STEAM教育融入國內中學物理教學的分析與展望

陳善珂 侯偉杰 邵渭泉

青島大學物理科學學院 山東青島 266071

0 引言

當今世界，國際競爭愈演愈烈，國家高質量發展急需高素質創新型人才。同時，我國每年面臨大量高校畢業生無法就業的問題。創新型人才來自高質量高效率的基礎教育，中國新一輪教育改革旨在破解以中高考為導向的傳統教育難以培養創新型人才的難題。STEAM 教育以其高度的跨學科整合特征受到國內外教育界的普遍關注，成為教育改革的重要參照及開展課程整合的模板[1]。

2022年發布的《義務教育物理課程標準（2022年版）》指出，物理課程“培養學生適應個人終身發展和社會發展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力”。2022 版課標規定的義務教育物理課程“實驗探究”一級主題強調物理課程的實踐性，“跨學科實踐”一級主題體現物理學與日常生活、工程實踐、社會發展等方面的聯系[2]。STEAM 教育理念與新課標要求和教育改革高度契合，將STEAM 教育理念應用到中學物理教學，可以培養學生的核心素養，為創新型人才培養打下基礎。

1 文獻收集與研究方法

1.1 文獻收集

在CNKI 數據庫高級檢索欄中，以主題“STEAM（or STEM）”和“初中物理（or 高中物理）”為條件進行檢索，設定截止時間為2021年12月31日，對檢索到的文獻進行篩選、整理，并將文獻有關信息以refworks 格式導出，共獲得有效文獻95 篇，其中，碩士學位論文63 篇，期刊論文32 篇。所得文獻的時間跨度為2014年至2021年。

1.2 研究方法

研究采用文獻計量法、知識圖譜法和文獻分析法。文獻計量法可以對STEAM教育融入中學物理教學研究的年發文量進行統計，能夠分析和預測未來此研究的趨勢及方向。

用CiteSpace 軟件統計繪制科學圖譜，可以對關鍵詞進行詞頻分析、聚類分析[3]，得出當前此研究的研究熱點。通過文獻分析法了解STEAM教育融入國內中學物理教學研究的理論和實踐內容，統計STEAM 教學設計案例和創新實驗案例，掌握研究現狀，總結研究成果，為后續研究提供借鑒。

2 數據分析

2.1 發文情況分析

用CiteSpace 對導出的文獻進行發文量統計，設置時間切片為一年，將得到的數據復制到WPS 表格軟件中，繪制年度發文量統計圖。由圖1 可以看出，STEAM教育融入國內中學物理教學的研究起源于2014年，2018年后研究呈快速上升態勢，說明STEAM教育融入中學物理的研究得到越來越多學者的關注。

圖1 STEAM 融入中學物理教學年發文統計圖

2.2 關鍵詞及聚類分析

關鍵詞是文章主題內容的高度概括，分析關鍵詞可以把握該研究領域的熱點，關鍵詞的頻次反映了學者對該節點的關注程度，關鍵詞的中心度衡量該關鍵詞在研究領域內的樞紐作用[4]。用CiteSpace 對導出的文獻進行關鍵詞分析，并按頻次進行排序得到表1。通過分析可知STEAM 融入國內中學物理教學的研究熱點主要集中在“教學設計”“核心素養”“教學模式”“創新實驗”等方面。說明將STEAM教育融入中學物理教學可以提升教學質量，促進學生自主學習，培養學生學科核心素養與創新能力。

表1 高頻關鍵詞統計表

對STEAM教育融入國內中學物理教學文獻中的關鍵詞聚類生成可視化圖譜（圖2）。圖中聚類模塊值（Q 值）等于0.654 8，Q ＞0.3 意味著聚類結構顯著，平均輪廓值（S 值）等于0.901 4 大于0.7，表示聚類是高效率令人信服的[5]。除表1 中列的關鍵詞外，“校本課程”開始成為研究的熱點，說明在教育改革的背景下，很多學校通過開發STEAM 教學案例來豐富本校的校本課程，提升教學質量。

圖2 關鍵詞聚類圖

2.3 STEAM 教學設計案例與創新實驗統計

對所選文獻中的教學案例進行統計并劃分知識模塊得表2，并作出各知識模塊占比統計圖（圖3）。由表2 和圖3 可見，力與運動知識模塊的STEAM 教學案例最多，有48 例，約占62%的比重。分析原因，一方面是力與運動是物理學的基礎，此部分知識在中學物理知識體系中占比最大，涉及的實驗最多。

表2 STEAM 融入中學物理教學設計案例統計

圖3 各知識模塊占比統計圖

知識模塊 案例統計 教學設計（前三） 頻次另一方面，此部分知識STEAM 案例的教學設計較容易實施，學生易于接受。

關于凸透鏡的案例最多，有6 次。分析原因，一方面，在很多光學儀器中都有凸透鏡，與工程聯系密切，可以據此形成比較典型的STEAM 教學案例。另一方面，凸透鏡的成像規律是學生學習的難點，記憶難、理解難。通過STEAM 教學設計，學生在動手操作中將知識內化，可以達到很好的學習效果。

表3 為文獻中的創新實驗統計。通過對STEAM創新實驗的統計，可以豐富教學資源庫，為教師利用已有資源，創新開發新案例提供借鑒。可以為開辟課后物理第二課堂提供幫助，將學生從試題、試卷中“拯救”出來，通過問題教學、項目教學、興趣教學等方式提升學生動手能力、跨學科知識整合能力，充分體現學生的主體性，以達到更好的學習效果。

表3 基于STEAM 理念的中學物理創新實驗統計

3 總結與展望

1）STEAM 教育理念進入中國后產生了廣泛的影響，為我國教育改革和創新人才的培養提供了很好的可借鑒的思路，STEAM 教育已得到國內研究者的普遍認同并在中國基礎教育體系中得到廣泛推崇。

在國外研究成果基礎上進行批判吸收，建立適應中國國情的STEAM 教育理論與實踐體系任重道遠。《義務教育物理課程標準（2022年版）》出臺后，關于STEAM 教育理念融入初中物理的研究會迎來新一輪的研究熱潮并將持續下去。

2）國內STEAM 教育的師資力量還很薄弱，需建設專業STEAM 教師團隊，提升物理教師的跨學科整合能力。當前我國中學物理實驗室配套設施不足，區域資源不平衡等限制了STEAM 教育在中學的實施。

3）研究發現，STEAM教育融入中學物理可以提高學生的學習積極性，增強學生物理學習的內驅力。目前，STEAM 課程資源開發滯后，多為教師個人單獨研究，沒有形成STEAM 課程研發團隊。建立高質量、面向中學階段具有可行性的STEAM 課程資源庫，政府、社會、學校應給予有力支持。

4）需加大對力與運動以外其他知識模塊教學設計的開發。另外，需建立多元的，學前、學中、學后的三級學習質量評價體系，評測STEAM 融入物理教學的教學效果，促進STEAM 教育中國化向更深層次發展。