STEAM教育理念在“力的存在”中的應用

杜晶晶 張浩

摘要：為了發展學生的學科素養和創新能力，教師基于STEAM教育理念，以《力的存在》一課為例，從問題出發，將STEAM教育理念在教學情景、情感體驗、知識層次、綜合能力幾方面進行滲透。結合學生的表現和后續反饋，探討了STEAM教育特征在本堂課中體現出的優勢，試圖充分發揮其教學價值。

關鍵詞：STEAM教育?力?作用效果?開放?情境?主體

STEAM教育，強調以生活中真實存在的問題為導向，將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）及相關交叉領域中的知識進行綜合應用，有針對性地展開探究和動手實踐，達到最終解決問題或制作產品的目的。在新世紀的人才競爭中，一些傳統的輸入式教學明顯不利于學科素養的培養，嚴重影響學生解決問題能力的發展。而基于STEAM教育理念的課堂，則更強調學生在教師的引導下主動進行問題探索和研究，逐漸發展學科素養和創新能力。

《力的存在》是浙教版初中科學中物理部分力學的第一課。力的概念本身是非常抽象的，鑒于初中學生對抽象事物的理解能力有限，課本并未對力的概念作出詳細的定義，而是選擇讓學生重點從力的作用效果去體會力的存在。如果僅根據書本提供的幾幅圖片進行簡單的輸入式學習，對力的概念的掌握就會流于表面，從而影響學生將理論聯系實際，進行再次創新的能力。故本文以《力的存在》一課為例，從目前遇到的一些普遍問題出發，嘗試將STEAM教育理念滲透到教學環節，結合在情感體驗、知識層次和綜合能力提升幾方面的優勢進行探索。

一、問題提出

在傳統教學中，教師非常清楚這節課要解決什么問題，選擇的方式往往過于直接，如灌輸式的授課方式。但這種方式很難激發起學生的內在欲望和情感去調動手、眼、腦共同高速協作去解決問題。沒有情感碰撞的課堂是無趣的，容易造成老師激情澎湃地講課，學生依舊昏昏欲睡的現象。初中階段的孩子本身是積極、主動、有好奇心的，他們對常見的一些物理現象已經具備一定的辨別能力，但由于沒有任何力學知識基礎，也往往不具備較強的邏輯思維能力，對抽象的物理問題會比較頭痛。STEAM教育理念中最核心的就是促進學科交叉，共同配合解決實際問題，從而達到培養出符合新時代需求的創新型人才的目的。落實到課堂教學中，其核心內涵就是通過各種手段，不限學科、不限方法地充分調動學生的各種能力，綜合解決一堂課的問題。并不只有黑板才能帶給學生知識，組織表演、比賽、實驗設計等活動，更能激發學生的學習興趣，繼而會使他們接受更多原始的能力和素養。

二、STEAM教育理念的滲入

（一）教學情景

物理知識要放到真實的物理情景中讓學生去體驗、去感受。把獲取的感性物理材料作為思維活動的基礎，實現了物理知識由感性上升到理性，完成了物理現象上升到物理本質，最終實現物理教學由理論知識走向實際生活。因而，STEAM教育理念的滲入需要真實的物理情景。

以課程的導入為例：大個男生和小個女生都在地面上進行拔河比賽（直接手拉手），結果女生被輕松地拉了過來，并且明顯感覺到男生用很大的力氣把她拉過去。借助于學生自己的情境體驗得出力的一種作用效果（物體的運動狀態發生改變）。而男生卻非常自信地回答：“她力氣太小，我沒感覺到她在拉我?！保ū┞读Φ淖饔眯Ч３Ｊ遣幻黠@的）然后讓同學們思考有沒有辦法幫助男生感受到對方在拉自己這個事實。最后大家討論后決定讓男生站到滑板上，女生仍站在地面，發現男生被拉了過來，此時男生明顯感覺到了女生在拉她。

在這種真實的物理情景中，力的概念被提了出來。從問題出發，設計出解決方案，讓原本不明顯的作用效果凸顯出來。原本抽象的物理知識，通過具體情境的創設，讓學生體會到抽象問題情境化之后也是可以很有趣的，使學生有強烈的欲望去進行下一步的探索。

（二）情感體驗

力學知識對初中生來說是較難理解的，在創設真實的物理情境后，應使學生產生知識、思維層面的沖突，還應使學生產生真切的情感體驗。STEAM教育理念與生俱來的開放性和包容性，允許課堂形式的多樣性，可以充分激發學生的情感投入，讓知識與情感發生強烈碰撞。在知識講授的過程中，融入學生喜歡的活動，自然而然地滲透積極的價值觀，能使學生產生相應的情感體驗，繼續推動學生主動想辦法去解決新的問題。這樣既鞏固了知識、促進了學習，也鍛煉了學生解決問題的能力。

對初中生而言，《力的存在》這節課最抽象的地方就是力本身看不見、摸不著，難以下手。故這節課的一個重點就是通過力的作用效果讓學生去感受力的存在。從情感上講，那就是讓學生承認一個看不到的事物的存在，還要清楚地認識到力與平時所說的“力氣”是不一樣的。

比賽激發情感碰撞：限時一分鐘找身邊的力，并說出你是怎么發現的，獲勝者可以得到一定獎勵。其實學生可以說出很多力，如課本上的足球使人臉變形、標槍被運動員投出，課本外的雙手虎口相互擠壓等。教學過程中最重要的就是通過高效率的活動去調動學生的積極性，學生得到答案的同時，還培養了學生借助于各種工具、方法去找答案的能力。最后學生們通過對“如何發現這些力”進行總結，很快得出力的兩大作用效果：力可以使物體發生形狀的改變，或者力可以使物體的運動狀態發生改變。

當然必須再補充一個微小形變放大的實驗：典型問題如桌面發生了微小形變，人眼并不能直接觀察到受了力的桌面其實也有形變發生。而光學放大就是能觀察到這一現象的有效手段之一。通過設計好的光學放大實驗，發現跟學生平時所見所想不同的結果，從而產生強烈的情感和認知的沖突。學生會發生各種思考、質疑、承認、再思考、再沖突，最后才能將一個物理現象真正上升為物理規律，才能真正把知識內化為自己的一部分。解決力學問題不用拘泥于力學本身，完全可以結合光學等其他知識。這既是對上一章剛學過的光學內容的復習，也再次體現了STEAM教育理念的學科包容性。

（三）知識層次

STEAM教育理念下，教學內容不應太拘泥于所謂課內知識或課外知識，因為知識本身就是開放的，基礎知識的學習最終將用于解決復雜問題。

課本上對“力的作用是相互的”這一知識點的要求不高，沒有達到牛頓第三定律的系統要求。如果一句話帶過這個重要的知識點，就會帶來很多疑問，因為有很多相互性是不容易觀察到的，而且極易與后期要學的平衡力混淆。在STEAM教育理念下，倒不如直接將問題暴露出來。故針對該難點，老師提前布置了一個課前小任務：通過網絡等方式收集“力的作用是相互的”例子。這充分調動了學生解決問題的積極性，利用身邊的各種工具、方法、手段，可以是物理知識本身，也可以是數學等其他學科的滲透。然后課堂上先由學生進行展示，讓其他學生進行質疑和提問（主要圍繞作用效果的相互性）。

課堂上提問：力的作用的相互性是否普遍成立？事實上，很多例子中，學生并不能找齊每一對相互作用力對應的作用效果。下面分享幾個典型例子：

（1）車與路面間的作用是相互的，但很難觀察到路面受到的力的作用效果，故可改成玩具電動車車輪和薄板之間的相互作用。由于薄板夠輕，汽車啟動的結果變成車向前且板向后，那么這對相互作用的力，分別對應的作用效果就被清楚地展示出來。

（2）直升機與空氣的作用是相互的，我們可以清楚地看到直升機的運動狀態發生了改變，卻無法看清楚空氣的運動狀態也發生了改變。故在課堂上可以用紙屑的加入去“展示”空氣也受到了力的作用。

（3）船和水之間的作用是相互的，但是水受到的力并不能清楚地被觀察到。故可設計如下的實驗方案來演示。水中的鉤碼受到的力通過測力計示數和自身重力計算得到，而對水的力則可以通過臺秤前后兩次的示數計算得到。借助定量的儀器得到了更準確的結果，循序漸進地得出不僅力的作用是相互的，力的大小也是相等的。教學內容具有一定的層次性，由定性到半定量，這種層次性的推進，符合學生對知識的認知和掌握的規律。

（4）磁鐵之間的力是相互的，只需要將磁鐵綁在車上，同時釋放即可。磁力的相互性其實不難發現。這組實驗存在的價值其實體現在知識的系統性方面。即通過大量生活實例，結合各種實驗，分別體現了不論力的種類（重力、彈力、摩擦力、磁力），還是物質形態（固體、氣體、液體），力的作用都是相互的。

將汽車、直升機、船等常見的場景搬進課堂，結合學生經驗，得出已有的認知（容易找到的一個力的作用效果），引導學生設計實驗來看清楚不易觀察的力的作用效果。這里應用STEAM教育理念，本質上是將物理規律與實際問題有機結合，引導學生發現問題，思考如何解決問題，并在過程中充分鍛煉了學生的邏輯思維能力，促進了學生對物理知識的掌握。

（四）綜合能力

為了進一步理解這一對相互作用力的關系，我們一般都會組織學生實驗，讓學生利用一組彈簧測力計，通過對拉的方式去探究作用力和反作用力的關系。

然而事實上，在科技快速發展的今天，這個實驗已經不是最佳方案了，尤其在動態時，人眼根本跟不上讀數的變化。故教師可在教學中演示更為精確的力學傳感器實驗：無論是靜態還是動態，通過計算機和傳感器快速采集數據，直觀形象地模擬出這對力的大小、方向隨時間的變化而變化。而計算機應用能力是新時代學生的必備技能，理應在現代課堂上得到鍛煉和推廣。這也符合STEAM教育理念的核心：利用各種能用的技術去解決問題。

三、總結與反思

STEAM教育作為一種新興教育模式，旨在培養能適應新時代特點的復合型人才，當前仍具有很高的研究價值。本文僅以STEAM教育理念在一堂初中科學課程《力的存在》中的應用，淺析了該理念在教學中的種種優勢。當然在具體實施過程中，遇到的主要困難還是在對課堂時間的把控上。所以考慮體驗情境設置的合理性和科學性是非常重要的，不是越花哨就越好，情境的設置是為了學生更好地體驗，最后還是為了解決某個具體問題，并引導學生自己發現問題，自己設計方案去解決問題。從實施結果來看，學生的積極性明顯提高，課堂的主體性相當明確。STEAM教育理念滲透的課堂不僅僅培養了應試能力，更重要的是在教與學的過程中，自然而然地鍛煉了學生的邏輯思維、語言表達、數學計算、實踐操作、團隊合作等各方面的能力，最終培養出有創造力的復合型人才。通過科學學科的學習形成的這些品格和能力也完全符合該學科的核心素養。

參考文獻：

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