基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展的內(nèi)涵和價值研究

馬兵

［摘 要］基于初中物理實驗教學現(xiàn)狀，結(jié)合初中物理實驗教學對 STREAM教育進行本土化解讀，探索基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展的內(nèi)涵和價值。

［關(guān)鍵詞］STREAM教育理念；初中物理；實驗拓展；內(nèi)涵；價值

［中圖分類號］??? G633.7??????? ［文獻標識碼］??? A??????? ［文章編號］??? 1674-6058（2024）14-0047-03

調(diào)查顯示，江蘇省初中物理學生分組實驗的開設(shè)率不足60%。初中物理學生分組實驗開設(shè)率低的原因主要體現(xiàn)在以下兩個層面：一是認識層面：將初中物理探究式教學泛化、固化和窄化；采取“滿堂動”“滿堂問”的教學方式；讓學生程式化地理解科學探究的七個步驟；滿足于書本知識的獲得，忽視科學探究的多樣性；將科學探究簡單地等同于做實驗，不去引導(dǎo)學生對實驗進行拓展以及進行深度學習。二是操作層面：無序設(shè)計與低效組織實驗活動；講授過多和機械刷題。在這樣的教學觀下，初中物理實驗教學只是開展知識層面的演示實驗和少量的學生實驗，學生鮮有經(jīng)歷科學探究和深度學習的機會。

初中物理探究教學的本質(zhì)是以實驗為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學生的思維能力為核心，以創(chuàng)設(shè)問題情境為切入點，以提升學生的實踐探究能力為重點，以問題鏈的方式引導(dǎo)學生學習進階，從而培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)，發(fā)揮物理學科的育人功能。

基于STREAM教育理念進行初中物理實驗拓展，能有效解決上述問題以及發(fā)揮探究教學的功能。下面筆者就基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展的內(nèi)涵和價值談?wù)勔恍┱J識和體會。

一、“基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展”的整體界定

依據(jù)《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》和初中生的現(xiàn)有水平及認知規(guī)律，以STREAM教育理念為指導(dǎo)，對初中物理實驗進行適當?shù)耐卣梗苁钩踔形锢韺嶒炌卣辜葋碓从诮滩挠殖浇滩摹＝處熆梢愿鶕?jù)核心素養(yǎng)目標的達成要求和物理學習內(nèi)容，從STREAM教育涉及的科學、技術(shù)、閱讀與寫作、工程、藝術(shù)、數(shù)學要素中選取一種或多種要素融入初中物理實驗，對初中物理實驗進行拓展。在實驗拓展的過程中，學生收集閱讀資料，明確實驗中的問題，熟悉實驗操作規(guī)范和技巧，進行數(shù)據(jù)分析處理，藝術(shù)美化實驗現(xiàn)象或結(jié)果，全面準確地表達實驗報告，將STREAM教育中的科學、技術(shù)、閱讀與寫作、工程、藝術(shù)、數(shù)學的思維技巧融為一體。基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展，以整合的方式讓學生掌握知識和技能，并能靈活遷移應(yīng)用知識解決實際問題，從而拓寬學生的知識面，提升學生的關(guān)鍵能力，培養(yǎng)學生的高階思維。

二、“基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展”的內(nèi)涵

（一）對“初中物理”的認識

首先，初中物理學習促進學生的全面發(fā)展。在新課標下，初中物理課程不僅注重知識的傳授和技能的訓練，注重引入物理科學的新成就及其對人類文明的影響等，還重視對學生終身學習能力、科學探究能力、創(chuàng)新意識以及科學精神的培養(yǎng)。初中物理課程注重讓學生經(jīng)歷從自然到物理、從生活到物理的認識過程和基本的科學探究實踐過程，注重與其他學科的融合，可促進學生的全面發(fā)展。

其次，初中物理學習培養(yǎng)學生的科學思維。初中是學生正式開始系統(tǒng)學習物理的起始階段，初中物理課程不是讓學生單純地學習物理知識，而是讓學生通過學習掌握一定的物理學習方法、物理思維、物理思想等。教師通過讓學生經(jīng)歷提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂計劃、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作等科學探究環(huán)節(jié)，引領(lǐng)學生從物理知識的學習走向物理思維的歷練，涵養(yǎng)學生勇于探索、追求真理的科學精神，讓學生在思想交流、交融、交鋒中提高語言表達能力和交流溝通能力，從而培養(yǎng)學生的科學思維，提升學生的綜合素質(zhì)。

再次，初中物理學習激發(fā)學生的學習興趣。初中物理貼近學生生活，符合學生的認知特點。初中物理教學中，教師應(yīng)基于初中生好奇心強、形象思維占主導(dǎo)等生理和心理特征，有目的地引導(dǎo)學生在生活中觀察發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、總結(jié)物理知識、揭示物理規(guī)律、運用物理知識，激發(fā)學生的探索興趣，培養(yǎng)學生良好的思維習慣和初步的科學實踐能力，落實“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。

最后，初中物理是銜接小學科學和高中物理的橋梁。初中物理知識不是無基礎(chǔ)的新知識，在小學階段學生就開始接觸物理了，只不過限于小學生的認知水平，小學階段將物理、生物、化學、地理等學科組合成科學學科，注重引導(dǎo)學生觀察生活中的科學現(xiàn)象，并進行簡單的探究分析。高中物理是在初中物理的基礎(chǔ)上做進一步深化和進行更嚴謹?shù)目茖W探究，其表現(xiàn)是側(cè)重于高階思維的培養(yǎng)。

（二）對“實驗拓展”的認識

首先是對實驗的認識。對剛剛學習物理的初中生來說，有些物理概念和理論是比較抽象的，而物理實驗?zāi)苡行椭鷮W生建構(gòu)物理概念和理論，加深學生對物理概念和理論的理解。

實驗拓展是指在學生已經(jīng)掌握實驗原理的基礎(chǔ)上，讓學生對實驗的設(shè)計方案進行再優(yōu)化，對實驗內(nèi)容進行再深化。

本研究的“實驗拓展”不是將初中物理知識“改頭換面”后再進行所謂的拓展，而是基于學生的發(fā)展需要，源于教材又超越教材，從學習進度（定性研究）、知識深度（定量研究）、真實情境（知識向能力轉(zhuǎn)化）三個維度（如圖1）進行拓展，以發(fā)展學生的高階思維，培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)。

[真實情境

（知識向能力轉(zhuǎn)化）][知識深度

（定量研究）][基于學生發(fā)展需要，源于教材又超越教材][學習進度

（定性研究）]

圖1 實驗拓展

“學習進度”維度的實驗拓展是基于教材的教學安排進行的；“知識深度”維度的實驗拓展是基于物理知識的深度挖掘而進行的，主要對實驗中發(fā)現(xiàn)的新問題、實驗規(guī)律的定量關(guān)系等做進一步的研究；“真實情境”維度的實驗拓展是基于真實情境的實驗發(fā)散性拓展，不拘泥于傳統(tǒng)教材、實驗器材、設(shè)計方案，將探究實驗置于真實的情境中，要求學生能抓住主要矛盾，能區(qū)分干擾因素，能將實際問題抽象成知識模型，進而借助已經(jīng)掌握的學科知識和具備的能力，對知識模型進行有效應(yīng)用，使知識內(nèi)化為能力。另外，讓學生親身經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)和解決問題的過程，挖掘更多、更全面的知識，建立完整的知識體系。

（三）對“STREAM”的認識

“STREAM”包含Science，Technology，Reading/Writing，Engineering，Art，Mathematics，是由STEAM增加了Reading/Writing而得。STREAM教育是集科學、技術(shù)、閱讀與寫作、工程、藝術(shù)、數(shù)學的思維技巧于一體的綜合教育，體現(xiàn)了跨學科、藝術(shù)性、體驗性、情景性、協(xié)作性、設(shè)計性、學習性等特征，代表著知識的契合、融合和聯(lián)合。

從知識的系統(tǒng)性來看，任何知識都不是獨立存在的，有的知識有著前后的邏輯關(guān)系，有的知識在相應(yīng)的情境或項目中相互聯(lián)系，有的知識雖然在邏輯關(guān)系或知識上沒有關(guān)聯(lián)，但在研究或理解的方法與思維上有著共同的特征。知識之間的各種關(guān)聯(lián)有效促進了知識的深度理解，促進了知識及學習方法的遷移，促進了科學思想的生成。綜合地對相關(guān)知識進行關(guān)聯(lián)性立體架構(gòu)，能讓學生形成自己的知識體系，并影響著學生后續(xù)的學習。因此，進行融合性學習能有效促進學生知識系統(tǒng)的不斷完善。

本研究中的STREAM定位為物理學科項目化學習，其核心是STEM，即基于初中生的物理學習需要選擇一個物理核心知識進行項目化學習設(shè)計，強調(diào)知識的完整性和系統(tǒng)性。以閱讀與寫作、藝術(shù)的加入來加強與優(yōu)化學習過程中的輸入和輸出，其中閱讀的功能是強化輸入，利用學習環(huán)境的開放性、學習資源的海量性以及學習過程的復(fù)雜性，提供情報資料以加大學生的知識儲備和拓寬學生的視野，為學生提供學前幫助，增強學生的學習信心。寫作和藝術(shù)是對輸出的優(yōu)化，學習效果方面除通過練習題進行呈現(xiàn)外，還可以讓學生自行選擇其他呈現(xiàn)方式，如小制作、小發(fā)明及物理現(xiàn)象的藝術(shù)化呈現(xiàn)等。如此，圍繞初中物理的核心知識引導(dǎo)學生進行項目化學習，能讓學生建立知識體系，發(fā)展關(guān)鍵能力，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

（四）對STREAM和初中物理實驗拓展關(guān)系的把握

本研究不是直接照搬國外的STEAM教育，而是結(jié)合初中物理實驗教學對STREAM教育進行本土化解讀。根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》和初中生的現(xiàn)有水平及認知規(guī)律，以STREAM教育理念為指導(dǎo)，對初中物理實驗進行適當?shù)耐卣埂Ｆ浠驹瓌t是基于課程標準，源于教材又超越教材。

基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展具體分為微觀、中觀和宏觀三個層次（如圖2）。

圖2 基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展的三個層次

基于STREAM教育理念開展初中物理實驗拓展，將問題實驗化、將實驗實踐化、將實驗生活化等，能豐富學生的學習活動，讓“玩實驗·學物理”成為物理學習的主旋律，從而將枯燥的習題訓練轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌騽邮帧幽X的實驗探究，有效避免習題課和復(fù)習課的“炒冷飯”和“題海戰(zhàn)”，豐富學生的學習過程，激發(fā)學生的學習興趣和自主性，培養(yǎng)學生良好的思維品質(zhì)，落實“以生為本”的教學理念。

三、“基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展”的價值

（一）破解教學難題，落實物理課程標準

基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展，將“經(jīng)歷科學探究過程，具有初步的科學探究能力，樂于參與和科學技術(shù)有關(guān)的活動，有運用科學研究方法的意識”設(shè)為主要目標之一，改變學科本位和知識中心傾向，以學生物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成為標準；注重優(yōu)化物理課程內(nèi)容，把物理課程內(nèi)容的情境性、探究性、批判性、反思性、建構(gòu)性提到重要位置，且遵循學生身心發(fā)展規(guī)律，創(chuàng)新物理課程內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，注重教學方式的多樣化和特色化；讓學生深入探尋物理知識的本質(zhì)并創(chuàng)造性地運用物理知識。由此，基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展，可以破解教學難題和落實物理課程標準。

（二）克服知識的片面零碎，建立完整知識體系

基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展，可以利用學習環(huán)境的開放性、學習資源的海量性，為學生提供更多的學習實踐機會，讓學生在“實踐—認識—再實踐—再認識”中升華能力，使學生的學習生活化、信息化、實踐化。教師可以整合的方式讓學生掌握知識和技能，學會跨學科運用知識解決實際問題。此外，還可以拓展學習內(nèi)容，強化學習方法和手段，使學生能將各個知識點有效地連接起來，形成完整的知識體系。

（三）發(fā)展核心素養(yǎng)，實現(xiàn)學科育人價值

基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展，能培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)，使學生逐步形成正確的價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。物理核心素養(yǎng)的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面，充分凝結(jié)了物理學科知識的本質(zhì)、特定的學科思想、問題的解決方法，以及學習者在具體學科領(lǐng)域所應(yīng)具備的能力。教師通過引領(lǐng)學生從物理知識的學習走向物理思維的歷練，涵養(yǎng)學生勇于探索、追求真理的科學精神，讓學生在思想的交流、交融、交鋒中提高語言表達能力和交流溝通能力，有效發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，實現(xiàn)物理學科的育人價值。

綜上所述，基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展，其本質(zhì)就是以“育人”為目標來促進學生的發(fā)展。教師可以根據(jù)物理學科特點、學段特點和學生的發(fā)展需求，創(chuàng)設(shè)真實情境，引導(dǎo)學生在真實情境中應(yīng)用知識解決問題，并感受學習的樂趣和意義；可以通過搭建學習支架、提供資源支持、設(shè)計挑戰(zhàn)性任務(wù)等方式，引領(lǐng)學生持續(xù)深入地參與學習活動，讓學生在完成挑戰(zhàn)性任務(wù)的過程中實現(xiàn)“知行合一”，使學生的學習更具主動性、連續(xù)性、完整性，促進學生全面發(fā)展。

［?? 參?? 考?? 文?? 獻?? ］

[1]? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標準：2022年版［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

（責任編輯 黃春香）

［基金項目］本文系江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃課題“基于STREAM教育理念的初中物理實驗拓展研究”（課題編號：D/2020/02/268）的研究成果。