STEAM教育理念下的高中物理教学实践探讨

郑益霞

(江苏省泰州市姜堰区张甸中学,江苏 泰州 225527)

STEAM教育是集科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)、数学(Mathematics)多学科融合的综合教育,它代表目前国际上一种新的综合学科背景下的教育思潮,是一种重实践的超学科教育理念.在新课程改革背景下,高中物理学科的主要目标是促进学生核心素养的发展.

1 基于教学理念指导,明确教学实践原则

STEAM教育旨在打破学科领域的界限,倡导基于项目的学习方式,强调体验性和实践性.在高中物理课程教学中,基于项目的STEAM学习在增强人文素养、培育理性思维、养成主动学习意识、提升个体觉悟、强化问题解决等方面具有积极意义,是发展学生核心素养的重要途径.但是,与传统教学实践相比,STEAM教学的开展存在一定难度,因此,教育工作者应加强教学研究,明确STEAM教育理念的要求,理清教学原则,进而为教学实践的设计与实施做好准备.

1.1 坚持综合性原则,融合多学科内容

STEAM教育区别于传统的单学科、重书本知识的填鸭式教育,是一种重实践跨学科的综合教育理念.因此,在高中物理课程教学中,教师应基于理念指导提炼和整合科学、技术、工程、数学、艺术、社会人文六大领域知识,整合教学内容,让学生在体验各学科知识特点与相互关联的过程中实现综合发展.例如,在以“磁悬浮列车科学探秘”为主题的STEAM教学中,设计者融合了加速度、向心加速度等物理概念、物理实验等知识,要求学生测量加速度、向心加速度的数值、设计实验方案;融合了三角函数、相似三角形、圆心定理等数学知识,要求学生推算加速度,推导向心加速度;引入了图像分析、画图、视频处理等信息技术知识,要求学生掌握专业软件的应用技巧;融入了某线磁悬浮列车的运行速度,要求学生从工程学知识探析列车制造秘密等[1].通过这样的学科融合,学生才能在同一项目中接触并学习多学科知识,实现综合发展.

1.2 坚持情境性原则,激发学生动机

情境性原则强调STEAM学习项目是在特定的情境下展开的,其目的是让学生依托情境调动知识与情感,实现对问题的深入探究,进而给出解决问题的方案.基于此,在高中物理教学指导中,教师应根据学科特点,依托生活背景为学生构建具有引导意义的学习情境,引入驱动性问题,为学生探索学习做好铺垫.例如,在“磁悬浮列车科学探秘”的STEAM教学中,教师结合现实生活、利用媒体资源创设情境:2017年年底,北京首条中低速磁悬浮列车S1线正式开通,设计时速100 km/h.与传统的地铁相比,低速磁悬浮列车不仅速度快,而且更加平稳、低噪音,因此受到了市民的广泛欢迎.那么你知道为什么低速磁悬浮列车会有这些优点吗?请结合所学知识对低速磁悬浮列车的奥秘一探究竟.这一情境与社会生活密切相关,对于学生有一定的吸引力,教师利用多媒体丰富情境内容,合理提出问题,也调动了学生探究学习的动机[2].

1.3 坚持实践性原则,突出教学特色

实践探索是STEAM教学项目落实的主要方式.所谓实践性强调的是引导学生参与到项目的探究中来,以生活情境为载体,从生活中的常见物质入手去解决相应的问题,这样既能够增加项目学习的亲切感,激发兴趣,便于与学生产生共鸣,同时也可以促使他们真正地实现学以致用,实现实践素养的提升.例如,在“磁悬浮列车科学探秘”的STEAM教学中,教师引导学生通过物理实验探究列车启动时的加速度、向心加速度.要求学生利用信息技术模拟磁悬浮列车运动的过程,并讲解其中的原理;要求学生展开线上调研,了解人们对于磁悬浮列车的认识,并设计科普海报等[3].在这一项目推进过程中,教师为学生创造了实践探索的空间,让他们在做中学,参与其中,乐在其中,有效提升其知识的综合运用能力、分析解决实际问题能力以及交流合作能力.

2 重视教学模式构建,推动学习项目实施

在高中物理课程教学中,教育工作者可以根据STEAM教育理念对以讲解为主的传统教学模式进行创新.在新的教学模式的推动下,学生以项目为依托,展开合作探究,在小组合作中进行科学探究,分析探究数据,构建物理模型解释实际现象.项目中一系列的探究活动能够引导学生因地制宜,动手改进、制作探究方案,形成实践成果,解决实际问题,克服困难,完成探究任务.而在动手操作中,学生不仅能够提高对物理学科的认识,其逻辑思维、工程思维、创新设计能力以及审美能力等都能够得到进一步的发展.基于此,在高中物理教学实践中,根据STEAM教育理念指导,教育工作者可以从以下几个环节构建教学模式.

2.1 创设情境,激发兴趣

STEAM教育理念下的高中物理教学实践通过创建真实的问题情境,以学习项目为依托,融合了多学科知识,充分发挥了学生的主体作用,使其能够在活动探究过程中,学习多种学科知识,提升实际问题解决能力.例如,在学生学习了“机械能及其守恒定律”等相关知识后,对弹性势能、动能以及机械能守恒定律形成了一定的认识和理解,为了进一步深化学生对物理知识和技能的掌握,实现灵活迁移,提高解决问题的能力,教师设计了以“探秘回滚筒”为主题的STEAM教学活动.在活动中,教师结合生活现象创设情境,并提出问题:在生活中,大家一定能接触到各种各样有弹性的物体,比如弹簧、海绵、橡皮筋等.这些具有弹性的物体,可以用来做什么?如果这些物体再加上一个圆筒,它会发生怎样的变化?在情境的引导下,学生联想滚动的筒,形成对项目主题的感知,并产生探索其中奥秘的动机[4].

2.2 探索实践,思考问题

STEAM教学注重学生的参与,教师在项目实施中只是辅助性的角色,通过提问各种相关的问题,来引导学生用科学思维思考问题,并通过学生自己动手实践来深入认识问题,获得自主学习体验,实现综合发展.例如,在以“探秘回滚筒”为主题的STEAM教学活动,教师通过在导入情境中引出主题,并在主题下继续提问:什么是回滚筒?如何制作回滚筒?根据制作体验说一说哪些因素会影响到滚动的距离?如何设计出更加美观、有趣的回滚筒?这些问题启发学生主动思考,驱动其将物理、技术、工程、数学等方面充分融合并加以运用,进而在动手实践的过程中回答问题,不断突破难点,建构知识,锻炼实践能力.

2.3 辨析问题,深入探究

在STEAM教学中,学生的探究过程并非预设的,其中存在诸多可能性,而这就要求学生对项目中的问题进行深入思考,抓住问题的关键展开探索,通过追问,引发对一个问题、一个观点的“反思”,并利用所学的科学原理确定问题解决方案,进而达到学以致用的目的.例如,在以“探秘回滚筒”为主题的STEAM教学实践中,教师首先为学生安排了学习任务,要求学生利用橡皮筋、螺母和塑料瓶制作一个能够自由滚动的筒.学生通过合作完成了回滚筒的制作,教师针对学生作品进一步提问:通过同学们的展示,发现不同人制作的回滚筒的滚动距离是不同的,你知道其中有哪些因素在影响回滚筒的滚动距离吗?学生在实践探究的基础上辨析问题,深入思考,结合机械能及其守恒定律等知识进一步讨论、设计实验来比对不同回滚筒的差异,并总结出筒的形状、橡皮筋的数量等因素会影响其滚动距离.在这一过程中学生对于已形成的学习成果进行回顾、思考,结合问题探索其中更多的奥秘,深化了对机械能及守恒定律等知识的认识.

3 做好教学总结反思,促进教学实践优化

所谓“学而不思则罔”,在高中物理STEAM教学实践中,教师一方面要结合学生的发展需要设计项目,指导实施,完成核心素养的培养目标;另一方面还应加强总结与反思,积累经验,总结教训,为STEAM教学方案的优化提供参考,同时也形成具有推广意义的经验,促进物理课程的深化改革.

3.1 做好归纳总结,积累教学实践经验

STEAM教育是以问题解决为导向,旨在培养学生创新能力和实践能力的一种教学理念.在高中物理教学设计与实施过程中,教师关注跨学科性、实践性、协作性和趣味性,把STEAM理念带到学科教学中去,积极开展探究活动,让学生在体验中实现了成长,同时也推动了学科教学的改革.基于此,在开展STEAM教学活动的过程中,教育工作者要善于从身边寻找问题,开发课程,不断归纳总结,提升自己的STEAM教学能力,也为课程改革的深化积累理论和实践经验.

3.2 做好分析反思,推动教学实践优化

在高中物理STEAM教学实践中,教师应善于通过反思及时发现项目设计与实施过程中存在的问题,围绕学生的发展进行教学优化,完善STEAM教学,改进后续教学效果.例如在以“生活中的圆周运动”为主题的STEAM教学实践中,教师以现实生活中火车脱轨的问题引发学生思考,促使学生结合物理、数学、工程等学科知识探索生活中的圆周运动,思考如何运用物理学知识解决实际的工程技术问题.在完成项目教学后,教师对教学实施过程进行了反思,发现理论回顾、问题分析、方案设计、模型制作、展示分享等环节存在的问题,并作出如下改进策略:进一步优化基于学生生活经验的科学探究情境,丰富情境细节;引导学生主动质疑,培养学生的批判性思维;给予学生方案设计的机会,指导学生有效合作;为学生的模型制作提供更多的物质支持;营造更加开放的展示空间,让学生能以自己喜欢的方式进行分享,等等.以此教师可以优化STEAM教学过程,不断提升物理教学质量.

总之,在高中物理课程改革实践中,将STEAM教育理念引入实践教学对于提升教学效果、促进学生学科核心素养发展有着重要意义.上文结合高中物理课程教学实践对STEAM教育理念的渗透与应用提出了几点建议,为创新课程教学的相关研究提供了参考,但是其中依然存在诸多不足.所以,教育工作者在深化教育改革的背景下应进一步探究STEAM教育理念在课程教学中的应用价值,探索设计更多学习项目,促使学生在真实问题中参与跨学科项目学习,培养学生在科学、技术、工程、艺术、数学等方面的必备技能,为终身发展奠定基础.