生的艺术修养,能够做到真正意义上的提高人的核心素养和综合素质.

3 STEAM教育与原始物理问题的初步探究

物理是一门以实验为基础的自然科学,古今中外想要在自然科学上取得成就,是离不开实验探究的,正所谓从生活中来,到生活中去.在原始物理问题上,高中教材中已经设置了较多的实验探究,并且随着教育改革的不断推广和深入,教材设置也是越来越多地加入探究性实验和生活实例.但是大多数实验探究过程对学生的要求较高,这对学生来说是一个很大的考验,而且物理学科本身的难度和课程的时间设置上,也很难保证学生能够参与到每一个实验中.所以大多数实验还是以老师先演示,学生观察,再在老师的引导下得出结论,最后应用结论解决问题,此问题并不是实际问题而是书面问题.这样就出现了实验与理论相脱离,学生的学习和生活相脱离,学生的理论知识与实验动手能力相脱离的囧状.STEAM教育理念就能够很好地解决这种尴尬的境况.首先利用校本课程能够将物理课堂中无法保证的时间予以补充,并且灵活地运用课后实践课程,不拘泥于课堂教学的形式、人数限制和固定的教师配备让学生参与到生活实践中去.没有传统意义上的教与学,只是在教师指导下完成自己的实验探究或将学过的理论知识进行验证.而STEAM教育的最大特点是不固定,无边界,灵活吸收各个层次的学生让其参与到学习实践中去.能够满足不同层次学生的需求,基础薄弱的学生可以体验较为简单的物理实验及理论的推导过程;基础扎实的学生可以不拘泥于任何形式,以自己的模式验证自己的想法,可以对课堂中的实验过程提出质疑并进行有效验证及改进.

在STEAM教育理念的指导下,学生在传统的课堂教学与新的科学技术和学科研究方法结合的前提下更好地发挥个人优势.有组织能力的同学可以协调学生之间的任务分配,数学能力强的探究者也能发挥自己的专长,建立物理量之间的函数关系并进行分析,当然大家综合起来可以对物理模型中的函数关系的适用范围、适用条件等进行合理深入的探究和规范.

以上只是浅层次的合作,学科之间的融合对参与者的要求会更加宽泛,物理与数学之间的关系我们无须赘述,物理与化学、物理与生物、物理与哲学等学科之间的关系也密不可分.在科学技术飞速发展的今天,学习者与教育者已不再是简单的知识传授与接受的关系,而是互相提升相互成就与合作的关系,学习者与学习者之间的关系也比以往的关系更加紧密复杂.专业边界的模糊和互相渗透对学习者和教育者都提出了更高的要求.我们应从最简单最基础的地方入手,在学生学习高中物理时就建立STEAM教育理念,这样能够轻松自然地接受之后更大的挑战.