基于STEAM教育理念的初中物理课程创新与案例设计

杨珍珂 贾伟尧

摘 要：在物理课堂中，培养学生聚焦问题、解决问题、延伸问题的能力，使学生真正成为学习的主体至关重要。本文以STEAM教育理念为初中物理课程改革的切入点，对课堂教学模式提出了一些创新的设计方法。并以“针管液压智能机械手臂制作”为具体设计案例，详尽地阐述了如何利用STEAM理念进行教学创新设计。

关键词：STEAM教育理念；课程改革；初中物理；案例设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）3-0021-3

2015年度的《地平线报告》指出，在基础教育活动中深化多学科的整合式学习能高效地促进教育创新改革。自上世纪末期，美国教育学界提出了将科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）等学科在教学实践中整合成以新技术为载体的创新型教育理念，即STEAM教育理念[1]。本文以STEAM教育理念为切入点，结合实际教学案例，探讨如何利用STEAM教育理念对初中物理课程进行教学创新设计。

1 初中物理教学现存的主要问题及改革目标

初中物理课堂顺应发展要求已积极进行改革，但在教学实践中仍存在着学生对新知识迁移、创新能力不强，在课堂上主动性不足等问题。新的课程改革重视培养学生的科学观念与人文素养，但目前大多数课堂仍只重视知识的传承，而忽视了全面深入落实物理课程的三维目标。想要强化学生的迁移和创新能力，需要创设生活化的情境拓宽学生思维；想充分调动学生的主观能动性，需要注意在课堂设计中明确学生的主体地位。

2 STEAM教育理念

STEAM教育强调课堂设计的延展性，旨在开发学生潜在的迁移、创新能力，在课堂上以学生为主体，旨在培养未来能够主导各行业发展的综合性人才。科学、技术、工程、艺术及数学这五个相互独立却彼此关联的学科是科技的基础，是高素质创新性人才必备的核心技能。因此，STEAM教育理念作为一剂催化剂可用于课堂教学，以加速基础教育课程改革的进程。目前，中小学STEAM教育课程已走进我国清华附中、浙大附中等60多所著名中小学[1]。

3 依托STEAM教育理念的物理课程改革

开发和设计具有学科特色的STEAM课程是践行STEAM整合教育理念的关键，为培养学生的创新科技素养、落实课程改革提供了有效的途径。由美国国际技术与工程教育学会提出的“6E设计型学习模式” [2]，结合了“科学探究”的思维和“工程设计”的实践，让学生洞察真实情境中的问题，整合跨学科知识，为整合性课程开发提供了精准的课程教学流程。“6E设计型学习模式”可划分为六个递进的学习阶段，它们的简要说明及关系如图1所示[3， 4]。

4 基于STEAM教育理念的初中物理教学案例设计

教科版八年级下册物理教材第九章第3节中的“發展空间”简要介绍了液压技术，并要求学生查阅图书馆资料或查询互联网对该技术进行了解。学生通过课下学习对该技术有了初步了解，但认识普遍比较浅显。为加深学生对液压技术的认知，我们以STEAM教育模式，设计了“针管液压智能机械手臂制作”的教学案例[5]。

4.1 教学资源与器材

多媒体教学设备、视频资源“灵敏机械操纵传动系统在快递产业分拣邮件的应用”、安装有简单绘图软件的学生电脑、60 mL注射器、彩色墨水、橡胶管、厚纸板、试管夹、细木棒、强力手工胶、剪刀、直尺。

4.2 项目选择与确定（吸引、摸索阶段）

教师播放液压技术应用于工业领域的视频作为课堂引入，营造具有生活化的真实学习情境。引导学生探索情景问题，并提出模型制作任务[6]。学生以小组为单位合作设计制作方案，确定制作所需材料及工具，利用画图软件绘制模型简易结构设计图。

4.3 构想展示与修改（说明阶段）

教师结合学生的实际设计情况结构化讲解涉及的概念知识，填补学生知识结构上的空缺。通过追问的方式引导学生组内讨论、交流找到设计构想的不足，并帮助学生解决问题，完善每组的设计方案。各学习小组上台从设计原理、外观造型、制作工艺等方面详细阐述设计构想；小组间交流设计方案，提出问题。

4.4 设计方案实施（建造阶段）

教师在小组制作过程中及时解决学生实践动手操作过程中的疑问，指引学生在方案实施阶段安全使用机械工具，高质量地完成项目制作。各学习小组利用准备好的材料及工具，依照修改后的制作方案，运用STEAM各学科整合观点，制作针管液压智能机械手臂装置。

4.5 评价与优化（评估阶段）

各小组展示操控该装置抓取物品（图2为某学生作品）。教师从开发学生潜在的迁移、创新能力角度出发对各组作品提出改良建议。各小组进行自我评价和组间评价，并根据实际测试结果、结合改良建议再次优化模型。将各组设计模型在网络平台上进行展示并发起投票。

4.6 拓展延伸（延伸阶段）

教师提升装置制作难度：为提高机械的工作效率，将装置机械手臂的数量增加至多条。提出拓展问题，引导学生进行知识和技能的迁移，以应对在新情境下的新问题。学生在新情境下对原设计进行改进，考虑液压部分的结构和装置整体的稳定性设计。

5 结 语

为创新开发初中物理课程，将STEAM教育理念与教育改革融会贯通，将现代教育技术融入到日常教学活动中去，给学生创设一个跨多学科的学习背景，培养学生动手能力的同时，拓展他们的知识范围，从而提高学生的综合素质。

参考文献：

[1]王娟，吴永和.“互联网+”时代STEAM教育应用的反思与创新路径[J].远程教育杂志，2016（2）：90-97.

[2]R W Bybee. Advancing STEM education：A 2020 vision[J]. Technology and Engineering Teacher，2010（9）：30-35.

[3]Burke， B N. The ITEEA 6E Learning by DeSIGNTM Model， Maximizing Informed Design and Inquiry in the Integrative STEM Classroom[J].Technology and Engineering Teacher， 2014，73（6）：14-19.

[4]N B Barry. The ITEEA 6E Learning by DeSIGNTM Model [J]. Technology and Engineering Teacher， 2014（3） ： 14-19.

[5]李莉.实施生态化物理教学 显化科学思维方法——《闭合电路的欧姆定律》教学设计[J].物理教学探讨，2017，35（4）：64-68.

[6]黄俊华，陈帅，陈平.基于DIS的物理创新实验拓展[J]. 物理教学探讨， 2016， 34（10）： 28-34.