STEAM视角下物理小组合作实验的探索

翁宗琮

[摘要]文章阐述了在STEAM视角下如何引导学生利用小组合作的形式对传统物理实验进行改进，利用多种传感器搭载Arduino主机板实现对物理实验教学的辅助，提高课堂教学效率。让学生在动手制作作品的同时对物理实验的本质有更全面的了解，并能够更加扎实地掌握物理知识。在对不同层次学生的访谈中了解到，学生普遍对融合STEAM教育的中学物理小组合作实验很感兴趣，尤其是对Arduino的广泛应用兴趣浓厚，这与初中生所具有的喜爱分享、喜欢展示自己的个性有很大的关系。此外，融合STEAM教育的中学物理实验很大程度上允许学生自主探究和学习，这让本来生硬的知识通过信息化的环境变得生动有趣，兴趣成为学生学习物理知识的最大动力。

[关键词]STEAM;中学物理;小组合作

[中图分类号]G633.7  [文献标识码]A  [文章编号]1674-6058（2020）02-0043-03

一、问题的提出

新一轮基础教育课程改革对教师与学生的平等对话提出了新的要求，教师所遵循的教学理念应该更注重在课堂上发挥学生的自主学习意识。在这种背景下，以小组合作形式构建的课堂教学模式可以让学生成为学习的主题，教师转为幕后导演，让学生在互相合作的前提下激发创新意识，也让学生更加认可自己作为学习主人的角色。另一方面，随着近几年STEAM教育的逐渐兴起，STEAM教育所具有的自由探索、自由思考的优势让广大教育工作者开始关注并思考如何借鉴。如何在小组合作的背景下将STEAM教育与中学物理实验更好地融合在一起是我们一直探索的问题。

二、STEAM教育的内涵

STEAM课程是美国政府主导的“项目引路PLTW”计划所倡导的以科学、技术、工程、艺术和数学为核心的课程。STEAM教育主要以项目学习、问题学习为主要教学（学习）方式，引导学生通过合作与实践，完成主题项目或解决生活中遇到的难题。STEAM教育是由STEM教育加入了艺术概念后发展而来，这种教育在美国、韩国和英国等国家八十年代便已开始兴起，至今已有三十多年，积累了大量的素材和经验。

STEAM教育具有多学科性、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性、技术性强等特征;STEAM教育以整合的教学方式，注重实践和过程，强调解决真实问题，倡导“做中学”;STEAM教育强调创新与创造能力培养，注重知识的跨学科“迁徙”及其与学习者之间的关联。

因此，在中学物理小组合作实验过程中，融合STEAM教育理念，采用传感器、3D打印等其他相关新技术，不仅能够帮助学生更加直观地理解物理实验的本质，激发学习兴趣，还能促进物理教师自身的专业发展。

三、物理小组合作实验与STEAM教育融合的意义

（一）有利于拓展学生的创新思维

小组合作学习的核心就是以学生为主体，鼓励学生以小组分工的形式开展学习，从而实现学习目标。在这种前提下，小组成员之间的思维碰撞与交流有利于创新火花的出现，以小组为单元的学习活动不仅效率更高，小组成员的互助、鼓励，对物理问题的发现与解决具有更大的帮助。STEAM教育融入小组合作实验，不仅能够让学生获得课本上没有的知识，还能在思考方式以及探究方法上寻得新的路径。

（二）有利于培养学生的动手能力

学生在学习物理知识的过程中，如果仅仅依靠简单的文字叙述和单调的习题训练，很难内化为自身的知识。就好比骑单车，仅仅依靠文字描述和观看单车的图片，很难让学生掌握骑单车的技巧。对物理这门学科，动手实验就是掌握物理知识最直观、最有效的方法。物理小组合作实验不仅能够让学生从已有的知识经验提炼出新的观点，还能让组内成员彼此借鉴不同的经验，交流产生新的思维碰撞。STEAM教育融入小组合作实验不仅能让实验的手段多样化与新颖化，还能让学生的思维深度得到有效拓展。

（三）有利于转化学生的学习兴趣

中学三年的学习时间不仅让学生的逻辑思维得到较大的提升，还使得他们看问题的角度与深度也随着时间的推移而变得更加多样化，初中生所具有的好奇心与求知欲，如果能够得到正确的引导，学习的效率将得到极大的提升。STEAM教育没有固定的模式与器材，各种新颖的技术与物理实验的融合点层出不穷，学生在学习的过程中，不仅能够极大地满足好奇心，还能把短时兴趣逐渐转化为长时兴趣，最后变为对物理学科本身的兴趣。

四、STEAM视角下中学物理小组合作实验的实施

（一）培训

利用第二课堂对学生进行相关培训：首先讲授STEAM教育理念等理论知识;然后对学生进行创造力和创新思维的培训，并指导学生学习科技文献、科技论文，在此基础上，培养学生Arduino套件组装能力和基础软件编程技能等，并让学生学习制作作品及相关工作的基本流程;接着进行基本动手技能的训练，包括各种工具、测量仪器等设备的选择与使用，在原有基础作品上，增加一个至两个新功能;最后进行探索式主题活动，以合作小组为单位对中学物理实验的有关主题内容进行合作探究，尝试制作具有个性特点和创新特点的物理作品。

（二）制作

引导学生对现有的物理实验进行思考，看看是否有可以改进的地方，是否可以借助STEAM技术使实验变得更加直观，并以小组为单位围绕某一实验进行讨论。找到可以改进的实验后，以小组分工合作的形式进行材料寻找、制作、调试等步骤，最终制成一个合适的作品。

（三）评价

作品完成以后，以小组为单位，先进行自我评价，主要围绕是否对原有的物理实验有所改进，改进的地方是否合理等进行评价。然后由小组长带领组员在课堂上进行演示，邀请全班同学进行评价与改进，观察作品的实际教学效果。

五、STEAM视角下中学物理小组合作实验的实施案例

（一）3D打印音调演示裝置