基于STEAM的高中物理课堂核心素养培育的实践研究

郑华南

摘 要：STEAM主要是指在学科教学中融合科学、技术、工程、艺术和数学等专业教学内容的融合教学理念。这一教学理念打破了传统教学的单一学科教学的常规思维，为高中物理课堂教学提供了新的启发和挑战。此外，这样的教学理念不仅能够促进学生科学思维发展，还能够帮助学生在学习的过程中掌握系统的学习方式和方法。基于此，本文以STEAM为理论基础对高中物理课堂核心素养培育的实践价值进行了分析，提出了相应的实践策略，希望为高中物理教师的教学实践提供帮助和指导。

关键词：STEAM教育；高中物理课堂；核心素养培育；实践研究

目前，高中物理教学还存在着只重视学生理论知识掌握、做题效率和质量等问题。这一问题不仅会影响学生形成错误的物理学习思维，还会影响学生掌握物理核心素养和构建完整物理学习的理论与实践相统一的网络。而为改善这些问题，就需要教师基于STEAM教学理念，寻找更加高效、多元的物理课堂教学实践方式。

一、基于STEAM的高中物理课堂核心素养培育的实践价值

（一）对学生的综合发展价值

STEAM是STEM的拓展延伸，它是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）五个领域的英文首字母的缩写。基于STEAM高中物理课堂核心素养培育的实践对学生的综合发展有着重要的价值。这些价值表现在以下三点：

（1）能够帮助学生学习和掌握物理知识和实践技能

在传统的物理课堂上，学生通常只是被动地接受知识和理论，很难将其应用到实际中。而STEAM教育强调实践和实际应用，通过让学生参与到各种实验和项目中，培养学生的观察、实验、分析和解决问题等能力。例如，在学习物理光学时，教师可以组织学生设计和制作一个简单的激光笔实验，让学生亲自操作和观察，并通过实验结果来理解光的传播和反射规律。通过这种实践，学生不仅能够更深入地理解物理知识，还能够培养实际操作和实践技能。

（2）能够培养和发展学生的创新思维

创新思维是STEAM教育的核心要素之一，它注重培养学生的创造力、批判性思维和解决问题的能力。在物理学习中，学生需要从不同的角度思考问题，提出自己的想法和解决方案。例如，在學习牛顿第二定律时，教师可以提供一个有关运动物体的实际问题，让学生通过观察和实验来探索物体受力和加速度之间的关系。学生可以通过多种方式提出不同的解决方案，并对其进行实际测试和验证。通过这种创新思维的培养，学生能够培养独立思考和解决问题的能力[1]。

（3）能够培养学生的科学态度和物理观念

在STEAM教育中，学生通过实践和实验来探索和发现知识，注重问题的提出和解决过程。这种科学探究的方式培养了学生的好奇心、探索精神和批判性思维，使他们对科学和物理有更深入的理解和认识。例如，在学习热力学时，教师可以引导学生进行一系列的实验，让学生自己发现和理解热能的传递和转化规律。通过这种实践，学生能够培养科学态度，包括观察、实验、分析和总结等科学活动的核心素养，并且能够形成自己的物理观念。

（二）对教师的能力提升价值

基于STEAM的高中物理课堂核心素养培育的实践对教师能力提升有着重要的价值[2]。这些价值主要体现以下两个方面：

（1）提升跨学科教学能力

传统的学科教学往往是独立的，教师只需要掌握自己所教学科的知识和教学方法即可。然而，在STEAM教育中，教师需要将不同学科的知识进行整合和融合，通过跨学科的教学方法来解决现实问题。因此，提升教师的跨学科教学能力是非常重要的。教师可以通过参加相关培训和研讨会，学习跨学科教学的理论和实践经验，提升自己的能力。

（2）为教师提供了新的物理教学思路

传统的物理教学往往以理论知识为主，缺乏与实际生活和社会问题的联系。而STEAM教育强调学科之间的融合和应用，通过解决实际问题来培养学生的创造力和创新思维。教师可以通过引入STEAM教育的思想和方法，将物理知识与工程、技术、艺术等领域进行关联，使学生在学习物理的同时也能培养其他学科的能力。这种新的物理教学思路可以激发学生的兴趣和动力，提高他们的学习效果[3]。

二、基于STEAM的高中物理课堂核心素养培育的实践研究

（一）以课堂教学情境导入物理教学

物理的理论知识是比较抽象的，实践操作是比较复杂的。学生在学习这些知识的时候就容易出现注意力不集中、热情较低和态度不端正等问题，这些问题不仅会影响物理学习效率，还会影响对物理知识的掌握和核心素养的培养[4]。而课堂教学情境主要是指在课堂教学中结合相关教学理念和内容设计能够提高学生学习兴趣的教学方式。情境教学是课堂导入常用的、有效的教学方式，能够帮助学生培养物理学习的热情和核心素养。因此，以STEAM教学观念为基础的高中物理课堂教学应该重视课堂教学情境在导入物理教学中的作用。结合情境教学的相关理论，高中物理教师在创设教学情境的时候应该注意以下几点：

（1）教师应该通过情境的设计和问题的提出，激发学生对物理学习的兴趣。兴趣是学生学习的动力和源泉，只有激发了学生的兴趣，才能够引起他们的主动参与和积极探究。

（2）教师在课堂教学情境中应该充分发挥引导者的作用，引导学生深入思考与课题相关的问题。

（3）在课堂教学情境中，教师应该坚持学生主体地位，尊重学生的个性和思维方式。教师可以采用小组合作、项目研究等方式，让学生在团队中相互合作，充分发挥自己的特长和能力。

（4）提供必要的支持和指导。

（5）立足科学的教学理念、学生生活实际。

例如，教师在教学鲁科版必修一“质点和位移”时，可以立足以上五点结合STEAM教学理念、本节教学内容和学生学习兴趣创设合适的导入教学情境。教师应该分析教材明确教学内容为：质点的概念以及物体能否看成质点的条件；矢量和标量的区别。结合教学内容教师可以利用多媒体播放“地球绕太阳公转”“奔驰的列车”“展翅翱翔的老鹰”和“篮球投篮”等图片来创设对应的教学情境。STEAM教学理念与传统教学理念不同点就在于知识的融合性和跨学科性。结合此特点，教师应该选择融合多科目的教学情境导入教学。“地球绕太阳公转”是属于地理和科学教学中的重要内容；“奔驰的列车”是属于物理和技术等课程的内容；“展翅翱翔的老鹰”的图片属于科学和物理的融合知识。

除了以上虚拟的教学情境，教师可以找到一个与质点和位移相关的真实场景，比如一个班级运动员进行跳高的实践情境。教师可以让班级运动员实践展示这些运动动作并引导学生观察和思考以下问题：

①运动员在跳高过程中，他的身体在空间中的位移是如何变化的？

②运动员的身体位移和时间之间是否存在某种关系？

③运动员的身体位移和跳高的高度之间是否有关系？

通过这个实践情境的引入，教师可以激发学生对质点和位移的兴趣，并使他们开始思考与这个课题相关的问题。在引导学生思考的过程中，教师可以提供必要的背景知识和概念解释，帮助学生理解和分析视频中的现象。

由此可知，教师运用以上三张图片来创设虚拟的教学情境和引导学生运动员实践展示的情境是符合STEAM教学理念的。学生能够在课堂教学情境中了解物理教学中质点的概念及成为质点的条件等物理基础知识。

（二）以信息技术开展物理实验促进教学

信息技术是时代发展的产物。STEAM的教学理念要求教师在教学中重视信息技术的运用，以此推动学生物理观念和科学思维等物理核心素养的培养和发展。在信息技术和先进教学理念的指导下，高中物理教师可以利用虚拟教学平台、官方智慧教育平台、数据采集仪器、多媒体设备和互联网相关资源等开展物理课堂教学。在此过程中，教师应该注意以下几点：

（1）确定实验目标和内容。

（2）整合信息技术资源。

（3）指导学生进行实验操作。

此外，引导学生实验数据分析和讨论在以信息技术开展物理实验促进教学时，教师需要注意以下四点：

（1）整合资源并确保稳定性。

（2）引导学生主动参与。

（3）注重实验设计和安全。

（4）鼓励多样化实验方法。

例如，教师在教学鲁科版必修一“力与平衡”时，就可以立足以上要求选择丰富的信息技术来落实STEAM教学理念在物理核心素养培育中的实践。通过分析教材，教师可以确定实验教学目标就是立足STEAM的教学理念帮助学生掌握“力与平衡的相关内容”。立足这些内容，教师可以选择多媒体、智慧教育教学和互联网上相关的资料来帮助学生了解“力的合成”“力的分解”和“共点力的平衡”等方面的理论知识和内容。

（1）模拟实验软件

教师可以利用物理模拟实验软件，如PhET交互式模拟实验平台，来进行力与平衡的模拟实验。通过这些软件，学生可以在虚拟环境中进行实验操作，观察物体受力的情况，探索力的平衡、合力和分力等概念。教师可以引导学生进行实验设计和数据分析，帮助他们深化对物理规律的理解。例如，在PhET平台上，教师可以选择“力学”模块下的“平衡力”实验，学生可以通过拖拽不同大小和方向的力，观察物体的平衡情况。教师可以引导学生进行实验探究，提出问题，探索力的平衡条件，比较不同力的合力和分力等。

（2）虚拟实验平台

教师可以利用虚拟实验平台，如易博物理实验平台，进行力与平衡的虚拟实验操作。通过这些平台，学生可以在虚拟实验室中进行实验操作，探索力和平衡的相关概念。教师可以设计不同的实验场景和问题，引导学生进行实验探究和数据分析，培养他们的实践能力和科学思维。例如，在易博物理实验平台上，教师可以选择“力学”模块下的“力平衡”实验，学生可以通过调整不同力的大小和方向，观察物体的平衡情况。教师可以引导学生进行实验探究，提出问题，探索力的平衡条件和合力的计算等。

（3）多媒体教学素材

教师可以利用多媒体教学素材来展示力与平衡的原理和实验过程。通过动画、实验视频等多媒体的呈现，学生可以更直观地了解力的作用和平衡的条件。教师可以结合多媒体素材进行讲解和讨论，帮助学生理解和应用相关的物理概念。例如，教师可以使用动画演示力的平衡条件，通过展示力的大小和方向的平衡关系，帮助学生理解力的平衡和合力的概念。教师还可以使用实验视频展示具体的力与平衡实验操作，让学生更直观地了解实验过程和结果。

（4）数据采集与分析工具

教师可以引导学生使用数据采集与分析工具，如传感器、计算机软件等，进行力与平衡实验的数据采集和分析。学生可以通过实时采集和分析实验数据，探索力与平衡的规律，并进行数据处理和图表绘制，提高科学实验和数据分析的能力。例如，教师可以引导学生使用传感器来采集不同力的大小和方向，通过计算机软件进行数据分析和图表绘制。学生可以通过分析实验数据，探究力的平衡条件和合力的计算方法，深化对力与平衡的理解。

结合以上分析可知，物理教师可以利用虚拟实验平台或者模拟软件等来帮助学生培育对应的物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任等物理核心素养。在信息技术和STEAM的影响下，教师就应该重视用多媒体、虚拟实验平台和智慧教育平台等来帮助学生了解实验的步骤、理解实验的目的，培育物理核心素养。

（三）优化教学评价巩固教学成果

物理教师还应该重视课堂教学评价对STEAM教学理念和学生核心素养的巩固和帮助。STEAM教学理念要求教师在教学的时候应该融合教学并增强课堂教学的综合性。结合相关教学理念的指导，教师可以引导学生自主评价、创设多元化评价方式、引導学生互评、注重过程评价和引导学生参与评价标准的制定等多个方面。这样多元的教学评价能够落实教学中STEAM教学理念，加强学生对自己物理知识掌握和素养培育等多方面的认知和管理。

例如，教师在教学鲁科版必修二“科学探究：平抛运动的特点”时，就可以结合STEAM的教学理念来开设多元的教学评价，以帮助学生学习和掌握平抛运动的理论知识和平抛运动的实验过程等物理知识和内容。学生在自评的过程中可以结合自己对小球平抛运动轨迹的理解和掌握，创设坐标系和结合知识画出坐标系等物理实验原理，以培养自身的科学观念、思维、探究和态度与责任。

结束语

总之，基于STEAM的高中物理课堂核心素养培育的实践价值是丰富的。教师能够在此教学理念的影响下改变自己的物理教学观念和方式，选择更加丰富有效的方式来进行实践。学生能够在此教学模式中获得综合持续的发展，社会和学校也可以在此教学模式中获得进步。因此，高中物理教学中培育学生的核心素养应该重视STEAM教育理念的指导和融入。

参考文献

[1]张亚锋.核心素养下利用信息技术优化高中物理课堂教学研究[J].数理化解题研究，2023（12）：62-64.

[2]姚景虎，苏善花.基于核心素养的高中物理电学实验课堂完善策略[J].数理天地（高中版），2023（6）：71-73.

[3]俞嘉林.核心素养下高中物理课堂教学目标的制定[J].数理天地（高中版），2023（6）：83-85.

[4]何知.学科核心素养视角下的高中物理高效课堂构建[J].学园，2023，16（8）：72-74.

本文系教育部福建师范大学基础教育课程研究中心2022年开放课题“基于‘读思达视域下培养高中生创新能力的行动研究”（立项批准号：KCB2022102）的研究成果。

泉港区教育科学“十四五”规划（第二批）基础教育教学改革研究立项课题“‘四新背景下中学物理大单元作业设计的策略研究”（立项批准号：QG1452-55）的研究成果。