基于STEAM教育理念的初中物理課程創(chuàng)新與案例設(shè)計

楊珍珂 賈偉堯

摘 要：在物理課堂中，培養(yǎng)學(xué)生聚焦問題、解決問題、延伸問題的能力，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體至關(guān)重要。本文以STEAM教育理念為初中物理課程改革的切入點(diǎn)，對課堂教學(xué)模式提出了一些創(chuàng)新的設(shè)計方法。并以“針管液壓智能機(jī)械手臂制作”為具體設(shè)計案例，詳盡地闡述了如何利用STEAM理念進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理念；課程改革；初中物理；案例設(shè)計

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）3-0021-3

2015年度的《地平線報告》指出，在基礎(chǔ)教育活動中深化多學(xué)科的整合式學(xué)習(xí)能高效地促進(jìn)教育創(chuàng)新改革。自上世紀(jì)末期，美國教育學(xué)界提出了將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等學(xué)科在教學(xué)實(shí)踐中整合成以新技術(shù)為載體的創(chuàng)新型教育理念，即STEAM教育理念[1]。本文以STEAM教育理念為切入點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際教學(xué)案例，探討如何利用STEAM教育理念對初中物理課程進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計。

1 初中物理教學(xué)現(xiàn)存的主要問題及改革目標(biāo)

初中物理課堂順應(yīng)發(fā)展要求已積極進(jìn)行改革，但在教學(xué)實(shí)踐中仍存在著學(xué)生對新知識遷移、創(chuàng)新能力不強(qiáng)，在課堂上主動性不足等問題。新的課程改革重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀念與人文素養(yǎng)，但目前大多數(shù)課堂仍只重視知識的傳承，而忽視了全面深入落實(shí)物理課程的三維目標(biāo)。想要強(qiáng)化學(xué)生的遷移和創(chuàng)新能力，需要創(chuàng)設(shè)生活化的情境拓寬學(xué)生思維；想充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，需要注意在課堂設(shè)計中明確學(xué)生的主體地位。

2 STEAM教育理念

STEAM教育強(qiáng)調(diào)課堂設(shè)計的延展性，旨在開發(fā)學(xué)生潛在的遷移、創(chuàng)新能力，在課堂上以學(xué)生為主體，旨在培養(yǎng)未來能夠主導(dǎo)各行業(yè)發(fā)展的綜合性人才?？茖W(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)這五個相互獨(dú)立卻彼此關(guān)聯(lián)的學(xué)科是科技的基礎(chǔ)，是高素質(zhì)創(chuàng)新性人才必備的核心技能。因此，STEAM教育理念作為一劑催化劑可用于課堂教學(xué)，以加速基礎(chǔ)教育課程改革的進(jìn)程。目前，中小學(xué)STEAM教育課程已走進(jìn)我國清華附中、浙大附中等60多所著名中小學(xué)[1]。

3 依托STEAM教育理念的物理課程改革

開發(fā)和設(shè)計具有學(xué)科特色的STEAM課程是踐行STEAM整合教育理念的關(guān)鍵，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新科技素養(yǎng)、落實(shí)課程改革提供了有效的途徑。由美國國際技術(shù)與工程教育學(xué)會提出的“6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式” [2]，結(jié)合了“科學(xué)探究”的思維和“工程設(shè)計”的實(shí)踐，讓學(xué)生洞察真實(shí)情境中的問題，整合跨學(xué)科知識，為整合性課程開發(fā)提供了精準(zhǔn)的課程教學(xué)流程?！?E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式”可劃分為六個遞進(jìn)的學(xué)習(xí)階段，它們的簡要說明及關(guān)系如圖1所示[3， 4]。

4 基于STEAM教育理念的初中物理教學(xué)案例設(shè)計

教科版八年級下冊物理教材第九章第3節(jié)中的“發(fā)展空間”簡要介紹了液壓技術(shù)，并要求學(xué)生查閱圖書館資料或查詢互聯(lián)網(wǎng)對該技術(shù)進(jìn)行了解。學(xué)生通過課下學(xué)習(xí)對該技術(shù)有了初步了解，但認(rèn)識普遍比較淺顯。為加深學(xué)生對液壓技術(shù)的認(rèn)知，我們以STEAM教育模式，設(shè)計了“針管液壓智能機(jī)械手臂制作”的教學(xué)案例[5]。

4.1 教學(xué)資源與器材

多媒體教學(xué)設(shè)備、視頻資源“靈敏機(jī)械操縱傳動系統(tǒng)在快遞產(chǎn)業(yè)分揀郵件的應(yīng)用”、安裝有簡單繪圖軟件的學(xué)生電腦、60 mL注射器、彩色墨水、橡膠管、厚紙板、試管夾、細(xì)木棒、強(qiáng)力手工膠、剪刀、直尺。

4.2 項目選擇與確定（吸引、摸索階段）

教師播放液壓技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的視頻作為課堂引入，營造具有生活化的真實(shí)學(xué)習(xí)情境。引導(dǎo)學(xué)生探索情景問題，并提出模型制作任務(wù)[6]。學(xué)生以小組為單位合作設(shè)計制作方案，確定制作所需材料及工具，利用畫圖軟件繪制模型簡易結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。

4.3 構(gòu)想展示與修改（說明階段）

教師結(jié)合學(xué)生的實(shí)際設(shè)計情況結(jié)構(gòu)化講解涉及的概念知識，填補(bǔ)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)上的空缺。通過追問的方式引導(dǎo)學(xué)生組內(nèi)討論、交流找到設(shè)計構(gòu)想的不足，并幫助學(xué)生解決問題，完善每組的設(shè)計方案。各學(xué)習(xí)小組上臺從設(shè)計原理、外觀造型、制作工藝等方面詳細(xì)闡述設(shè)計構(gòu)想；小組間交流設(shè)計方案，提出問題。

4.4 設(shè)計方案實(shí)施（建造階段）

教師在小組制作過程中及時解決學(xué)生實(shí)踐動手操作過程中的疑問，指引學(xué)生在方案實(shí)施階段安全使用機(jī)械工具，高質(zhì)量地完成項目制作。各學(xué)習(xí)小組利用準(zhǔn)備好的材料及工具，依照修改后的制作方案，運(yùn)用STEAM各學(xué)科整合觀點(diǎn)，制作針管液壓智能機(jī)械手臂裝置。

4.5 評價與優(yōu)化（評估階段）

各小組展示操控該裝置抓取物品（圖2為某學(xué)生作品）。教師從開發(fā)學(xué)生潛在的遷移、創(chuàng)新能力角度出發(fā)對各組作品提出改良建議。各小組進(jìn)行自我評價和組間評價，并根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果、結(jié)合改良建議再次優(yōu)化模型。將各組設(shè)計模型在網(wǎng)絡(luò)平臺上進(jìn)行展示并發(fā)起投票。

4.6 拓展延伸（延伸階段）

教師提升裝置制作難度：為提高機(jī)械的工作效率，將裝置機(jī)械手臂的數(shù)量增加至多條。提出拓展問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識和技能的遷移，以應(yīng)對在新情境下的新問題。學(xué)生在新情境下對原設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)，考慮液壓部分的結(jié)構(gòu)和裝置整體的穩(wěn)定性設(shè)計。

5 結(jié) 語

為創(chuàng)新開發(fā)初中物理課程，將STEAM教育理念與教育改革融會貫通，將現(xiàn)代教育技術(shù)融入到日常教學(xué)活動中去，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個跨多學(xué)科的學(xué)習(xí)背景，培養(yǎng)學(xué)生動手能力的同時，拓展他們的知識范圍，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

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