試論從物理學科教育走向STEAM融合教育

王健源

[摘 要]物理教學不僅要注重傳授物理基礎理論知識，還要注重提升物理綜合能力，更要注重培養學生的物理學科核心素養。在這些教學目標的指引下，中學物理學科教育必須走向STEAM融合教育，融合教育中應包含探究式理念，并且要進行跨學科重構，還要以交互式活動為載體。

[關鍵詞]中學物理;學科教育;STEAM融合教育

物理學科教學與人們日常生活的聯系甚是密切，所以，隨著人類社會進入了人工智能時代，物理學科教學也需有所創新，方能更好地適應時代的變遷以及學生的成長需求。

一、物理教學要適應時代變化

最初STEAM還是STEM，代表著科學、技術、工程以及數學，是這四個概念的英文單詞首字母，重在通過這幾門學科的融合教育，培養新型的科技人才，后來人們又在該教育體系中融入了藝術教育，即Arts，實現了由STEM到STEAM的轉變?；诖耍琒TEAM模式下的融合教育具備四個特征：一是面向未來;二是重視課程體系與教學體系的重構;三是強調跨領域教育;四是強調創新與實踐。STESM式的融合教育，雖是美國政府實現未來教育的重要途徑，但隨著其設想的完善和體現出的應用價值，也逐漸被其他國家所借鑒，成為教育創新的一種新方式。

其實，在物理學科中，STEAM式的融合教育也并非是一個新概念，因為在中學課程標準中就有STS（即科學、技術和社會）的理念，所以，這種融合教育也可以說是STS理念在步入智能時代之后的具體化。根據STS理念，物理教育既要實現知識傳授與知識運用的雙重目標，還要讓學生認識到科學知識在實際運用中存在的“雙刃性”，也就是科學知識運用兼具有益、有害兩種特性，在此基礎上理解科學、社會以及技術三者之間的關系。另外，STS教育雖然在倡導物理教育的適應性，但是如何適應環境變化，卻一直沒有提出具有可行性的措施。在這方面，STEAM式融合教育具備先進性，不僅明確指出了教育改革的方向，對于學習模式也有詳細的闡述，也是問題驅動或是項目驅動。因此，未來中學物理學科教學應當逐步走向STEAM類型的融合教育。

以往的中學物理教學多偏向于基礎理論知識的傳授，而很少關注學生的學習興趣、實驗能力和信息技術水平。鑒于此，在進行STEAM式融合教育的時候，課程體系與教學方法都應借助該教育理念進行創新。為了培養具備良好適應能力的創新人才，還應通過教學活動幫助學生在學習過程中逐步樹立科學觀念，讓學生具有物理思維能力、實驗能力、探究能力，具有科學責任、科學精神以及科學習慣等物理學科素養。

二、信息技術與物理教學的整合研究

信息技術與中學物理教學的整合，一共經歷了兩個發展階段。

第一，網絡主題探究階段。該階段的核心特點便是采取了“Web Quest”類型的教學模式。其中，“Web”代表著“網絡”，“Quest”代表著“尋求”和“調查”，所以“Web Quest”意味著“專題調查”。此模式包括六大組成部分，即任務、資源、引言、過程、評價以及結束語。在這一階段，探究活動主要依托于互聯網展開，而探究主題多選自物理教材中的延伸拓展內容。

第二，融合教育階段。隨著網絡手段的普及與應用，人們的認識有了深化，既認識到片面強調主題探究學習的不足，也發現在此階段的輔助下教學需求基本得以滿足，所以，人們開始探索教育的新模式，也即STEAM式融合教育。在此階段中，人們開始重視教師的主導作用，并且部分物理教師也開始嘗試將數字化工具添加在一些重點內容中，用以增強數字化環境與師生間的合作性與互動性，如在物理學科教學中使用交互式電子白板輔助教學重難點內容等。從實踐來看，STEAM式的融合教育的確對學生大有裨益。除此之外，信息技術與中學物理教學的整合，也使得教學理念產生了變化，實現了由“教”到“學”的轉變，也即教學改革的重心轉移到了如何借助互聯網環境達到個性化教學的目的。隨著科技的創新與發展，在這一階段涌現出多種輔助技術，如3D打印技術、虛擬現實、虛擬現實技術以及移動互聯設備等，使教學形式更加多樣化。教師可以以微課為載體，利用微視頻向學生傳授知識，學生則可以根據自己的實際學習需求，選擇適合自己學習的視頻進行觀看與學習，這就打破了傳統教學的時空限制，使學生的自主學習成為了現實。

三、融合教育的創新之道

結合中學物理學科的特點開展融合教育，走創新之路，是以探究式學習理念為引領，落實STEAM式融合教育所具有的重構性、跨學科性、創新性以及實踐性內涵，最終以核心素養的培養達到增強學生物理學科能力的目的。

首先，融合教育中應包含探究式理念。所有生物在趨利避害時使用的一項本能便是探究，人類在適應一個陌生環境時也會進行探究式學習，而探究式學習其實就是學習科學家的探索方法。因此，在中學物理教學中，必須在探究式理念的指引下選擇適合的教學方法，深入開展教學活動。例如，在學習光的直線傳播時，教師可以先進行課前導入，通過播放課件、組織游戲等，導入教學問題：光現象產生的方法是什么？然后將這一問題進行分解，劃分為傳播條件、光源等子問題，最后再以發散提問或聚合總結的形式，對這一知識點做“收尾”教學。

其次，需要進行跨學科重構。受經濟發展水平所限，每一地區在數字化環境方面都存在較大差異，加之應試教育對人們觀念的影響，信息技術在教學中的運用產生了兩種觀念。其一是“輔助說”，持這種觀念的人認為，信息技術應用于課堂只是起到輔助教學的作用，處于或有或無的地位;其二是“重構說”，持這種觀念的人認為，信息技術應用于課堂的作用并非幫助教師表達，更多的在于輔助師生構建數字化教學環境，不能當作可有可無的存在，并且信息技術還與符號體系手段、實物教學手段共同組成新型教學模式的必要手段，有助于培養學生的跨學科能力。另外，為了培養學生的學科素養，物理教學也不能再將教學重點放在基礎理論知識的傳授方面，還要通過教學活動培養學生應用知識的習慣。物理教學的開展需要堅持理論聯系實際的原則，這就不得不提到問題式學習模式。對于STEAM式融合教育而言，只有推行問題式學習模式，方能實現這種教育模式的價值。在問題式學習模式中，強調問題情境的創設，要求給每位學生提供解決問題的機會，然后引導學生運用多學科的知識解決問題。例如，調查社區水污染的問題會涉及到化學、物理學以及生命科學等領域的知識，需要教師與學生都具備跨學科意識，能夠打破原有的物理學科課程結構，將多類學科的多種共同概念進行整合，完成對知識體系的重構。

最后，還需要以交互式活動為載體。所謂交互式活動，是指在智能環境下，人與物、師與生、物與物之間進行的交互作用。一般來講，學生物理學科素養的提升依賴于測評等方式，所以，傳統教學存在“重結論輕實施”的認知誤區，如傳統物理教學往往不太重視實驗探究活動等。對此，需要重新認識物理學科的結構，即完整化的物理學科應當包含三個部分：一是知識符號體系;二是物理學發展史;三是共通概念。在培養學生學科素養時，一定要借助交互式活動，讓學生掌握這三個部分的內涵。除此之外，在組織相關的交互式活動時，還需將探究式學習理念貫穿其中。具體來講，探究式活動應當有三種類型：一是實物探究活動;二是理論探究活動;三是數碼探究活動。三種類型分別對應實物手段、理論符號手段及計算機手段，教師可以將這三種手段綜合應用，用于突破物理教學難點。例如，物理概念具有極強的抽象性，學生往往難以理解概念背后的含義，而借助這三種手段應用多媒體技術，就可以通過虛擬仿真實驗來解決。又如，當前班級教學正在趨向于標準化，這種教學模式難以滿足學生的個性化發展，教師可以借助這三種手段制作微課視頻進行在線教學，也可以運用無線互聯課堂支持學生的個性學習或使用電子書包減輕學生學習負荷等。

總之，信息技術的產生與發展給物理教學改革帶來了創新機遇，物理教師應當把握機遇，積極借助校內資源實施STEAM式融合教育，讓學生能夠學有所得。

參考文獻：

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（責任編輯 趙永玲）