高中通用技术课基于物理器具制作开展STEAM教育活动探索

苏虹

摘要：我国中学开展通用技术课程STEAM教育活动缺少与理科课程结合，而高中物理课程缺少学生设计、制作物理器具的学习活動。针对以上现象，提出在高中通用技术课上，以物理器具制作项目开展STEAM教育活动，并以学生制作滴水起电机活动为例探讨。

关键词：通用技术课 物理器具制作 STEAM教育

中图分类号：G633  文献标识码：A  文章编号：1009-5349（2019）16-0212-02

STEAM教育是集科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）与数学（Mathematics）于一体的综合教育。STEAM教育从STEM教育延伸而来，STEM教育是由美国政府主导的一项教育计划，倡导将多领域知识通过综合课程融合起来，加强学科间相互配合，发挥综合育人功能，让学生在真实的问题情境中学习，在基于项目的活动中应用多学科的知识解决问题。目前我国中学开展的STEAM教育学习活动多为独立的校本课程或社团活动，与学生理科学科内容关联少。同时，不同年级学生统一开展STEAM教育活动难度较大，不仅要占用大量课时，对教学设施要求高，而且缺少跨学科的指导教师。[1]STEAM教育与我国高中开设的《通用技术》课有一定关联性。《通用技术》课注重培养学生技术素养，在项目设计制作中培养学生使用工具、解决问题的能力。《普通高中通用技术课程标准（2017年版）》[1]提出，通用技术学科核心素养包含技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力，并在选择性必修课程第十一个“科技人文融合创新”专题中提出：基于真实的问题情境综合应用科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）、社会（Social）（简称STEAMS教育）等学科的知识、方法和技能，以专题学习或项目学习的方式进行问题解决与科技创新。可见，我国的通用技术课程已经涵盖了STEAM教育的内容与相关课程目标。

物理实验器具的制作过程，是学生对相关物理知识的加深理解和灵活运用的过程，经过课程设计，该过程同时可以实现对学生通用技术学科核心素养的培育，达成STEAM综合教育、基于项目学习的多维度教学目的。本文以“滴水起电机”的制作项目为例，旨在探索阐明在《通用技术》课程中结合物理实验器具制作开展STEAM教育活动的可行性和经济合理性，避免因课程独立开设导致的不必要浪费。

一、“物理实验器具制作”概念界定

“物理实验器具制作”[2]是学生探究物理本质的一种方式，学生设计制作物理实验器具并用自制物理实验器具开展物理实验探究活动。“物理实验器具制作”是学生物理实验探究的一种形式，学生将器具部件重组、增减、按比例扩大或缩小，满足学生物理实验探究、观测实验现象的需求;学生可用原本不是用于开展物理实验仪器的生活物品、材料进行研究设计、改良制作成物理器具，弥补厂制仪器用于实验探究的局限性;学生还可将现代数字化实验设备、厂制实验器材与学生自制物理器具结合开展物理实验活动。

“物理实验器具制作”是满足学生设计研究、动手实践、创新创造需求的实践活动，是学生了解物理器具工作原理、认识物理本质的有效途径。“物理实验器具制作”是结合高中通用技术课渗透STEAM教育开展综合学习活动的落脚点，“物理实验器具制作”是同时培养学生技术素养与科学素养的基本途径。

二、物理实验器具制作的价值

1.有助于学生认识和理解物理本质

“物理实验器具制作”是物理实验的一种方式，是学生认识物理世界的主要途径。高中物理实验教学多以实验演示为主，教师注重物理实验现象的呈现，学生侧重于实验数据收集和分析，但缺少对实验仪器工作原理的分析，忽视探究实验仪器中蕴藏的物理原理、物理本质。与利用厂制器具开展实验相比，学生用自制“物理实验器具”开展实验，可以更深入地认识理解物理本质，提升学生学习物理的兴趣和动手实践能力。

2.有助于培养学生的技术素养

“物理实验器具制作”活动有利于培养学生查阅资料获取信息、绘制设计图的能力，在制作中了解材料性能，掌握工具使用方法，运用知识技能、工艺技巧与经验解决制作问题。“物理实验器具制作”是技术教育的有效途径，是提升学生技术素养的方式。“物理实验器具制作”活动有助于学生设计操作、创新创造，学生在制作中建构物理概念和规律，有助于强化学生手脑并用、知行合一，发展学生工程思维、创造能力。

3.有利于提升学生的STEAM教育素养

“物理实验器具制作”是一个综合复杂的过程。制作中有助于学生应用数学、物理等综合门类科学知识解释制作中涉及的原理，培养学生应用技术工艺解决物理器具制作中的技术、工艺问题，提升学生划分工程项目的能力以及对美的鉴赏能力。通过物理实验器具制作活动，有利于培养学生综合运用多学科知识解决实际问题的能力，达成STEAM综合教育目标，为学生今后深造和学习奠定基础。

三、以滴水起电机制作为例的STEAM教育活动

1.教学活动设计思路

人教版《物理》（选修）3-1静电场内容微观且抽象，多数学生虽在物理课学习了静电知识，但仍然对物体起电、带电原理概念表述不准确，以第一章第一节电荷及其守恒定律、第七节静电现象的演示实验作为滴水起电机制作项目，按照高中物理、通用技术、STEAM教学目标，指导学生在通用技术课上开展制作活动。

2.教学活动的对象、任务、目标

教学对象：高中二年级理科班学生。

教学任务：制作滴水起电机，并将其应用于静电演示实验探究活动。

教学目标：

（1）绘制滴水起电机设计图，综合应用多种材料、工艺方法创作滴水起电机，进而掌握制作材料特性和一定工艺方法;依据滴水起电机制作需求，使用不同制作工具解决制作问题;根据设计、制作过程、实验功能等综合形态进行性评价。

（2）将工程化分为独立项目，根据现实条件选择合适的方法计划构思;基于制作活动得出结论并做出解释，提升对结果交流、评估、反思的能力;提升科学探究能力，解决制作问题的能力。

（3）根据滴水起电机实验效果及功能效果进行改进、调整;能应用系统分析的方法，应用多种技术进行分析、调整。

3.活动前准备

（1）完成学生分组，各组根据滴水起电机项目查找相关信息，绘制滴水起电机设计图如图1，收集制作所需材料（易拉罐、木棍、纸杯、鱼珠胶、铝箔纸、PVC管、不锈鋼小盆、绝缘垫、导线若干、3D打印机、输液器、塑料绑带、生料带）。

（2）学生根据设计图裁剪制作材料，组装各实验部件并测验其实验功能。各组根据自制滴水起电机的实验效果调整设计图，以便依图下料，应用多种工具及工艺改进其实验功能。

4.开展制作活动

（1）用搜集的材料开展实验仪器制作，经过测量制作木架，然后初步确立支架及感应圈位置，根据图1的设计理念和实验仪器功能需求在制作中不断进行调整，改进设计。

（2）完成滴水起电机制作，并用自制滴水起电机开展静电实验探究。

（3）各组展演自制的滴水起电机起电现象，根据滴水起电机起电实验效果改进其作品功能。

5.评价

根据学生制作活动过程的参与情况以及自制滴水起电机的产品性能进行综合评价。

四、结语

高中通用技术课结合物理实验器具制作开展STEAM教育活动，通过滴水起电机制作过程培养学生STEAM素养和技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。物理实验器具制作项目为通用技术课开展STEAM教育活动的载体提供了一种新理念、新方法。短期实践证明，高中通用技术课基于物理器具制作开展STEAM教育活动是可行的，有利于物理教学改革、技术素养培育与综合教育的有机融合，具有很高的研究价值和实践价值。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中通用技术课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017

[2]张伟.“非常规”物理实验教学[M].北京：教育科学出版社，2012：65-83

责任编辑：孙瑶