試論從物理學(xué)科教育走向STEAM融合教育

王健源

[摘 要]物理教學(xué)不僅要注重傳授物理基礎(chǔ)理論知識，還要注重提升物理綜合能力，更要注重培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。在這些教學(xué)目標(biāo)的指引下，中學(xué)物理學(xué)科教育必須走向STEAM融合教育，融合教育中應(yīng)包含探究式理念，并且要進行跨學(xué)科重構(gòu)，還要以交互式活動為載體。

[關(guān)鍵詞]中學(xué)物理;學(xué)科教育;STEAM融合教育

物理學(xué)科教學(xué)與人們?nèi)粘Ｉ畹穆?lián)系甚是密切，所以，隨著人類社會進入了人工智能時代，物理學(xué)科教學(xué)也需有所創(chuàng)新，方能更好地適應(yīng)時代的變遷以及學(xué)生的成長需求。

一、物理教學(xué)要適應(yīng)時代變化

最初STEAM還是STEM，代表著科學(xué)、技術(shù)、工程以及數(shù)學(xué)，是這四個概念的英文單詞首字母，重在通過這幾門學(xué)科的融合教育，培養(yǎng)新型的科技人才，后來人們又在該教育體系中融入了藝術(shù)教育，即Arts，實現(xiàn)了由STEM到STEAM的轉(zhuǎn)變?；诖?，STEAM模式下的融合教育具備四個特征：一是面向未來;二是重視課程體系與教學(xué)體系的重構(gòu);三是強調(diào)跨領(lǐng)域教育;四是強調(diào)創(chuàng)新與實踐。STESM式的融合教育，雖是美國政府實現(xiàn)未來教育的重要途徑，但隨著其設(shè)想的完善和體現(xiàn)出的應(yīng)用價值，也逐漸被其他國家所借鑒，成為教育創(chuàng)新的一種新方式。

其實，在物理學(xué)科中，STEAM式的融合教育也并非是一個新概念，因為在中學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中就有STS（即科學(xué)、技術(shù)和社會）的理念，所以，這種融合教育也可以說是STS理念在步入智能時代之后的具體化。根據(jù)STS理念，物理教育既要實現(xiàn)知識傳授與知識運用的雙重目標(biāo)，還要讓學(xué)生認識到科學(xué)知識在實際運用中存在的“雙刃性”，也就是科學(xué)知識運用兼具有益、有害兩種特性，在此基礎(chǔ)上理解科學(xué)、社會以及技術(shù)三者之間的關(guān)系。另外，STS教育雖然在倡導(dǎo)物理教育的適應(yīng)性，但是如何適應(yīng)環(huán)境變化，卻一直沒有提出具有可行性的措施。在這方面，STEAM式融合教育具備先進性，不僅明確指出了教育改革的方向，對于學(xué)習(xí)模式也有詳細的闡述，也是問題驅(qū)動或是項目驅(qū)動。因此，未來中學(xué)物理學(xué)科教學(xué)應(yīng)當(dāng)逐步走向STEAM類型的融合教育。

以往的中學(xué)物理教學(xué)多偏向于基礎(chǔ)理論知識的傳授，而很少關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實驗?zāi)芰托畔⒓夹g(shù)水平。鑒于此，在進行STEAM式融合教育的時候，課程體系與教學(xué)方法都應(yīng)借助該教育理念進行創(chuàng)新。為了培養(yǎng)具備良好適應(yīng)能力的創(chuàng)新人才，還應(yīng)通過教學(xué)活動幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐步樹立科學(xué)觀念，讓學(xué)生具有物理思維能力、實驗?zāi)芰Α⑻骄磕芰?，具有科學(xué)責(zé)任、科學(xué)精神以及科學(xué)習(xí)慣等物理學(xué)科素養(yǎng)。

二、信息技術(shù)與物理教學(xué)的整合研究

信息技術(shù)與中學(xué)物理教學(xué)的整合，一共經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段。

第一，網(wǎng)絡(luò)主題探究階段。該階段的核心特點便是采取了“Web Quest”類型的教學(xué)模式。其中，“Web”代表著“網(wǎng)絡(luò)”，“Quest”代表著“尋求”和“調(diào)查”，所以“Web Quest”意味著“專題調(diào)查”。此模式包括六大組成部分，即任務(wù)、資源、引言、過程、評價以及結(jié)束語。在這一階段，探究活動主要依托于互聯(lián)網(wǎng)展開，而探究主題多選自物理教材中的延伸拓展內(nèi)容。

第二，融合教育階段。隨著網(wǎng)絡(luò)手段的普及與應(yīng)用，人們的認識有了深化，既認識到片面強調(diào)主題探究學(xué)習(xí)的不足，也發(fā)現(xiàn)在此階段的輔助下教學(xué)需求基本得以滿足，所以，人們開始探索教育的新模式，也即STEAM式融合教育。在此階段中，人們開始重視教師的主導(dǎo)作用，并且部分物理教師也開始嘗試將數(shù)字化工具添加在一些重點內(nèi)容中，用以增強數(shù)字化環(huán)境與師生間的合作性與互動性，如在物理學(xué)科教學(xué)中使用交互式電子白板輔助教學(xué)重難點內(nèi)容等。從實踐來看，STEAM式的融合教育的確對學(xué)生大有裨益。除此之外，信息技術(shù)與中學(xué)物理教學(xué)的整合，也使得教學(xué)理念產(chǎn)生了變化，實現(xiàn)了由“教”到“學(xué)”的轉(zhuǎn)變，也即教學(xué)改革的重心轉(zhuǎn)移到了如何借助互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境達到個性化教學(xué)的目的。隨著科技的創(chuàng)新與發(fā)展，在這一階段涌現(xiàn)出多種輔助技術(shù)，如3D打印技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及移動互聯(lián)設(shè)備等，使教學(xué)形式更加多樣化。教師可以以微課為載體，利用微視頻向?qū)W生傳授知識，學(xué)生則可以根據(jù)自己的實際學(xué)習(xí)需求，選擇適合自己學(xué)習(xí)的視頻進行觀看與學(xué)習(xí)，這就打破了傳統(tǒng)教學(xué)的時空限制，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)成為了現(xiàn)實。

三、融合教育的創(chuàng)新之道

結(jié)合中學(xué)物理學(xué)科的特點開展融合教育，走創(chuàng)新之路，是以探究式學(xué)習(xí)理念為引領(lǐng)，落實STEAM式融合教育所具有的重構(gòu)性、跨學(xué)科性、創(chuàng)新性以及實踐性內(nèi)涵，最終以核心素養(yǎng)的培養(yǎng)達到增強學(xué)生物理學(xué)科能力的目的。

首先，融合教育中應(yīng)包含探究式理念。所有生物在趨利避害時使用的一項本能便是探究，人類在適應(yīng)一個陌生環(huán)境時也會進行探究式學(xué)習(xí)，而探究式學(xué)習(xí)其實就是學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索方法。因此，在中學(xué)物理教學(xué)中，必須在探究式理念的指引下選擇適合的教學(xué)方法，深入開展教學(xué)活動。例如，在學(xué)習(xí)光的直線傳播時，教師可以先進行課前導(dǎo)入，通過播放課件、組織游戲等，導(dǎo)入教學(xué)問題：光現(xiàn)象產(chǎn)生的方法是什么？然后將這一問題進行分解，劃分為傳播條件、光源等子問題，最后再以發(fā)散提問或聚合總結(jié)的形式，對這一知識點做“收尾”教學(xué)。

其次，需要進行跨學(xué)科重構(gòu)。受經(jīng)濟發(fā)展水平所限，每一地區(qū)在數(shù)字化環(huán)境方面都存在較大差異，加之應(yīng)試教育對人們觀念的影響，信息技術(shù)在教學(xué)中的運用產(chǎn)生了兩種觀念。其一是“輔助說”，持這種觀念的人認為，信息技術(shù)應(yīng)用于課堂只是起到輔助教學(xué)的作用，處于或有或無的地位;其二是“重構(gòu)說”，持這種觀念的人認為，信息技術(shù)應(yīng)用于課堂的作用并非幫助教師表達，更多的在于輔助師生構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，不能當(dāng)作可有可無的存在，并且信息技術(shù)還與符號體系手段、實物教學(xué)手段共同組成新型教學(xué)模式的必要手段，有助于培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科能力。另外，為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，物理教學(xué)也不能再將教學(xué)重點放在基礎(chǔ)理論知識的傳授方面，還要通過教學(xué)活動培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識的習(xí)慣。物理教學(xué)的開展需要堅持理論聯(lián)系實際的原則，這就不得不提到問題式學(xué)習(xí)模式。對于STEAM式融合教育而言，只有推行問題式學(xué)習(xí)模式，方能實現(xiàn)這種教育模式的價值。在問題式學(xué)習(xí)模式中，強調(diào)問題情境的創(chuàng)設(shè)，要求給每位學(xué)生提供解決問題的機會，然后引導(dǎo)學(xué)生運用多學(xué)科的知識解決問題。例如，調(diào)查社區(qū)水污染的問題會涉及到化學(xué)、物理學(xué)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域的知識，需要教師與學(xué)生都具備跨學(xué)科意識，能夠打破原有的物理學(xué)科課程結(jié)構(gòu)，將多類學(xué)科的多種共同概念進行整合，完成對知識體系的重構(gòu)。

最后，還需要以交互式活動為載體。所謂交互式活動，是指在智能環(huán)境下，人與物、師與生、物與物之間進行的交互作用。一般來講，學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的提升依賴于測評等方式，所以，傳統(tǒng)教學(xué)存在“重結(jié)論輕實施”的認知誤區(qū)，如傳統(tǒng)物理教學(xué)往往不太重視實驗探究活動等。對此，需要重新認識物理學(xué)科的結(jié)構(gòu)，即完整化的物理學(xué)科應(yīng)當(dāng)包含三個部分：一是知識符號體系;二是物理學(xué)發(fā)展史;三是共通概念。在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)時，一定要借助交互式活動，讓學(xué)生掌握這三個部分的內(nèi)涵。除此之外，在組織相關(guān)的交互式活動時，還需將探究式學(xué)習(xí)理念貫穿其中。具體來講，探究式活動應(yīng)當(dāng)有三種類型：一是實物探究活動;二是理論探究活動;三是數(shù)碼探究活動。三種類型分別對應(yīng)實物手段、理論符號手段及計算機手段，教師可以將這三種手段綜合應(yīng)用，用于突破物理教學(xué)難點。例如，物理概念具有極強的抽象性，學(xué)生往往難以理解概念背后的含義，而借助這三種手段應(yīng)用多媒體技術(shù)，就可以通過虛擬仿真實驗來解決。又如，當(dāng)前班級教學(xué)正在趨向于標(biāo)準(zhǔn)化，這種教學(xué)模式難以滿足學(xué)生的個性化發(fā)展，教師可以借助這三種手段制作微課視頻進行在線教學(xué)，也可以運用無線互聯(lián)課堂支持學(xué)生的個性學(xué)習(xí)或使用電子書包減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負荷等。

總之，信息技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展給物理教學(xué)改革帶來了創(chuàng)新機遇，物理教師應(yīng)當(dāng)把握機遇，積極借助校內(nèi)資源實施STEAM式融合教育，讓學(xué)生能夠?qū)W有所得。

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（責(zé)任編輯 趙永玲）