基于STEAM理念下的初中物理家庭實驗教學(xué)策略

馬文俊

STEAM理念是一種將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域進(jìn)行融合的新型綜合教育理念，強(qiáng)調(diào)設(shè)計跨學(xué)科課程。隨著我國社會發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，初中物理教學(xué)方式也在發(fā)生巨變，學(xué)生開展物理實驗的條件也日益成熟。基于STEAM理念下的物理家庭實驗教學(xué)，是指教師借助有效的資源和工具，用科學(xué)的教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生開展物理家庭實驗，學(xué)習(xí)物理知識，有助于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、實踐探究等能力。

一、生活探索，調(diào)動物理實驗興趣

物理與實際生活之間存在密切聯(lián)系，立足實際生活指導(dǎo)學(xué)生探索物理，可以調(diào)動他們進(jìn)行家庭實驗活動的興趣。初中物理教師應(yīng)當(dāng)利用學(xué)生感興趣的事物，在物理家庭實驗方案中融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域知識，以激發(fā)學(xué)生的好奇心，使之能夠積極主動進(jìn)行思考和操作。

例如，在初中物理《熔化和凝固》部分內(nèi)容的教學(xué)中，首先，教師要立足STEAM教學(xué)理念要求，從生活中的飲食入手，讓學(xué)生根據(jù)自己喜歡的巧克力，提出“熔化和凝固”實驗設(shè)想，調(diào)動學(xué)生的物理實驗興趣。讓學(xué)生在家庭實驗中準(zhǔn)備一杯燒至沸騰的水和一杯常溫的飲用水，將自己喜歡的巧克力分別置于兩杯水中，再用筷子迅速攪拌。將兩杯水靜置一分鐘后，發(fā)現(xiàn)沸水中的巧克力融化速度明顯比另一杯常溫飲用水中的巧克力快。然后，鼓勵學(xué)生總結(jié)實驗步驟，根據(jù)實驗現(xiàn)象了解“物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程就是熔化”，固體開始熔化的溫度被稱之為熔點。在此基礎(chǔ)上，引用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域知識，為學(xué)生提供巧克力生產(chǎn)流水線機(jī)器、美食文化、巧克力中的營養(yǎng)物質(zhì)含量等知識，使學(xué)生開闊知識眼界，產(chǎn)生制作巧克力的興趣。再讓學(xué)生利用家庭中的不粘鍋，參考家長的建議，將熔化后的巧克力與水混合物進(jìn)行加熱，在混合物“凝結(jié)成團(tuán)”時，將之靜置于容器中，觀察混合物由液態(tài)變成固態(tài)的過程，從而理解“凝固”的概念，明白熔化“吸熱”和凝固“放熱”的特點。最后，教師應(yīng)要求學(xué)生按照標(biāo)準(zhǔn)的實驗過程，記錄自己的實驗結(jié)果，從味道、外觀等角度分析物體在熔化或凝固后的狀態(tài)，增長生活經(jīng)驗的同時，掌握廚具的使用方法，懂得控制溫度加快熔化和凝固的速度。

二、獨立思考，提升物理思維品質(zhì)

“一次深思熟慮，勝過百次草率行動。”利用問題引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，可以提高物理家庭實驗教學(xué)的有效性，進(jìn)而提高學(xué)生的物理思維品質(zhì)，對學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展產(chǎn)生積極影響。教師可以在STEAM理念指導(dǎo)下，提出涉及多領(lǐng)域知識的物理問題，讓學(xué)生通過獨立思考、動手實驗，尋找問題答案。

例如，在初中物理《重力》部分內(nèi)容的教學(xué)中，首先，教師可以根據(jù)教材中的實驗，提出“跳水運動員起跳”“蘋果成熟下落”“籃球落回地面”等問題，要求學(xué)生經(jīng)過獨立思考后分析問題的共同點，結(jié)合教材提示，初步建構(gòu)重力概念。然后，教師要結(jié)合重力與質(zhì)量的關(guān)系，設(shè)計“物體所受重力與質(zhì)量的關(guān)系”家庭實驗，要求學(xué)生用棉線、任意重物自制“墜塊”，再利用彈簧測力計將重物掛在掛鉤上，根據(jù)重物靜止時的彈簧測力計示數(shù)，分析物體所受重力。STEAM理念下的家庭物理實驗需要從不同領(lǐng)域知識入手，以引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、解決問題，由此促進(jìn)其思維品質(zhì)的提升。教師可以設(shè)計“高樓大廈中的防震阻尼球為什么能夠應(yīng)對地震、吸收震波”問題，鼓勵學(xué)生進(jìn)行獨立思考，并利用公式G=mg嘗試計算物體所受重力，自制“不倒翁玩偶”，查閱相關(guān)資料，分析高樓大廈中防震阻尼球的抗震原理，從而明白阻尼球利用擺動來減緩建筑物的晃動幅度，達(dá)到抗震的目的。最后，教師要在課上提問學(xué)生的家庭實驗情況，要求學(xué)生通過獨立思考，對實驗過程和結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，以促進(jìn)學(xué)生對自我實驗思維進(jìn)行歸納和調(diào)整，撰寫實驗報告，保持清晰的實驗研究思路，促進(jìn)他們思維品質(zhì)的提升。

三、自主設(shè)計，激發(fā)物理探索熱情

初中生的個性意識較強(qiáng)，鼓勵他們自主設(shè)計家庭實驗，可以激發(fā)他們探索物理知識的熱情。初中物理教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生的實際情況，基于STEAM理念設(shè)計不同實驗課題，讓學(xué)生循序漸進(jìn)地了解不同領(lǐng)域知識，并根據(jù)教師的指導(dǎo)，在自己的能力范圍之內(nèi)設(shè)計實驗活動，產(chǎn)生探索物理知識的熱情，不斷豐富自我認(rèn)知。

例如，在初中物理《杠桿》部分內(nèi)容的教學(xué)中，首先，教師要利用對杠桿的平衡條件進(jìn)行探究的微課視頻啟迪學(xué)生的思維，使之能夠了解物理實驗的重點難點，產(chǎn)生物理探究的熱情。教師可以將“杠桿實驗”分成兩部分：（1）自制杠桿，探究平衡條件，分析影響平衡狀態(tài)的因素；（2）分析影響杠桿平衡效果的不同因素，通過計算研究省力的方法。然后，從興趣的角度出發(fā)，讓學(xué)生自主設(shè)計“杠桿”實驗，提醒學(xué)生利用桿秤稱量不同重物，在選擇不同重量秤砣的同時，思考杠桿平衡條件中力和力臂之間的關(guān)系。因為STEAM理念要求運用不同領(lǐng)域的知識開展教學(xué)活動，所以，教師還可以讓學(xué)生在自主設(shè)計“杠桿”實驗的過程中，利用家庭中的可用材料制作“簡易天平”，通過分析平衡關(guān)系，研究杠桿原理。此外，教師也可以鼓勵學(xué)生利用筷子和電子秤，充分利用有關(guān)杠桿平衡條件相關(guān)知識，計算力和力臂，深入理解桿秤的工作原理。最后，教師鼓勵學(xué)生通過深入探究桿秤稱量物體的實踐操作，從自主實驗計劃、實驗過程、實驗結(jié)果等角度入手進(jìn)行總結(jié)，以滿足學(xué)生的物理學(xué)習(xí)需求，使之能夠按照自己喜歡的方式開展和總結(jié)實驗，擴(kuò)大家庭實驗教學(xué)成果。

四、項目教學(xué)，優(yōu)化物理實驗活動

以項目的形式開展家庭實驗活動，可以發(fā)揮項目教學(xué)法的優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、創(chuàng)造性，進(jìn)一步優(yōu)化物理實驗教學(xué)活動。初中物理教師可以指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識，再立足STEAM教學(xué)理念，讓學(xué)生組成項目小組，以特定主題或者探究內(nèi)容為引導(dǎo)，利用課余時間開展家庭實驗活動，增進(jìn)學(xué)生之間的學(xué)習(xí)交流。

例如，在初中物理《家庭電路》部分內(nèi)容的教學(xué)中，首先，教師要根據(jù)學(xué)生對電路相關(guān)知識的理解情況，合理安排“家庭電路實驗”項目小組，將學(xué)生按照學(xué)習(xí)情況進(jìn)行合理分組，結(jié)合學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中的態(tài)度和表現(xiàn)，要求他們利用課余時間，了解家庭電路中進(jìn)戶線、電能表、總開關(guān)、保護(hù)設(shè)備、用電器、導(dǎo)線的位置。然后，立足STEAM理念，為學(xué)生提供有關(guān)工程施工的電路資料，讓學(xué)生在項目學(xué)習(xí)中，了解不同建筑內(nèi)的家庭電路分布情況，促進(jìn)項目教學(xué)法和家庭物理實驗的完美結(jié)合。同時，教師要利用信息技術(shù)手段，布置“電能表負(fù)載研究”實驗項目，要求學(xué)生用最大承受電流為20A的電能表，根據(jù)家用電器及其功率，分析添置一臺300W功率計算機(jī)，所有用電器同時工作時，電能表能否承受負(fù)載。教師可讓學(xué)生在原有項目小組的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，選擇符合實驗要求的家庭電路進(jìn)行研究，合作討論設(shè)計實驗方案，進(jìn)行深入探究。最后，教師可以要求學(xué)生做好實驗規(guī)劃和記錄，利用信息技術(shù)手段與學(xué)生保持聯(lián)系，使之能夠在項目實驗中隨時向教師提問，教師則根據(jù)實驗研究情況，引用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域知識，為學(xué)生答疑解惑，使之能夠順利完成實驗，對家庭電路以及電路保護(hù)相關(guān)知識有深入理解。

綜上所述，STEAM理念下的初中物理家庭實驗，可以降低實驗操作難度，讓學(xué)生從書本走向生活，感受實際生活中的物理，極大地提高了學(xué)生物理學(xué)習(xí)的自信心。應(yīng)用STEAM理念開展物理家庭實驗教學(xué)，可以充分激發(fā)初中生參與物理實驗的積極性，通過開展物理家庭實驗的設(shè)計和實施，鍛煉學(xué)生的動手能力和思維能力，使之通過動手實驗，了解生活中的物理知識，開闊視野，提升自我認(rèn)知。

（作者單位：甘肅省臨夏市第五中學(xué)）

（責(zé)任編輯? 曉寒）