探析STEAM教育理念在中学物理教学中的融合与作用

陈兴敏 宋谋胜

[摘 要]融合STEAM教育理念已成为当前中学物理教学设计与改革的新模式，这与中学物理课程标准强调物理学科核心素养的培养要求是相融的。文章分析了STEAM教育理念与新课标的关联性及其在中学物理教学中的融合，并探讨了STEAM教育理念在中学物理教学中的作用，旨在为中学物理教学融入STEAM教育理念提供参考。

[关键词]STEAM教育理念;中学物理;融合;作用

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）35-0049-03

STEAM教育是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）等学科英文首字母的简写，其根本属性是在建构主义和认知理论指导下的跨学科融合，它着力于培养全面发展的创新型人才[1]。另外，STEAM教育不仅具备跨学科的特点，还具有培养发散性思维能力的作用[2]。从知识层面看，STEAM教育并不局限于某一学科的专业知识，而是有效衔接了多个学科知识之间的内在联系。STEAM教育的开展是以学生为主体，通过引导学生在发现和解决问题的实践中积极探究，激发学生的想象力和创造力[1]，因此STEAM教育能帮助学生形成团队协作精神和主动学习的意识。

2017年教育部新修订的中学物理课程标准强调“引领学生认识科学的本质以及科学·技术·社会·环境（STSE）之间的关系”，表明中学物理教学应着力于发展学生的物理学科核心素养，使学生具备终身学习和科学探究的能力。基于培养学生物理学科核心素养的要求，新课标倡导的学生自主学习与发展的思想与STEAM教育理念具有极大的相通性，二者均聚焦于学生创造性思维和自主探究能力的培养。因此，在中学物理教学中融入STEAM教育理念，有助于拓展物理教学的知识视野和多科性思维，有助于学生物理学科核心素养的培养，增强学生对物理应用情境的认知与探究。

一、STEAM教育理念在中学物理教学中的融合

物理学以实验和数学为教学手段，通过科学推理和科学论证建构物理模型从而形成科学的研究方法与理论体系。当前，科学技术日新月异地发展和高校大批新工科专业的兴起推动了各专业知识的跨学科融合，从而使得物理学在技术、工程等学科领域的作用愈加突出。因此，如何将STEAM教育理念融入中学物理教育教学中引起了教育界的广泛思考，尤其在新课标关注物理学科核心素养的背景下。然而，由于是从国外新引进的教育模式，STEAM教育在我国目前还处于起步阶段，且师资缺乏，STEAM教育真正融入中学物理教学中还有待加强和提升。

基于STEAM教育与物理学科之间的关联性，更多的研究者倾向于把STEAM教育理念融入物理教学设计中，表1列举了STEAM教育融入中学物理教学的部分设计案例。

从表中可见，新课导入所涉及的内容都是一些简单常见的实物，如“滑板”“气球”“乐器”等，教师常会利用这些“生活中常见的实物”作为吸引学生进入课堂的手段，其效果较为明显。从新课引入环节来看，引入新课的过渡衔接均很巧妙，用维果斯基的“最近发展区”来解释就是帮助学生达到高水平发展区，而且此种方式也着眼于“最近发展区”。基于STEAM教育中的创设情境，王坚[3]通过让学生亲自感触“锉刀”和“玻璃”的粗糙程度而认知摩擦力的概念及其影响因素。基于STEAM教育培养学生科学素养的理念，臧恒[4]在教学设计中通过调节蜡烛与凸透镜之间的距离让学生感性认知，进而理解凸透镜的成像规律。这些物理教学设计表明，学生所接受的新知识都与生活中一些常见而易被忽视的现象紧密相关，因此物理教师在教学设计过程中应积极引导学生观察和思考，激发学生的好奇心与求知欲。在创设物理教学情境上，甘秉洪[5]利用ARDUINO软件编程实现了学生对“红绿灯”通断电电路的真切感知，使学生在理解逻辑电路的同时，还真切感受到逻辑电路在生活中的广泛应用。在物理情境创设上，也可以借助建构模型的方式来设计物理教学，如王佳伟[6]利用STEAM教育理念设计了“不听话的气球”“纸上电路”等真实情境让学生认識大气压强。在“声音”的教学中，胡莹莹[7]将STEAM教育的艺术理念引入到物理课堂中，利用不同乐器的发音而将物理课堂带入了美妙的音乐世界，活跃了课堂氛围，培养了学生的艺术情操，取得了极佳的教学效果。

二、STEAM教育理念在中学物理教学中的作用

1.STEAM教育聚焦跨学科融合，使物理教学内容与方式呈现多样化

STEAM教育的核心就是跨学科融合，通过跨学科方法而实现教学情境和内容的融合，因此以培养物理学科核心素养为目标的中学物理课堂教学设计应在着眼于学生为认知与探究主体的前提下，巧妙设计多科性的教学内容和教学方式，从而潜移默化地培养学生跨学科融合的思想和意识。物理是具有一定融合性的综合学科，所涉及的知识不仅仅局限于物理本身的知识，还延伸到了数学、化学、科技、军事医疗以及工程应用等领域。物理本身所涵盖的内容表明学习物理需要具备一定的跨学科知识与技能，以及借助跨学科思维来分析物理问题。Kaufman[8]曾指出“教师在备课过程中最重要的是对学科知识的确定，学科知识不应局限于某一学科领域”。融入STEAM教育理念的物理教学更能彰显物理学科的科学推理性、数学严密性、技术应用性和场景趣味性，这就要求物理教师具备一定的跨学科知识与操作技能。物理教师如果熟悉一定的化学、计算机、数学、音乐等学科知识，并掌握一些软件（如Python、Flash、3D打印）的使用，那么在物理教学时往往能“寓教于乐”“润物无声”。如掌握了Flash软件的使用，则可将物理实验过程制作成“动画模拟”，从而代替一些不易观察或不易完成的实物实验，而实现物理情境的仿真再现，如此更有助于学生主动思维和能动理解。多样化的教学方式能够激发学生的学习兴趣，让学生从不同的角度审视和处理问题，从不同视角去诠释物理概念的形成及其规律的探究，这样有助于学生创新性与发散性思维的培养。

跨学科的教学融合为中学物理教学提供了多维教学内容和呈现方式，也随之推动了物理教师主动对多学科知识的学习、掌握和运用，从而使物理教师的教学积淀既精准对焦又拓展综合，对物理问题的解析能从多个维度加以阐释，致使在物理课堂教学中得心应手、运用自如。同时，跨学科知识的内在关联性也为中学物理的教学设计提供了宽广的舞台，尤其是物理情景教学、案例分析与实验仿真，教师充足的跨学科知识储备和STEAM教育理念的融合施教就能更加凸显物理教学的科学性、真实性、实践性和应用性，从而激发学生的求知兴趣，提升学生的学习动力，实现物理学科核心素养的培养目标。

2. STEAM教育关注学情分析，使物理教学凸显学生的主体能动性

STEAM教育理念融入物理教学中最为显著的特点是：学生的课堂参与度更高，教学互动的活跃程度与积极性更加显著，致使物理教学过程中的“教师主导性与学生主体性”更为融合。培养学生物理学科核心素养以及达成物理教学目标，离不开师生教学互动和学生主体作用的实现。学生作为教学中的主体对象，教师在设计教学活动时必须根据学生的“前认知”展开学情分析。教师只有在了解学生“前认知”的情况下，才能根据教学内容与学生现阶段的知识特点，精心设计具有一定目标达成度的教学呈现载体，这一过程的实现必须彰显学生在教学活动中的主体能动性。从上表可见，初中物理教学内容的设计倾向于“感性”认识，主要是通过观察获得物理概念与规律的认知。如通过观察“不听话的气球”感知大气压的存在，对锉刀的接触感知粗糙的概念等。相反，高中物理教学内容的设计更倾向于“理性”认识，主要是通过对观察结果的理性思考，理解物理现象内部隐藏的本质规律，即科学性，如对逻辑电路工作原理的探究与思考。初高中物理教学内容的变化是与学生年龄的增长和认知思维方式的发展紧密关联的。初中生刚接触物理学科，需要通过感知来认识物理，而高中生则需将原来对物理概念与规律的感知学习提升到抽象化的逻辑思维层面，因此教学设计时不能忽视对学生个体的分析。

学情分析旨在关注学生的前认知状况和学生个体的特点，它有助于教师抓住学生的个体差异设计具体教学环节，从而有效施教。STEAM教育理念的亮点就是培养综合型人才，在中学物理教学中融入STEAM教育理念不仅能提高物理课堂教学的活力，还能关注到学生主体性的呈现，让学生能动地参与各教学环节，在学习过程中感受物理的神奇与乐趣，提高学习兴趣和参与度，从而提高物理教学效果。

3. STEAM教育注重实践与应用，使物理情境贴近生活实际和技术应用

STEAM教育是在真实的问题情境中以学科事例的方式培养学生综合素养，其基本内涵体现在真实问题的解决、学科整合和技能培养三个方面[9]。在STEAM教育视角下，物理教学设计应更倾向于科技性、真实性和应用性，如此方能引起学生的兴趣，吸引学生的注意力，使学生感受物理知识的实用性，让学生觉得生活中的常见现象与问题，很多可借助物理知识来分析和阐释。教学设计时，物理教师应多选用生活中的素材和案例，物理情境的再现也可以选用现代科技成果，利用学生对现实中事物的好奇心，将学生的注意力吸引到物理教学中，并使学生主动配合、参与课堂交流讨论。基于STEAM教育理念，顾振兴[10]在设计“速度与时间的关系”的实验教学时选用了生活中常见的赛车比赛，通过遥控赛车的运动，测量赛车的速度与时间的关系，让学生在对赛车好奇的同时积极思考“速度与时间的关系”。将赛车这一生活中常见的儿童玩具选用到物理教学中来，吸引学生的好奇心，提升学生的课堂参与度，这是将物理概念与规律生活化的鲜活案例，这样的案例能更新学生对物理规律的认知，促进学生运用物理知识解释实际生活中的相关现象或问题，从而增强学生的好奇心、求知欲。对合适素材的收集、选用有赖于物理教师对生活生产实践的关注、整理。教师选择恰当的生活素材进行物理教学可让物理更贴近生活实际，而学生在学习物理知识的过程中可感知和发现问题，进而培养学生解决问题的科学思维、态度，让学生掌握解决问题的方法，即实现对学生物理学科核心素养的培养。因此，在STEAM教育理念指导下，教师重视对日常生活生产实际和当代科技成果的关注、收集与运用，多方位积累、挖掘物理教学素材和案例，尤其是物理情景贴近生活实际和技术应用方面的案例，这样就能设计出优秀的教学方案。

目前STEAM教育理念融入我国中学物理教学还处于初始阶段，但它能显著提高中学物理课堂教学效果。STEAM教育理念的本质与中学物理学科核心素养的培养要求是相通的，STEAM教育理念的融入必将给中学物理教学带来新的变化。

[   参   考   文   献   ]

[1]  范文翔，張一春.STEAM教育：发展、内涵与可能路径[J].现代教育技术，2018，28（3）：99-105.

[2]  魏晓东，于冰，于海波.美国STEAM教育的框架、特点及启示[J].华东师范大学学报（教育科学版），2017，35（4）：40-46，134-135.

[3]  王坚. STEAM教育理念下的物理教学初探[D].武汉：华中师范大学，2017.

[4]  臧桓.STEAM教育理念融入初中物理教学实践研究[D].济南：山东师范大学，2020.

[5]  甘秉洪.融合STEAM教育理念的高中物理逻辑电路教学探略[J].中学物理教学参考，2018，47（18）：6-7.

[6]  王佳伟.基于STEAM的初中物理实验设计及实践[D].银川：宁夏大学，2019.

[7]   胡莹莹.基于STEAM教育理念的八年级物理教学实践与研究[D].安庆：安庆师范大学，2019.

[8]  KAUFMAN D，MOSS D M，OSBORN T A.Beyond the boundaries：A transdisciplinary approach to learning and teaching[M].Westport，CT：Praeger Publishers，2003：156.

[9]  彭敏，郭梦娇.STEAM教育的基本内涵与发展路径研究[J].教育理论与实践，2018，38（25）：14-18.

[10]  顾振兴，应俊.基于STEAM理念的高中物理教学研究：以“实验设计：测量小车速度与时间变化的关系”教学为例[J].物理教学，2018，40（8）：16-18.

（责任编辑 易志毅）