STEAM教育與高中物理教學的融合

【摘要】STEAM教育以培養(yǎng)學生的綜合能力為目的，強調(diào)“在做中學，在學中做”.本文以STEAM教育理念為基礎，分別從教學內(nèi)容、教學方法兩方面探究高中物理教學中融合STEAM教育的策略，以實現(xiàn)高中物理教學的多元化和實效性，提升學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實踐能力.

【關(guān)鍵詞】STEAM教育；高中物理；課堂教學

STEAM由科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學（Mathematics）五個英文單詞的首字母組成，是21世紀新興的一種教育理念［1］REF_Ref148109323＼r＼h＼*MERGEFORMAT.物理學科是研究自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運動規(guī)律等內(nèi)容的基礎學科.新課標要求培養(yǎng)學生的物理學科學核心素養(yǎng)，包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任［2］REF_Ref148109470＼r＼h＼*MERGEFORMAT，它們之間相輔相成.在高中物理教學中融入STEAM教育，是對物理課程的新解讀，是實施綜合教育的有效手段，落實新課標教學目標的有力保障.

1 STEAM教育的內(nèi)涵

STEAM的內(nèi)涵并不是簡單地將學科進行組合，而是強調(diào)學生需要運用這五門學科涉及的更全方面的知識來分析和解決實際問題，并從中習得解決問題的知識綜合運用能力，同時提升綜合素養(yǎng)［1］REF_Ref148109323＼r＼h＼*MERGEFORMAT.高中物理教學中融入STEAM教育，探索一種跨學科的物理教學模式，以STEAM教育理念為主線，分別從科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學五個方面展開，整合五門學科內(nèi)容，滲透各科知識，將STEAM教育理念更好地融入高中的物理課程中.

2 高中物理教學中融合STEAM教育的策略

2.1 STEAM教育與高中物理教學內(nèi)容的融合

教師在教學中要充分研究物理教材內(nèi)容，并將物理知識與STEAM教育有效融合，關(guān)鍵在于找到切實可行的方法，以激發(fā)學生的興趣和培養(yǎng)跨學科思維.首先應仔細研究課程教材，理解其中包含的物理概念、原理和實驗內(nèi)容，確定與STEAM教育相關(guān)的主題，有意識地尋找物理教材中與科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學相關(guān)的內(nèi)容.教師可以引導學生開展跨學科的項目，將物理與其他學科的知識結(jié)合起來，培養(yǎng)學生的技術(shù)、工程和數(shù)學能力.同時，還可以將藝術(shù)的元素融入物理教學中，讓學生用藝術(shù)的方式表達他們對物理概念的理解，幫助學生從不同的角度理解物理，培養(yǎng)他們的藝術(shù)和文學素養(yǎng)［3］REF_Ref148131949＼r＼h＼*MERGEFORMAT.

2.2 高中物理與STEAM教育教學活動的整合

教學活動是以STEAM教育為主線，以項目式學習為主，教學活動成為連接各個學科的紐帶.STEAM項目學習要求學生具有批判性的思維并且要善于分析所遇到的問題，強化更高水平思維技能.該學習方式要求學生團隊協(xié)作、積極溝通、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并將科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學融入整個教學活動中.

科學學習包括指導老師對教學課程的科學內(nèi)容概要解析，明確學的目標和方向.同時，學生以小組探討方式討論課程中所需要用到的科學知識，要求小組成員各抒己見、總結(jié)梳理.

要真正完成一件作品，技術(shù)是不可或缺的.技術(shù)素養(yǎng)主要體現(xiàn)在學生如何解決問題的能力，探索解決問題的途徑.在教學活動中，讓學生思考在這次教學活動中可能需要應用的技術(shù)，通過共同討論和分析，匯集多方的見解，以形成更全面的想法.

工程可以視為科學的應用，通過這一應用，將自然界的物質(zhì)和能源的屬性應用于各種結(jié)構(gòu)、機器、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程中，以最短的時間、最少的資源和人力，制造出高效、可靠且對人類有用的成果.它將分散的組成元素連接在一起，并賦予它們活力，以呈現(xiàn)出完整的視覺體現(xiàn).工程設計（Engineering design）是將科學與數(shù)學原理系統(tǒng)地、創(chuàng)造性地用于時間的結(jié)果.STEAM教育通過創(chuàng)建工程情境，并在項目實施過程中介紹工程設計流程，將工程作為一個學科領(lǐng)域引入項目式教學中，以幫助學生更好地理解工程、掌握工程設計流程，并培養(yǎng)工程思維.

在生活中，科技與人文藝術(shù)已經(jīng)密不可分，甚至起到至關(guān)重要的作用，而STEAM教育正在作出強有力的詮釋，科技與藝術(shù)的有機融合為實現(xiàn)藝術(shù)創(chuàng)造價值提供了現(xiàn)實的路徑.在實踐過程中能夠最大限度地發(fā)揮自己的藝術(shù)天賦，這正是藝術(shù)素養(yǎng)的體現(xiàn).設計過程中學生可以進行探討合作性的學習，一同交流思想，讓藝術(shù)的火花在探討聲中迸發(fā)出來.

數(shù)學素養(yǎng)就是通過逐漸積累各種數(shù)學知識，最終在解決實際問題時得以體現(xiàn)出來的一種方式.數(shù)學素養(yǎng)是STEAM教育的基礎，技術(shù)深入、工程論證、科學推理和建模，都需要數(shù)學作為基礎［4］REF_Ref148130996＼r＼h＼*MERGEFORMAT.

2.3 高中物理與STEAM教育教學方法的整合

PBL（Problem-Based Learning）教學法是一種以問題為導向的教學方法，適合于STEAM教育和高中物理教學的融合.學生通過自主思考和小組合作，解決實際問題，達到理論與實踐相結(jié)合的目的［5］REF_Ref148131581＼r＼h＼*MERGEFORMAT.在高中物理教學中，教師可以運用PBL教學法，引導學生解決實際生活中的物理問題，培養(yǎng)他們的解決問題能力和實踐技能.此外，教師還可以利用各種科技手段，如計算機仿真、科技實驗等，使學生更加深入地理解物理理論，同時也能提高學生的實踐能力.通過創(chuàng)新實驗教學的方式，將物理實驗與科學、技術(shù)和工程等方面的知識整合在一起.

2.4 高中物理實驗與STEAM教育教學方法的整合

首先，高中物理實驗與STEAM教育的整合可以幫助學生建立跨學科的視野.通過物理實驗，學生可以在操作中獲得直觀的感受，深入理解其物理原理，并通過實驗設計和數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)培養(yǎng)其科學研究的思維.同時，STEAM教育注重跨學科知識的整合，將科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學融合在一起，使學生在學習物理的同時，能夠接觸到其他領(lǐng)域的知識，形成更為完整的學習體系，有利于拓寬學生的學科視野.

其次，高中物理實驗與STEAM教育的整合有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力.實驗是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和動手能力的重要途徑，而STEAM教育則強調(diào)學生在實際問題解決中的創(chuàng)新能力.將物理實驗與STEAM教育相結(jié)合，可以通過設計開放性、探究性的實驗題目，引導學生自主設計實驗方案、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果并提出解決方案，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力.

再者，高中物理實驗與STEAM教育的整合有助于提高學生的團隊合作能力.在實驗過程中，學生需要相互合作，共同完成實驗任務，這有助于培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神和溝通能力.而STEAM教育注重跨學科整合，倡導學科之間的交叉融合和團隊合作.因此，將物理實驗與STEAM教育有機結(jié)合，可以鼓勵學生在實驗設計、數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)進行團隊合作，培養(yǎng)學生的團隊精神和協(xié)作能力.

最后，高中物理實驗與STEAM教育的整合對學生的綜合素養(yǎng)提升具有重要意義.通過實驗，學生能夠加深對物理學知識的理解，培養(yǎng)實驗探究的能力；而STEAM教育則注重將所學知識應用于實際問題的解決，并通過項目式學習等形式，培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng).因此，將物理實驗與STEAM教育相結(jié)合，有助于提升學生的科學素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、團隊合作能力和實踐能力，全面提高學生的綜合素養(yǎng)水平.

2.5 案例描述

在物理課程中，引導學生設計和制作一輛太陽能汽車模型，結(jié)合STEAM教育的跨學科特點，讓學生在設計、制作、測試過程中融入科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學的元素.具體步驟：

研究階段：學生團隊展開研究，了解太陽能原理、電動汽車構(gòu)造等相關(guān)知識，確定設計方向.

設計階段：學生根據(jù)研究成果，進行太陽能汽車的設計，包括車身結(jié)構(gòu)、太陽能電池板安裝位置、電動機連接等，同時考慮車輛外觀設計，加入藝術(shù)元素.

制作階段：學生團隊按照設計圖紙，收集所需材料，制作太陽能汽車模型，并安裝太陽能電池板、電動機等部件.

測試階段：學生測試太陽能汽車在不同光照條件下的性能表現(xiàn)，記錄數(shù)據(jù)并分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)問題并進行改進.

展示階段：學生展示他們設計制作的太陽能汽車，向同學和老師介紹設計理念、制作過程以及測試結(jié)果，展示團隊合作能力和創(chuàng)新思維.

科學（Science）：通過實驗階段的探索光電效應，學生深入了解光子能量、光電效應規(guī)律等物理概念，并分析實驗數(shù)據(jù)，應用科學知識解釋實驗結(jié)果.

技術(shù)（Technology）：在設計和制作階段，學生利用數(shù)字藝術(shù)軟件進行創(chuàng)作，并使用自制的光電傳感器裝置進行實驗.

工程（Engineering）：學生在設計階段需要制作自制光電傳感器裝置，并在實驗階段進行數(shù)據(jù)收集和分析，這需要學生運用工程思維解決問題、進行模型制作和實驗設計等工程過程.

藝術(shù)（Art）：學生在創(chuàng)作階段運用數(shù)字藝術(shù)軟件創(chuàng)作光電效應相關(guān)的數(shù)字藝術(shù)作品.

數(shù)學（Mathematics）：在實驗階段，學生需要測量和記錄不同光強條件下的光電效應數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)分析.

通過融入這些STEAM元素，學生在實驗中不僅探索了物理原理，還運用技術(shù)工具進行創(chuàng)作，運用工程思維解決問題，展示藝術(shù)創(chuàng)作和數(shù)學數(shù)據(jù)分析能力.這樣的綜合性學習體驗可以激發(fā)學生的創(chuàng)造力和實踐能力，培養(yǎng)學生的跨學科思維和創(chuàng)新能力.

3 結(jié)語

STEAM教育對物理教學的深化有積極的影響.物理學科的知識點繁雜，STEAM教育倡導的跨學科學習有助于學生在多元化的情境中理解和應用物理知識，提高他們對物理規(guī)律的認識.強調(diào)創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)，這與高中物理教學的教學目標高度契合.通過項目式學習，學生能在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力，提高物理教學的實效性［6］REF_Ref148131331＼r＼h＼*MERGEFORMAT.STEAM教育在高中物理教學中的應用有助于提升學生的科學素養(yǎng).在STEAM教育中，學生不僅需要理解和掌握物理知識，還需要運用這些知識解決實際問題，培養(yǎng)他們的科學精神和批判性思維，實現(xiàn)高中物理教學的多元化和實效性，提升學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實踐能力.

參考文獻：

［1］周玉榮.基于STEAM教育的高中物理教學設計研究［D］.開封：河南大學，2022.

［2］于琪.利用WISE平臺對線上教學環(huán)境下探究式教學的實踐探索［J］.中學物理，2023，41（06）：61-65.

［3］劉曉玲.美國中小學如何開展STEAM教育［J］.福建教育，2018（15）：35-37.

［4］杜娟，臧晶晶.STEM教育視野下小學低年級智能機器人教學模式研究［J］.中小學信息技術(shù)教育，2014（05）：52-54.

［5］擺玉龍，孫洪陽，賈金元.STEAM教育理念下的電子科學項目教學研究［J］.教育文化論壇，2018，10（05）：68-73+81.

［6］周啟福.高效課堂：高中生物課堂練習優(yōu)化設計［J］.中國教師，2011（S2）：34-35.