如何在高中物理课堂融入STEAM教育

林德棋

(福建省莆田第八中学,福建 莆田 351144)

物理知识在很多领域有着广泛的应用,其中在科学、技术、工程、艺术以及数学中都能看到物理知识的身影.高中物理教学中,为提高学生运用物理知识解决问题的综合能力,教师应认识到开展STEAM教育的必要性,结合高中物理学科特点以及具体教学内容做好融入活动研究,将STEAM教育融入到教学活动的各个环节中,保证教学质量的同时,给学生带来潜移默化的影响,更好地拓展学生视野,锻炼学生能力.

1 融入新课导入环节

新课导入是高中物理教学活动展开的重要环节.高中物理教学实践中,教师应将STEAM教育融入到新课导入环节,为展开一堂精彩纷呈的物理课奠定基础.“科学”是STEAM教育的重要组成部分.物理学科本身具备“科学”属性,因此,物理知识教学是STEAM教育的具体体现[1].认识到这一点,教师可做好教学前各项准备,认真收集与科学相关的素材,包括各种图片、科普视频等,在新课导入环节进行展示、播放,激发学生的学习兴趣,自然地引入新课[2].

高中物理新课导入环节,教师展示科学素材,设置悬念,不仅能引发学生好奇心,激发学生学习新知识的欲望,而且可使学生认识到物理知识是科学学科的重要构成部分,为物理知识的讲解奠定坚实基础.

2 融入知识讲解环节

知识讲解是高中物理教学活动的重要构成部分,是学生获取物理知识的关键环节.“工程”学科知识在STEAM教育中占有重要地位,而且其与物理知识有交叉.在物理知识讲解环节融入STEAM教育,不仅有助于学生理解、掌握物理知识,而且可给学生带来深远影响[3].

教学实践中,为加深学生印象,教师可引导学生正确、灵活运用物理知识分析一些工程的问题.在教师讲解“圆周运动”知识时,可使用多媒体技术为学生播放铁路工程建设视频.在视频中为学生介绍列车的拐弯原理,使学生清晰地看到列车拐弯时车轮的受力情况,明确列车拐弯时的向心力有谁提供.同时,为使学生深入理解,灵活应用,教师可在屏幕上展示以下问题:铁路工程建设中,一转弯处对应的圆弧半径为500 m,设计列车经过该转弯处的速度为72 km/h.若列车车头的质量为2×104kg,要求其在经过转弯处时,铁轨对车轮没有侧向弹力,则路基倾角的正切值为多大?列车车头转弯可近似看成圆周运动.

图1 受力分析示意图

教师在课堂上依托具体工程进行物理知识通过讲解,丰富了课堂内容,增加了课堂教学趣味.尤其通过剖析工程中应用物理知识的案例,有效渗透STEAM教育的同时,达到预期的教学目标.

3 融入例题讲解环节

在例题讲解环节融入STEAM教育,可给学生以后进行工程设计带来良好启发.一方面,高中物理例题非常多,教师应结合自身经验以及STEAM教育内容,做好例题筛选,确保讲解的例题针对性强,STEAM教育目标明确;另一方面,授课活动中,教师应给学生留足表现机会,多给予启发、互动,营造良好课堂氛围的同时,引导学生主动思考,使其手脑并用,及时找到解题的切入点[4].

“平抛运动”是高中物理中非常重要的运动类型.完成相关理论知识讲解后,教师可展示以下例题,要求学生分析、作答:当前人们对机器人研发充满兴趣,希望在以后的生活中能运用机器人替代人的工作.假设要求你设计一款投篮机器人.该机器人将篮球和水平方向成45°角抛出,刚好落入距离10 m远的篮筐中.其中篮球出手点和篮筐处在同一水平面上,忽略空气阻力,则篮球应以多大的速率抛出?

为使学生更好地找到该题的突破口,教师可要求学生思考以下问题,给予学生启发:(1)篮球做什么运动?(2)由篮球投出时的角度,可以得出水平和竖直速度之间有什么关系?(3)篮球出手点和篮筐处在同一水平面上,你能挖掘哪些隐含条件?(4)从该设计活动中你获得哪些启发?

高中物理例题讲解环节,将STEAM教育中的“技术”领域知识融入到例题情境中,可使学生认识到物理知识与技术知识的内在联系,驱使学生养成关注“技术”知识的习惯,培养运用物理技术知识开展设计活动的意识.

4 融入课堂训练环节

安培力相关计算是高中物理的重难点知识.完成该部分内容教学时,为更好地培养学生的计算能力,启发学生尝试着运用数学知识加以求解,课堂训练环节可为学生展示如下习题,要求学生分析作答:如图2所示,一根通有恒定电流I,长为L,质量为m的金属条向右运动.金属条始终处在匀强磁场中(方向如图所示,θ角已知).金属条和导轨间的动摩擦因数为μ,且金属条以速度v做匀速运动.若磁场方向不确定,求金属条的最大加速度以及金属条运动位移为x的过程中安培力对金属条做的功.

图2 金属条在磁场中的示意图

该课堂训练习题具有一定难度,解题主要运用受力分析以及数学知识.教师在课堂上要求学生解答该题,提高其安培力计算熟练程度的同时,启发学生在以后解答物理问题时注重数学知识的应用,很好地实现STEAM教育融入课堂训练的目标.

综上所述,当前STEAM教育受到人们的广泛关注.高中物理教师应认真分析在教学活动中融入STEAM教育的意义,把握STEAM教育设计的知识,做好高中物理教学活动的精心设计,实现STEAM教育与教学活动的有机融合,使学生牢固掌握物理知识的同时,接受STEAM教育的良好熏陶,养成学习、运用跨学科知识分析、解决问题的良好习惯.