大学物理STEAM教学改革研究

邱文旭 韩娟 西安工商学院

大学物理STEAM教学服务于学生，服务于教学，有助于提升学生的综合能力。积极推进STEAM教学，有利于丰富学生大学校园生活，锻炼学生的实践能力，培养学生的团队意识和科技创新精神，激发更多学生对物理产生热情，帮助学生设计出技术含量高的作品。

大学理工科专业开设物理课，一方面可以帮助学生较系统地学好物理，另一方面可以帮助学生提升科学思维和研究问题的层次。大学物理STEAM教学不仅能激发学生的学习兴趣，而且还能提高学生的实践能力[1]，使学生变得更加优秀。学生通过STEAM教育获得一技之长，毕业之后，在工作岗位上，也能尽展自己的才能，最大程度实现自身价值。

随着理论和科学研究的不断深入，STEAM教育为整合学科知识、探索物理原理、发展学生技能方面提供了方向[2]。在物理教学中，可以将更多的课程知识进行STEAM教学设计，将物理知识的学习扩展到跨学科的知识融合，将零散、孤立的知识进行有机结合，让STEAM教育服务于学生，服务于教学，从而提高学生的综合能力。

开展物理STEAM教学的必要性

一流课程建设需要

我校正积极建设大学物理一流课程，STEAM教学的影响重大，可以帮助实现多学科知识的融合，STEAM也体现了“干中学，学中干，学以致用，用以促学，学用相长”的观点。

如今大学物理教学需要注入新的理念，改变传统死记硬背、机械训练的模式，积极引导学生主动参与学习，培养探究生活中问题的习惯，勤于动手；新的教学理念应注重培养学生分析问题、解决问题的能力，培养学生合作与交流的能力，提高学生收集信息和处理信息的能力，提高学生获取新知识的能力。这就要求不同学科的教师紧密合作。

积极推进STEAM教学，旨在引导学生主动地、个性地学习。学生不仅要学习物理课本上的知识，还要学习课本外的知识，要跨学科、跨专业地学习，在学习中要学会享受知识带给我们的充实感，要让学生感受到学习过程是愉悦的，学习目的是健康的，学习方法是有效的。

社会发展需要

在西安工商学院“高端化、国际化、个性化”的发展战略下，大学物理正在积极改革，谋求创新，积极响应《中国教育现代化2035》。教改中的物理教学正在向小班化、个性化方向发展。物理教学已经进行了两年的教学改革，完成《大学物理》STEAM课程教学讲义及教学大纲的编写。在符合《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》的前提下，选择适合西安工商学院学生的特点及专业特点来制定教学内容。

大学物理STEAM教育理念充分利用现有的物理实验室，把实验学习转变为先以合作方式展开科学实践，再学习并掌握物理规律。实践中融合STEAM教育理念，在实验课程中，教师监督学生，让几个学生设计实验装置、更换器材，让其他学生进行具体操作并描述实验现象、阐述实验原理，之后再分享自己的感悟或认识。这样可以使学生在实践中得出较为客观的结论，深入探究自己感兴趣的问题，将问题再带到探究性学习中。大学物理STEAM教育理念不仅让学生学习到了知识，也让实验数据越来越可靠，让学生直接面对生活和学习中的实际问题。这样，不但可以更好地提高学生学习积极性，更可以通过艺术与科学的有机结合，最终达到育人的目的。

校内STEAM教学调研

本校大学物理STEAM课程自2019年9月正式开始试点教学，目前只涉及到机械制造专业学生。本次调研对象分别为本校大二机械制造专业、电子信息专业和计算机专业，共计180名学生，调研结果如下。

机械制造专业的学生对大学物理STEAM教学模式比较熟悉，知道“STEAM”五个字母的含义。在对SYEAM教育模式的认识方面，68%的学生认为STEAM教育重点培养学生的专业技术与综合技能，而26%的学生则认为STEAM教育仅仅是一种理念教育，79%的学生希望STEAM教学模式能够在专业课上得到推广，84%的学生希望大学物理STEAM教学这一课程能够延续一学期，并再开展一门STEAM科技制作的课程。如果开设这门课程，63%的学生希望每天利用课余时间来完成这项科技作品制作，62%的学生希望通过STEAM教学让各科知识得到提升，26%的学生希望通过STEAM教学提升自己的沟通能力；在未来的学习和职业生涯方面，68%的学生认为STEAM教学有利于开阔眼界，丰富课余生活，42%的学生认为STEAM教学有利于提高理论联系实际的能力，21%的学生认为STEAM教学有利于确定自己未来的职业方向，47%的学生认为STEAM教学有利于提高自己的综合实践能力，如图1。电子信息专业和计算机专业学生大部分都听说过大学物理STEAM教学，但并不了解“STEAM”这个单词的含义，他们认为大学物理STEAM教学只是一种理念，没有实际的指导意义。由此看来，部分大学生缺乏对STEAM教育的全面认识。

图1 开展大学物理STEAM课程对未来学习及职业生涯的影响

通过以上三个专业的调查研究发现，大学物理STEAM教学成果显著，基本得到机械专业学生的认可，对专业课的学习及未来的职业生涯影响巨大。同时，大学物理STEAM教学在其他理工科推广很有必要，有利于拓展学生的眼界，丰富学生的课余生活。

大学物理STEAM教学引领下的科技创新大赛

在北投集团“高端化、国际化、个性化”的发展定位下，大学物理也在积极改革，积极创新。在叶校长的带领下，大学物理正在向小班化、双语式、导师制方向发展，西安工商学院的教育在“双雕”，既满足个性化发展的需要，又满足社会发展的要求。“Knowledge is power”正在向“Applied knowledge is power”转变。

大学物理STEAM教学指导下的科技创新大赛，丰富了学生大学校园生活，锻炼了学生的动手实践能力，培养了学生的团队精神和科技创新精神。通过比赛，激发了更多学生对物理产生兴趣，越来越多的学生爱上物理。

大学物理科技制作发展方向

大学物理科技制作，目的是让学生了解物理知识在工程技术中的应用，提高学生学习物理的兴趣，培养科技文献作品阅读能力和撰写能力，培养学生计算机程序编写能力，从而提升实践意识和动手能力。

接触大学物理前期，班级内同学进行分组，团结合作，设计一个简单的作品，能体现科技功能和物理理论即可。随着教学改革的深入，物理教研室对学生的要求也会进一步提高，希望学生设计出高水平、高技术含量的作品，并体现大学物理STEAM教学的初衷。

物理教研室对2021级学生期望如下：一个班级只需要完成一个作品，这个作品由班级内几个小组分工合作，共同完成。第一个小组：项目规划，提出项目的研究背景和必要性，包括国内外现状、知识产权状况和发展趋势；技术突破对产业技术进步的重要意义和作用；项目可能形成的产业规模和市场前景。第二个小组：技术操作，负责项目中电路板的焊接、固件的连接及元件的打磨等。第三个小组：材料准备，负责项目中固件的采购，收集工作。第四个小组：外观流线设计，既要体现出时尚，而又体现出艺术。第五个小组：单片机编程，从最简单的程序入手，慢慢地增加功能，并逐步优化算法。第六个小组：演示作品，并负责相关的讲解。

讨论

大学物理STEAM教学适应了时代发展的需要，《关于加快发展智慧养老机器人的建议》指出：加快发展智慧养老机器人，是落实国家战略的重要举措。智慧养老机器人有助于破解护理人员不足等问题，还能满足老年人在安全防护、健康保障、情感陪伴以及休闲娱乐等方面的需要，实现老有所依、老有所乐。

智慧机器人需要多学科融合，大学物理STEAM教学顺应时代发展的潮流，把STEAM理念埋在学生内心深处，培养出高素质、高能力的人才。但目前大学物理课时时长较短，而科技制作需要一定的理论基础和动手能力。在今后开展教学过程中，还需增加大学物理课的学时，以提升学生对科技知识的学习能力。