基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展的内涵和价值研究

马兵

［摘 要］基于初中物理实验教学现状，结合初中物理实验教学对 STREAM教育进行本土化解读，探索基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展的内涵和价值。

［关键词］STREAM教育理念；初中物理；实验拓展；内涵；价值

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）14-0047-03

调查显示，江苏省初中物理学生分组实验的开设率不足60%。初中物理学生分组实验开设率低的原因主要体现在以下两个层面：一是认识层面：将初中物理探究式教学泛化、固化和窄化；采取“满堂动”“满堂问”的教学方式；让学生程式化地理解科学探究的七个步骤；满足于书本知识的获得，忽视科学探究的多样性；将科学探究简单地等同于做实验，不去引导学生对实验进行拓展以及进行深度学习。二是操作层面：无序设计与低效组织实验活动；讲授过多和机械刷题。在这样的教学观下，初中物理实验教学只是开展知识层面的演示实验和少量的学生实验，学生鲜有经历科学探究和深度学习的机会。

初中物理探究教学的本质是以实验为基础，以培养学生的思维能力为核心，以创设问题情境为切入点，以提升学生的实践探究能力为重点，以问题链的方式引导学生学习进阶，从而培养学生的物理核心素养，发挥物理学科的育人功能。

基于STREAM教育理念进行初中物理实验拓展，能有效解决上述问题以及发挥探究教学的功能。下面笔者就基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展的内涵和价值谈谈一些认识和体会。

一、“基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展”的整体界定

依据《义务教育物理课程标准（2022年版）》和初中生的现有水平及认知规律，以STREAM教育理念为指导，对初中物理实验进行适当的拓展，能使初中物理实验拓展既来源于教材又超越教材。教师可以根据核心素养目标的达成要求和物理学习内容，从STREAM教育涉及的科学、技术、阅读与写作、工程、艺术、数学要素中选取一种或多种要素融入初中物理实验，对初中物理实验进行拓展。在实验拓展的过程中，学生收集阅读资料，明确实验中的问题，熟悉实验操作规范和技巧，进行数据分析处理，艺术美化实验现象或结果，全面准确地表达实验报告，将STREAM教育中的科学、技术、阅读与写作、工程、艺术、数学的思维技巧融为一体。基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展，以整合的方式让学生掌握知识和技能，并能灵活迁移应用知识解决实际问题，从而拓宽学生的知识面，提升学生的关键能力，培养学生的高阶思维。

二、“基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展”的内涵

（一）对“初中物理”的认识

首先，初中物理学习促进学生的全面发展。在新课标下，初中物理课程不仅注重知识的传授和技能的训练，注重引入物理科学的新成就及其对人类文明的影响等，还重视对学生终身学习能力、科学探究能力、创新意识以及科学精神的培养。初中物理课程注重让学生经历从自然到物理、从生活到物理的认识过程和基本的科学探究实践过程，注重与其他学科的融合，可促进学生的全面发展。

其次，初中物理学习培养学生的科学思维。初中是学生正式开始系统学习物理的起始阶段，初中物理课程不是让学生单纯地学习物理知识，而是让学生通过学习掌握一定的物理学习方法、物理思维、物理思想等。教师通过让学生经历提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等科学探究环节，引领学生从物理知识的学习走向物理思维的历练，涵养学生勇于探索、追求真理的科学精神，让学生在思想交流、交融、交锋中提高语言表达能力和交流沟通能力，从而培养学生的科学思维，提升学生的综合素质。

再次，初中物理学习激发学生的学习兴趣。初中物理贴近学生生活，符合学生的认知特点。初中物理教学中，教师应基于初中生好奇心强、形象思维占主导等生理和心理特征，有目的地引导学生在生活中观察发现物理现象、总结物理知识、揭示物理规律、运用物理知识，激发学生的探索兴趣，培养学生良好的思维习惯和初步的科学实践能力，落实“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。

最后，初中物理是衔接小学科学和高中物理的桥梁。初中物理知识不是无基础的新知识，在小学阶段学生就开始接触物理了，只不过限于小学生的认知水平，小学阶段将物理、生物、化学、地理等学科组合成科学学科，注重引导学生观察生活中的科学现象，并进行简单的探究分析。高中物理是在初中物理的基础上做进一步深化和进行更严谨的科学探究，其表现是侧重于高阶思维的培养。

（二）对“实验拓展”的认识

首先是对实验的认识。对刚刚学习物理的初中生来说，有些物理概念和理论是比较抽象的，而物理实验能有效帮助学生建构物理概念和理论，加深学生对物理概念和理论的理解。

实验拓展是指在学生已经掌握实验原理的基础上，让学生对实验的设计方案进行再优化，对实验内容进行再深化。

本研究的“实验拓展”不是将初中物理知识“改头换面”后再进行所谓的拓展，而是基于学生的发展需要，源于教材又超越教材，从学习进度（定性研究）、知识深度（定量研究）、真实情境（知识向能力转化）三个维度（如图1）进行拓展，以发展学生的高阶思维，培养学生的物理核心素养。

[真实情境

（知识向能力转化）][知识深度

（定量研究）][基于学生发展需要，源于教材又超越教材][学习进度

（定性研究）]

图1 实验拓展

“学习进度”维度的实验拓展是基于教材的教学安排进行的；“知识深度”维度的实验拓展是基于物理知识的深度挖掘而进行的，主要对实验中发现的新问题、实验规律的定量关系等做进一步的研究；“真实情境”维度的实验拓展是基于真实情境的实验发散性拓展，不拘泥于传统教材、实验器材、设计方案，将探究实验置于真实的情境中，要求学生能抓住主要矛盾，能区分干扰因素，能将实际问题抽象成知识模型，进而借助已经掌握的学科知识和具备的能力，对知识模型进行有效应用，使知识内化为能力。另外，让学生亲身经历发现和解决问题的过程，挖掘更多、更全面的知识，建立完整的知识体系。

（三）对“STREAM”的认识

“STREAM”包含Science，Technology，Reading/Writing，Engineering，Art，Mathematics，是由STEAM增加了Reading/Writing而得。STREAM教育是集科学、技术、阅读与写作、工程、艺术、数学的思维技巧于一体的综合教育，体现了跨学科、艺术性、体验性、情景性、协作性、设计性、学习性等特征，代表着知识的契合、融合和联合。

从知识的系统性来看，任何知识都不是独立存在的，有的知识有着前后的逻辑关系，有的知识在相应的情境或项目中相互联系，有的知识虽然在逻辑关系或知识上没有关联，但在研究或理解的方法与思维上有着共同的特征。知识之间的各种关联有效促进了知识的深度理解，促进了知识及学习方法的迁移，促进了科学思想的生成。综合地对相关知识进行关联性立体架构，能让学生形成自己的知识体系，并影响着学生后续的学习。因此，进行融合性学习能有效促进学生知识系统的不断完善。

本研究中的STREAM定位为物理学科项目化学习，其核心是STEM，即基于初中生的物理学习需要选择一个物理核心知识进行项目化学习设计，强调知识的完整性和系统性。以阅读与写作、艺术的加入来加强与优化学习过程中的输入和输出，其中阅读的功能是强化输入，利用学习环境的开放性、学习资源的海量性以及学习过程的复杂性，提供情报资料以加大学生的知识储备和拓宽学生的视野，为学生提供学前帮助，增强学生的学习信心。写作和艺术是对输出的优化，学习效果方面除通过练习题进行呈现外，还可以让学生自行选择其他呈现方式，如小制作、小发明及物理现象的艺术化呈现等。如此，围绕初中物理的核心知识引导学生进行项目化学习，能让学生建立知识体系，发展关键能力，培养核心素养。

（四）对STREAM和初中物理实验拓展关系的把握

本研究不是直接照搬国外的STEAM教育，而是结合初中物理实验教学对STREAM教育进行本土化解读。根据《义务教育物理课程标准（2022年版）》和初中生的现有水平及认知规律，以STREAM教育理念为指导，对初中物理实验进行适当的拓展。其基本原则是基于课程标准，源于教材又超越教材。

基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展具体分为微观、中观和宏观三个层次（如图2）。

图2 基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展的三个层次

基于STREAM教育理念开展初中物理实验拓展，将问题实验化、将实验实践化、将实验生活化等，能丰富学生的学习活动，让“玩实验·学物理”成为物理学习的主旋律，从而将枯燥的习题训练转变为能够动手、动脑的实验探究，有效避免习题课和复习课的“炒冷饭”和“题海战”，丰富学生的学习过程，激发学生的学习兴趣和自主性，培养学生良好的思维品质，落实“以生为本”的教学理念。

三、“基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展”的价值

（一）破解教学难题，落实物理课程标准

基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展，将“经历科学探究过程，具有初步的科学探究能力，乐于参与和科学技术有关的活动，有运用科学研究方法的意识”设为主要目标之一，改变学科本位和知识中心倾向，以学生物理核心素养的养成为标准；注重优化物理课程内容，把物理课程内容的情境性、探究性、批判性、反思性、建构性提到重要位置，且遵循学生身心发展规律，创新物理课程内容的呈现方式，注重教学方式的多样化和特色化；让学生深入探寻物理知识的本质并创造性地运用物理知识。由此，基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展，可以破解教学难题和落实物理课程标准。

（二）克服知识的片面零碎，建立完整知识体系

基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展，可以利用学习环境的开放性、学习资源的海量性，为学生提供更多的学习实践机会，让学生在“实践—认识—再实践—再认识”中升华能力，使学生的学习生活化、信息化、实践化。教师可以整合的方式让学生掌握知识和技能，学会跨学科运用知识解决实际问题。此外，还可以拓展学习内容，强化学习方法和手段，使学生能将各个知识点有效地连接起来，形成完整的知识体系。

（三）发展核心素养，实现学科育人价值

基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展，能培养学生的物理核心素养，使学生逐步形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。物理核心素养的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面，充分凝结了物理学科知识的本质、特定的学科思想、问题的解决方法，以及学习者在具体学科领域所应具备的能力。教师通过引领学生从物理知识的学习走向物理思维的历练，涵养学生勇于探索、追求真理的科学精神，让学生在思想的交流、交融、交锋中提高语言表达能力和交流沟通能力，有效发展学生的核心素养，实现物理学科的育人价值。

综上所述，基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展，其本质就是以“育人”为目标来促进学生的发展。教师可以根据物理学科特点、学段特点和学生的发展需求，创设真实情境，引导学生在真实情境中应用知识解决问题，并感受学习的乐趣和意义；可以通过搭建学习支架、提供资源支持、设计挑战性任务等方式，引领学生持续深入地参与学习活动，让学生在完成挑战性任务的过程中实现“知行合一”，使学生的学习更具主动性、连续性、完整性，促进学生全面发展。

［   参   考   文   献   ］

[1]  中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准：2022年版［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

（责任编辑 黄春香）

［基金项目］本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题“基于STREAM教育理念的初中物理实验拓展研究”（课题编号：D/2020/02/268）的研究成果。