STEAM理念下的高中物理任务导向教学模式研究

张巧

摘要：随着科技的不断发展，人工智能和信息化将导致全球性的人才需求发生改变。自STEAM教育理念在美国被提出以来，STEAM教育被多个国家认可并使用，并为诸多国家的发展培养了一大批综合型人才，成为全球教育发展的趋势。高中阶段物理学科对培养学生科学素养起到了关键作用，在高中物理中渗透STEAM教育理念是新时代、新课标下的个人、国家的发展需要。文章以新课标为指导，结合高中生物理学习现状，构建了STEAM理念下的高中物理任务导向教学模式，着力探究一线教师教学的新思路。

关键词：STEAM教育理念；高中物理；教学模式

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1673-8918（2023）13-0137-04

一、 高中生物理学习现状

（一）理论课学习情况

学生对概念知识掌握情况较好，但限于识记，对知识的理解和实践应用能力较差。

在传统物理课堂中，基于教师较高的教学能力和学生整体良好的素养，学生对概念知识部分的内容掌握很好。除了基本的物理观念和物理规律外，很多对解题很有帮助的归纳总结性质的知识也是信手拈来。但是，对知识本身的物理意义，或者该知识在生产生活中的运用、该物理规律如何影响我们的生活、我们该如何在具体生活情境、实际任务中去运用该规律，这些理解和实践性的部分学生的掌握情况较差。纸上的物理简单清楚，但是实际生活中的物质运动情况复杂，学生在书本上、习题上的知识点和现实生活中的情境中间还有很长的路要走。基于STEAM教育理念的任务导向教学模式，强调学生在真实的情境中，利用所学知识去解决实际问题。通过对STEAM课堂的探索，学生的知识运用能力能得到进一步提升。

（二）实验课学习情况

学生对实验课操作情况较好但是探索创新、交流能力较差。

在传统物理实验课上，教师一般花一节课四分之一到三分之一的时间讲解实验原理、实验步骤、数据记录与处理、误差分析、实验注意事项等，相当于一节课被安排得“明明白白”，先用什么仪器，进行什么操作；再怎么样操作，最后进行什么样的数据处理，大致应该得出什么样的结论。学生的动手能力、合作探究能力有一定的提升，但是探究能力、创新能力和发散思维都被禁锢了。纵然学生在传统实验课上操作情况较好，但是学生的科学素养并没有得到很好的提升，只是为了动手而动手，为了巩固知识而动手。STEAM理念下的任务导向模式，学生自主设计、操作、合作交流，学生的自主探究能力、创新能力和发散思维等能得到较好的提升，对平时的课堂是很好的补充。

（三）STEAM教育理念下的物理课堂能弥补传统课堂的不足

STEAM教育理念下的高中物理课堂打破了学科壁垒，强调学科融合，锻炼学生解决实际问题的能力。现在的教学形式是分科教学，该形式容易割裂学科与学科之间、学科与问题之间的联系，丧失了生活中实际情境的真实性、完整性和可探究性。STEAM课堂中，教师不只盯着某一个学科完成教学目标，而是为了解决实际的问题、设计实际的项目，不得不运用多种学科知识与技能来解决问题、完成目标。譬如，可以设计STEAM任务：制作“学校沙盘”，该任务需要掌握数学里面的三视图知识、物理里面的摩擦力知识、工程技术里面的切割、雕刻、喷漆技术，并能通过艺术性的讲解展示学校沙盘的设计理念与意义。又如，表面张力是物理书上的内容，可以用分子间作用力阐释其原因。但是换个角度也与化学中的化学键有关。所以基于STEAM教育理念的高中物理任务导向教学模式打破了学科之间的壁垒，通过学科融合去深化理解、解决实际问题。正是基于以上特点，在课堂评价环节学生对STEAM课堂教学效果给予了高度认可，并且都希望可以继续实施STEAM教育理念下的课堂教学，积极开展STEAM教育活动。笔者认为STEAM理念下的高中物理课堂对传统物理课堂是很好的补充，能弥补当前教学的不足，优化课堂教学，提升教学质量。

二、 STEAM教育理念下高中物理任务导向教学模式

任务导向教学强调：学习者关注点是真正的任务，而非某方面的知识或主题。课堂学习任务需要团结小组所有成員的力量，基于互相信任、互相尊重的前提，通过“辩”“商”，表达、聆听，不同的观点、意见在相互碰撞中交融，激荡，创新，在完成任务中不断促进个体和集体的成长。杜威认为，人类联合的每一种方式，其长远意义在于对改革经验的素质作出贡献。任务导向式的学习型课堂主要特点有：一是高度尊重学生，全面依靠学生，把学生当作课堂真正的主人；二是以学生的学习而不是以知识的逻辑起点为教学的起点，以任务为起点，STEAM课堂通过打破学科疆域，引导学生在完成任务的过程中实现能力的增长。

2017年修订的《普通高中物理课程标准》进一步明确了普通高中教育定位，即进一步提升学生综合素质，着力发展核心素养。因此，在课堂实施前及实施过程中，任务内容的构思与设置十分重要。STEAM课堂任务内容的选取应以普通高中物理课程标准为指导方向，根据物理学习具体的学科内容，结合学生实际学情，以此为依据进行任务内容的确定。再具体到任务取材上，应该结合物理学前沿科技、学生日常实际生活中的点滴以及时下的时事热点。STEAM课堂任务内容的确定直接影响决定了STEAM任务的完成过程。在学生进行探究过程中，任务的完成过程中应体现出STEAM的综合性，即学科融合的特点，结合实际生活场景的情境性和自主设计性。最终通过任务的完成实现物理知识的学习与巩固、个人能力的发展与培养、学科核心素养的提升。而教师通过对学生的STEAM任务完成过程进行观察、总结与评价，又能反过来对任务进行改进与优化。具体思路如图1所示：

物理学作为一门基础自然科学，所研究的物质的基本结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律能够很好地在高中物理课堂中与工程、技术、艺术结合，体现STEAM跨学科融合性的教育理念。同时，物理学所使用的实验手段和思维方法为STEAM教育理念下的任务设计提供了可能，也为学生对任务的完成提供了能力基础。同时，物理学不仅带动了科学和技术的发展，也推动了文化、经济和社会的发展。在贴近生活和时事前沿的STEAM任务设计过程中，学生积极探索的兴趣与热情被激发，为终身发展、形成科学世界观和科学价值观打下基础。

基于STEAM教育理念的任务导向教学模式强调在任务的设置与完成过程中渗透STEAM教育理念。2017年修订版的《普通高中物理课程标准》强调：让学生体验科学探究过程，增强科学研究方法，培养和增强创新意识和实践能力。在STEAM理念下高中物理课堂的任务完成过程中，学生角色由以往的聆听者、记录者、练习者的被动角色转变为主动的设计者、操作者、评价者；教师也由讲授者的主要角色变为任务的引导者、协助者和任务评价者。体现了以生为本的设计理念，体现了学科素养为先的设计意图（如图2）。

基于STEAM教育理念以及相关的6E教学模式、PBL、做中学教育、任务导向学习等理论启发，学习结果分类的角度可以将STEAM教育区分为科学探究取向和作品开发取向。结合《普通高中物理课程标准》和具体的高中物理可操作的课堂和学习内容，笔者设计了以任务为核心的两种教学子模式。

第一，以模仿为核心的教学模式（如图3）。在该模式下，教师的任务主要是构建情境，对学生的活动进行帮助、引导。学生进入情境、理解模型后，通过观察、实践、模仿制作，完成STEAM教学任务，形成科学观念、科学思维、科学态度，最后进行评价与反馈。该模式适用于难度较大的实验探究课，学生难以从零开始生成具体的设计思路、规律逻辑。所以为了完成任务，学生的设计性在该模式下被适度弱化，学生通过教师的引导进入情境，在教师布置任务之后，基于教师提供的器材，在某个既定的大框架下面完成自己的实际操作。所以本模式适用于规律探究类型的课，包括力学规律、电学规律等。

第二，以设计为核心的教学模式。在该模式下，学生的主体性得到充分发挥，教师在该模式下只是辅助作用，教师的身份是引导者、协助者和评价者，教师强调对学生的活动进行帮助、引导。教师不需要像初次任务一样创设情境，只需要发布具体任务，让学生根据已经建成的知识数据库进行知识搜索、模型构建、小组讨论、形成作品、交流改进、完成并进行展示，通过完成STEAM教学任务，形成科学观念、科学思维、科学态度，最后进行评价与反馈。考虑到高中物理课堂时间有限，需要在一定时间内完成教学任务，所以笔者在该模式下又分成了两种有细微差距的子模式——渐进任务和升级任务。渐进任务中，教师在课堂开始还是创设情境、解释所要完成的任务，学生通过教师提供工具、组织引导从而在情境下进行方案设计和实际操作，有别于初级任务，教师并不提供既定的模仿范本，学生的思维可以自由发散，相当于“情境领进门，设计看个人”。最后学生通过自主设计完成“渐进任务”。而这一类任务的典型特点就是一节课并不由某一个任务组成，教师可以根据教学目标自行安排许多细小的任务，学生逐个完成任务，最终完成本节课的大任务（如图4）。第二类就是升级任务。相对以模仿为核心的初级任务，在升级任务中，学生的自主性、发展性，课堂的设计性、情境性、开放性进一步得到重视与体现。教师在该过程中只是作为发布任务、限定范畴的启发引导者。在课堂开始，教师发布任务，任务内容全部由学生自主设计完成，没有呆板的主线牵引，学生根据教师的要求充分自主发挥，根据自己的需要选择教师提供的工具，超出范围的也可以申请。所以，学生最终充分体会到“做学习的主人”。该模式适用于物理原理规律的运用课，结合数学思维、工程思维、艺术审美等多元素，最终模型构建、小组讨论、形成作品、交流改进、完成并进行展示（如图5）。

三、 结语

在高考的大背景下，学生在传统概念课存在的学生对知识的理解不深刻和不会应用的问题以及传统实验课学生只会按部就班操作、缺乏发散思维和创新思维培养的问题在STEAM课堂里都能在一定程度上得到改善与解决。基于STEAM教育理念的任务导向教学模式让学生在情境中学习，在设计中提升，在交流中进步，并与工程、技术、数学、艺术相结合，打破学科壁垒，深化知识理解，强化动手能力，对学生学科核心素养提升起到至关重要的作用。

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