STEAM教育融入国内中学物理教学的分析与展望

陈善珂 侯伟杰 邵渭泉

青岛大学物理科学学院 山东青岛 266071

0 引言

当今世界，国际竞争愈演愈烈，国家高质量发展急需高素质创新型人才。同时，我国每年面临大量高校毕业生无法就业的问题。创新型人才来自高质量高效率的基础教育，中国新一轮教育改革旨在破解以中高考为导向的传统教育难以培养创新型人才的难题。STEAM 教育以其高度的跨学科整合特征受到国内外教育界的普遍关注，成为教育改革的重要参照及开展课程整合的模板[1]。

2022年发布的《义务教育物理课程标准（2022年版）》指出，物理课程“培养学生适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力”。2022 版课标规定的义务教育物理课程“实验探究”一级主题强调物理课程的实践性，“跨学科实践”一级主题体现物理学与日常生活、工程实践、社会发展等方面的联系[2]。STEAM 教育理念与新课标要求和教育改革高度契合，将STEAM 教育理念应用到中学物理教学，可以培养学生的核心素养，为创新型人才培养打下基础。

1 文献收集与研究方法

1.1 文献收集

在CNKI 数据库高级检索栏中，以主题“STEAM（or STEM）”和“初中物理（or 高中物理）”为条件进行检索，设定截止时间为2021年12月31日，对检索到的文献进行筛选、整理，并将文献有关信息以refworks 格式导出，共获得有效文献95 篇，其中，硕士学位论文63 篇，期刊论文32 篇。所得文献的时间跨度为2014年至2021年。

1.2 研究方法

研究采用文献计量法、知识图谱法和文献分析法。文献计量法可以对STEAM教育融入中学物理教学研究的年发文量进行统计，能够分析和预测未来此研究的趋势及方向。

用CiteSpace 软件统计绘制科学图谱，可以对关键词进行词频分析、聚类分析[3]，得出当前此研究的研究热点。通过文献分析法了解STEAM教育融入国内中学物理教学研究的理论和实践内容，统计STEAM 教学设计案例和创新实验案例，掌握研究现状，总结研究成果，为后续研究提供借鉴。

2 数据分析

2.1 发文情况分析

用CiteSpace 对导出的文献进行发文量统计，设置时间切片为一年，将得到的数据复制到WPS 表格软件中，绘制年度发文量统计图。由图1 可以看出，STEAM教育融入国内中学物理教学的研究起源于2014年，2018年后研究呈快速上升态势，说明STEAM教育融入中学物理的研究得到越来越多学者的关注。

图1 STEAM 融入中学物理教学年发文统计图

2.2 关键词及聚类分析

关键词是文章主题内容的高度概括，分析关键词可以把握该研究领域的热点，关键词的频次反映了学者对该节点的关注程度，关键词的中心度衡量该关键词在研究领域内的枢纽作用[4]。用CiteSpace 对导出的文献进行关键词分析，并按频次进行排序得到表1。通过分析可知STEAM 融入国内中学物理教学的研究热点主要集中在“教学设计”“核心素养”“教学模式”“创新实验”等方面。说明将STEAM教育融入中学物理教学可以提升教学质量，促进学生自主学习，培养学生学科核心素养与创新能力。

表1 高频关键词统计表

对STEAM教育融入国内中学物理教学文献中的关键词聚类生成可视化图谱（图2）。图中聚类模块值（Q 值）等于0.654 8，Q ＞0.3 意味着聚类结构显著，平均轮廓值（S 值）等于0.901 4 大于0.7，表示聚类是高效率令人信服的[5]。除表1 中列的关键词外，“校本课程”开始成为研究的热点，说明在教育改革的背景下，很多学校通过开发STEAM 教学案例来丰富本校的校本课程，提升教学质量。

图2 关键词聚类图

2.3 STEAM 教学设计案例与创新实验统计

对所选文献中的教学案例进行统计并划分知识模块得表2，并作出各知识模块占比统计图（图3）。由表2 和图3 可见，力与运动知识模块的STEAM 教学案例最多，有48 例，约占62%的比重。分析原因，一方面是力与运动是物理学的基础，此部分知识在中学物理知识体系中占比最大，涉及的实验最多。

表2 STEAM 融入中学物理教学设计案例统计

图3 各知识模块占比统计图

知识模块 案例统计 教学设计（前三） 频次另一方面，此部分知识STEAM 案例的教学设计较容易实施，学生易于接受。

关于凸透镜的案例最多，有6 次。分析原因，一方面，在很多光学仪器中都有凸透镜，与工程联系密切，可以据此形成比较典型的STEAM 教学案例。另一方面，凸透镜的成像规律是学生学习的难点，记忆难、理解难。通过STEAM 教学设计，学生在动手操作中将知识内化，可以达到很好的学习效果。

表3 为文献中的创新实验统计。通过对STEAM创新实验的统计，可以丰富教学资源库，为教师利用已有资源，创新开发新案例提供借鉴。可以为开辟课后物理第二课堂提供帮助，将学生从试题、试卷中“拯救”出来，通过问题教学、项目教学、兴趣教学等方式提升学生动手能力、跨学科知识整合能力，充分体现学生的主体性，以达到更好的学习效果。

表3 基于STEAM 理念的中学物理创新实验统计

3 总结与展望

1）STEAM 教育理念进入中国后产生了广泛的影响，为我国教育改革和创新人才的培养提供了很好的可借鉴的思路，STEAM 教育已得到国内研究者的普遍认同并在中国基础教育体系中得到广泛推崇。

在国外研究成果基础上进行批判吸收，建立适应中国国情的STEAM 教育理论与实践体系任重道远。《义务教育物理课程标准（2022年版）》出台后，关于STEAM 教育理念融入初中物理的研究会迎来新一轮的研究热潮并将持续下去。

2）国内STEAM 教育的师资力量还很薄弱，需建设专业STEAM 教师团队，提升物理教师的跨学科整合能力。当前我国中学物理实验室配套设施不足，区域资源不平衡等限制了STEAM 教育在中学的实施。

3）研究发现，STEAM教育融入中学物理可以提高学生的学习积极性，增强学生物理学习的内驱力。目前，STEAM 课程资源开发滞后，多为教师个人单独研究，没有形成STEAM 课程研发团队。建立高质量、面向中学阶段具有可行性的STEAM 课程资源库，政府、社会、学校应给予有力支持。

4）需加大对力与运动以外其他知识模块教学设计的开发。另外，需建立多元的，学前、学中、学后的三级学习质量评价体系，评测STEAM 融入物理教学的教学效果，促进STEAM 教育中国化向更深层次发展。