高中通用技術課基于物理器具制作開展STEAM教育活動探索

蘇虹

摘要：我國中學開展通用技術課程STEAM教育活動缺少與理科課程結合，而高中物理課程缺少學生設計、制作物理器具的學習活動。針對以上現象，提出在高中通用技術課上，以物理器具制作項目開展STEAM教育活動，并以學生制作滴水起電機活動為例探討。

關鍵詞：通用技術課 物理器具制作 STEAM教育

中圖分類號：G633 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1009-5349（2019）16-0212-02

STEAM教育是集科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）與數學（Mathematics）于一體的綜合教育。STEAM教育從STEM教育延伸而來，STEM教育是由美國政府主導的一項教育計劃，倡導將多領域知識通過綜合課程融合起來，加強學科間相互配合，發揮綜合育人功能，讓學生在真實的問題情境中學習，在基于項目的活動中應用多學科的知識解決問題。目前我國中學開展的STEAM教育學習活動多為獨立的校本課程或社團活動，與學生理科學科內容關聯少。同時，不同年級學生統一開展STEAM教育活動難度較大，不僅要占用大量課時，對教學設施要求高，而且缺少跨學科的指導教師。[1]STEAM教育與我國高中開設的《通用技術》課有一定關聯性。《通用技術》課注重培養學生技術素養，在項目設計制作中培養學生使用工具、解決問題的能力。《普通高中通用技術課程標準（2017年版）》[1]提出，通用技術學科核心素養包含技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力，并在選擇性必修課程第十一個“科技人文融合創新”專題中提出：基于真實的問題情境綜合應用科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Mathematics）、社會（Social）（簡稱STEAMS教育）等學科的知識、方法和技能，以專題學習或項目學習的方式進行問題解決與科技創新。可見，我國的通用技術課程已經涵蓋了STEAM教育的內容與相關課程目標。

物理實驗器具的制作過程，是學生對相關物理知識的加深理解和靈活運用的過程，經過課程設計，該過程同時可以實現對學生通用技術學科核心素養的培育，達成STEAM綜合教育、基于項目學習的多維度教學目的。本文以“滴水起電機”的制作項目為例，旨在探索闡明在《通用技術》課程中結合物理實驗器具制作開展STEAM教育活動的可行性和經濟合理性，避免因課程獨立開設導致的不必要浪費。

一、“物理實驗器具制作”概念界定

“物理實驗器具制作”[2]是學生探究物理本質的一種方式，學生設計制作物理實驗器具并用自制物理實驗器具開展物理實驗探究活動。“物理實驗器具制作”是學生物理實驗探究的一種形式，學生將器具部件重組、增減、按比例擴大或縮小，滿足學生物理實驗探究、觀測實驗現象的需求;學生可用原本不是用于開展物理實驗儀器的生活物品、材料進行研究設計、改良制作成物理器具，彌補廠制儀器用于實驗探究的局限性;學生還可將現代數字化實驗設備、廠制實驗器材與學生自制物理器具結合開展物理實驗活動。

“物理實驗器具制作”是滿足學生設計研究、動手實踐、創新創造需求的實踐活動，是學生了解物理器具工作原理、認識物理本質的有效途徑。“物理實驗器具制作”是結合高中通用技術課滲透STEAM教育開展綜合學習活動的落腳點，“物理實驗器具制作”是同時培養學生技術素養與科學素養的基本途徑。

二、物理實驗器具制作的價值

1.有助于學生認識和理解物理本質

“物理實驗器具制作”是物理實驗的一種方式，是學生認識物理世界的主要途徑。高中物理實驗教學多以實驗演示為主，教師注重物理實驗現象的呈現，學生側重于實驗數據收集和分析，但缺少對實驗儀器工作原理的分析，忽視探究實驗儀器中蘊藏的物理原理、物理本質。與利用廠制器具開展實驗相比，學生用自制“物理實驗器具”開展實驗，可以更深入地認識理解物理本質，提升學生學習物理的興趣和動手實踐能力。

2.有助于培養學生的技術素養

“物理實驗器具制作”活動有利于培養學生查閱資料獲取信息、繪制設計圖的能力，在制作中了解材料性能，掌握工具使用方法，運用知識技能、工藝技巧與經驗解決制作問題。“物理實驗器具制作”是技術教育的有效途徑，是提升學生技術素養的方式。“物理實驗器具制作”活動有助于學生設計操作、創新創造，學生在制作中建構物理概念和規律，有助于強化學生手腦并用、知行合一，發展學生工程思維、創造能力。

3.有利于提升學生的STEAM教育素養

“物理實驗器具制作”是一個綜合復雜的過程。制作中有助于學生應用數學、物理等綜合門類科學知識解釋制作中涉及的原理，培養學生應用技術工藝解決物理器具制作中的技術、工藝問題，提升學生劃分工程項目的能力以及對美的鑒賞能力。通過物理實驗器具制作活動，有利于培養學生綜合運用多學科知識解決實際問題的能力，達成STEAM綜合教育目標，為學生今后深造和學習奠定基礎。

三、以滴水起電機制作為例的STEAM教育活動

1.教學活動設計思路

人教版《物理》（選修）3-1靜電場內容微觀且抽象，多數學生雖在物理課學習了靜電知識，但仍然對物體起電、帶電原理概念表述不準確，以第一章第一節電荷及其守恒定律、第七節靜電現象的演示實驗作為滴水起電機制作項目，按照高中物理、通用技術、STEAM教學目標，指導學生在通用技術課上開展制作活動。

2.教學活動的對象、任務、目標

教學對象：高中二年級理科班學生。

教學任務：制作滴水起電機，并將其應用于靜電演示實驗探究活動。

教學目標：

（1）繪制滴水起電機設計圖，綜合應用多種材料、工藝方法創作滴水起電機，進而掌握制作材料特性和一定工藝方法;依據滴水起電機制作需求，使用不同制作工具解決制作問題;根據設計、制作過程、實驗功能等綜合形態進行性評價。

（2）將工程化分為獨立項目，根據現實條件選擇合適的方法計劃構思;基于制作活動得出結論并做出解釋，提升對結果交流、評估、反思的能力;提升科學探究能力，解決制作問題的能力。

（3）根據滴水起電機實驗效果及功能效果進行改進、調整;能應用系統分析的方法，應用多種技術進行分析、調整。

3.活動前準備

（1）完成學生分組，各組根據滴水起電機項目查找相關信息，繪制滴水起電機設計圖如圖1，收集制作所需材料（易拉罐、木棍、紙杯、魚珠膠、鋁箔紙、PVC管、不銹鋼小盆、絕緣墊、導線若干、3D打印機、輸液器、塑料綁帶、生料帶）。

（2）學生根據設計圖裁剪制作材料，組裝各實驗部件并測驗其實驗功能。各組根據自制滴水起電機的實驗效果調整設計圖，以便依圖下料，應用多種工具及工藝改進其實驗功能。

4.開展制作活動

（1）用搜集的材料開展實驗儀器制作，經過測量制作木架，然后初步確立支架及感應圈位置，根據圖1的設計理念和實驗儀器功能需求在制作中不斷進行調整，改進設計。

（2）完成滴水起電機制作，并用自制滴水起電機開展靜電實驗探究。

（3）各組展演自制的滴水起電機起電現象，根據滴水起電機起電實驗效果改進其作品功能。

5.評價

根據學生制作活動過程的參與情況以及自制滴水起電機的產品性能進行綜合評價。

四、結語

高中通用技術課結合物理實驗器具制作開展STEAM教育活動，通過滴水起電機制作過程培養學生STEAM素養和技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力。物理實驗器具制作項目為通用技術課開展STEAM教育活動的載體提供了一種新理念、新方法。短期實踐證明，高中通用技術課基于物理器具制作開展STEAM教育活動是可行的，有利于物理教學改革、技術素養培育與綜合教育的有機融合，具有很高的研究價值和實踐價值。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中通用技術課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017

[2]張偉.“非常規”物理實驗教學[M].北京：教育科學出版社，2012：65-83

責任編輯：孫瑤