借助steam教育理念，構(gòu)建生活化物理課堂

吳健

【摘 要】 steam教育理念是一種集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)為一體的理念.在高中物理教學(xué)中融合該理念，積極構(gòu)建生活化物理課堂，既能培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科意識(shí)，又能提高物理課堂的趣味性，更好地挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力.本文結(jié)合具體實(shí)例，就如何運(yùn)用steam教育理念，構(gòu)建生活化物理課堂進(jìn)行探討，以供參考.

【關(guān)鍵詞】 steam教育理念;物理課堂;高中物理

教學(xué)中既要做好steam教育理念相關(guān)理論的學(xué)習(xí)，又要結(jié)合物理知識(shí)，積極聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，有針對(duì)性地構(gòu)建生活化問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生思考，深化學(xué)生理解，更好地把握物理知識(shí)本質(zhì).

1 steam教育的內(nèi)涵分析

在steam教育理念中，S是Science（科學(xué)），T是 Technology （技術(shù)），E 是Engineering（工程），A是 Art（藝術(shù)），M是 Mathematics（數(shù)學(xué)），是一種綜合性強(qiáng)的教育理念，引導(dǎo)教師關(guān)注課堂教育內(nèi)容，借助發(fā)散思維、聯(lián)想思維以及創(chuàng)新思維，引入教學(xué)實(shí)踐資源，豐富課堂教育形式.在steam教育理念下，完善自主學(xué)習(xí)體系，分析知識(shí)和生活的聯(lián)系，靈活利用知識(shí)內(nèi)容，認(rèn)識(shí)和改造世界，提高教育教學(xué)質(zhì)量.相對(duì)于傳統(tǒng)教育理念來(lái)說(shuō)，steam教育理念更加的例題，改變了以往平面化教育理念，以科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)作為支點(diǎn)，使得教育體系覆蓋范圍更加廣泛，借助靈活的組合設(shè)計(jì)，解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，有效踐行教育理念.在steam教育理念下，注重學(xué)生綜合素養(yǎng)培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生競(jìng)爭(zhēng)力，在學(xué)生學(xué)習(xí)中，展現(xiàn)steam教育理念，促進(jìn)教育理念發(fā)展，營(yíng)造良好的教育氛圍.在高中物理教學(xué)中，以實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，鼓勵(lì)學(xué)生利用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)提升.本文以steam教育理念作為基礎(chǔ)，思考生活化物理課堂的構(gòu)建.

2 基于steam教育理念生活化物理課堂構(gòu)建原則

2.1 生本原則

在新課程改革背景下，為了構(gòu)建高效物理課堂，應(yīng)當(dāng)以學(xué)生為主體，構(gòu)建高中物理生活化課堂，根據(jù)生本原則，結(jié)合學(xué)生生活環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)，以學(xué)生的喜好、體悟以及物理能力作為導(dǎo)向，從科學(xué)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)以及技術(shù)等方面入手，豐富課堂教學(xué)資源，豐富生活化課堂資源，為高中物理生活化教育奠定基礎(chǔ).

2.2 豐富性原則

高中物理課堂教學(xué)中，踐行steam教育理念，構(gòu)建高效的生活化課堂，避免教學(xué)形式化，堅(jiān)持創(chuàng)新精神，根據(jù)物理課堂活動(dòng)需求，選擇貼近學(xué)生生活實(shí)際的案例，靈活利用新型教學(xué)方式，為steam教育理念實(shí)踐提供有效策略，將生活現(xiàn)象和物理知識(shí)結(jié)合，提高物理課堂教學(xué)的有效性.

2.3 實(shí)效性原則

目前，steam教育理念教育實(shí)踐研究的基礎(chǔ)較為薄弱，加上高中物理課堂活動(dòng)存在一定差異，以往的教育成功經(jīng)驗(yàn)不一定能夠適用于任何一節(jié)高中物理課堂.因此，在steam教育理念實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持實(shí)事求是的原則，避免生搬硬套的教育模式，結(jié)合物理課堂生活化教育需求，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，考慮教育環(huán)境和教育能力等因素，科學(xué)合理地利用教育方式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與課堂教學(xué)，全面了解和掌握物理知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，踐行實(shí)效性原則.

3 steam教育理念下高中物理生活化教學(xué)策略

3.1 結(jié)合steam理念，明確課堂教學(xué)目標(biāo)

steam教育理念是一種綜合性理念，其內(nèi)容非常豐富，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)生活化課堂需求，明確課堂教學(xué)目標(biāo)，搜集整合教學(xué)素材，明確生活化教學(xué)方向，避免高中物理生活化教學(xué)內(nèi)容過(guò)于模糊，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)，影響師生互動(dòng)教學(xué)效果.在高中物理教學(xué)中，以生活化課堂作為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)生需求明確教學(xué)目標(biāo)，保證課堂教學(xué)質(zhì)量.例如，在“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)中，以steam教育理念作為引導(dǎo)，引入勻速圓周運(yùn)動(dòng)的生活例子，如摩天輪、洗衣機(jī)脫水以及汽車轉(zhuǎn)彎等，結(jié)合生活中的物理現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生物理探究興趣，開(kāi)展主動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng).在引入生活實(shí)例的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展探索活動(dòng)，如洗衣機(jī)脫水時(shí)，速度為什么要快，而汽車轉(zhuǎn)彎卻要慢，幫助學(xué)生理解向心力與角速度、線速度關(guān)系的知識(shí)，保證生活化教學(xué)活動(dòng)有效開(kāi)展.

3.2 結(jié)合steam理念，構(gòu)建生活化課程

在高中物理教學(xué)中，結(jié)合steam教育理念，根據(jù)生活化教學(xué)需求，結(jié)合課堂教學(xué)目標(biāo)，融入科技、數(shù)學(xué)、藝術(shù)、技術(shù)以及工程內(nèi)容，保證生活教學(xué)有效開(kāi)展.例如，在“超重、失重”的教學(xué)中，結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究目標(biāo)，以學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ鳛榛A(chǔ)，將學(xué)生劃分成若干小組，鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展合作探究活動(dòng)，借助電子秤，通過(guò)快速下蹲、緩慢下蹲和快速起立等動(dòng)作，鍛煉學(xué)生觀察和合作能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)，貫徹落實(shí)steam教育理念.為了使steam教育理念有效踐行，結(jié)合工程、技術(shù)、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)等內(nèi)容，完善物理實(shí)驗(yàn)課程體系，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)，借助生活化教學(xué)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力.在steam理念下，開(kāi)展生活化教學(xué)活動(dòng)，鍛煉學(xué)生學(xué)習(xí)能力，優(yōu)化高中物理課程教學(xué)，構(gòu)建高效物理課堂.

3.3 結(jié)合steam理念，強(qiáng)化課堂總結(jié)

在課堂教學(xué)中，高效課堂應(yīng)當(dāng)注重課堂總結(jié)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量.在steam理念下，高中物理生活化課堂總結(jié)沒(méi)有具體的方式，學(xué)生可以根據(jù)自身體驗(yàn)，表達(dá)自己的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，借助師生之間、生生之間的互動(dòng)，樹(shù)立物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，完善學(xué)生知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng).在具體課堂總結(jié)中，結(jié)合steam理念，引入思維導(dǎo)圖，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維，鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)充學(xué)生學(xué)習(xí)中的不足，做出針對(duì)性總結(jié)，提高課堂學(xué)習(xí)效率，保證生活化教學(xué)質(zhì)量.

4 steam教育理念下高中物理生活化教學(xué)實(shí)例分析

4.1 受力平衡-橋梁的設(shè)計(jì)

受力平衡是高中物理力學(xué)部分的重要知識(shí)點(diǎn).為在教學(xué)中滲透steam教育理念，提高學(xué)生學(xué)以致用能力，靈活運(yùn)用分析受力平衡知識(shí)分析相關(guān)的工程問(wèn)題，可為學(xué)生創(chuàng)設(shè)如下生活化問(wèn)題情境：

某市有很多條河流，為改善交通環(huán)境，準(zhǔn)備在河流上修建相關(guān)的橋梁.如橋梁的每一個(gè)橋墩有兩根支柱，每根支柱都是用相同的橫截面積的鋼筋混凝土構(gòu)造.如果你作為橋梁工程設(shè)計(jì)師，下面的四個(gè)設(shè)計(jì)方案中，你認(rèn)為哪一種方案最合理并說(shuō)明理由（? ）.

該題目聯(lián)系學(xué)生的生活情境，既融入steam教育理念，又靈活的考查了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題的能力，增加物理課堂趣味性的同時(shí)，能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理知識(shí)的重要性，進(jìn)一步深化其對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解.根據(jù)題意可知橋梁的質(zhì)量一定，表明兩個(gè)橋墩的合力一定，根據(jù)力的合成法則可知，合力一定兩個(gè)力的夾角越小，越能承重，因此，A方案較為合理.

4.2 平拋運(yùn)動(dòng)-投籃機(jī)器人

平拋運(yùn)動(dòng)在生活中有著廣泛的應(yīng)用.教學(xué)中應(yīng)借助steam教育理念創(chuàng)設(shè)生活化問(wèn)題情境，使學(xué)生牢固掌握該部分知識(shí)的同時(shí)，使其能夠靈活運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，探尋解決問(wèn)題的有效途徑.如課堂上可創(chuàng)設(shè)以下生活化問(wèn)題情境：

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人逐漸走進(jìn)了人們的生活，如智能機(jī)器人可以幫助人們打掃衛(wèi)生.受此啟發(fā)，可為學(xué)生布置制作籃球機(jī)器人的小任務(wù).要求如下：如圖1，機(jī)器人投籃時(shí)出手點(diǎn)高2m，球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)離地的最大高度為4.3m，并且要求球能夠和水平面呈45°進(jìn)入籃中，籃筐距離地面高度為3.05m，忽略空氣阻力，請(qǐng)問(wèn)你設(shè)計(jì)的機(jī)器人該以多大的速度投籃（g取10m/s2）？

該題目創(chuàng)作的情景對(duì)學(xué)生而言并不陌生，而且與當(dāng)今的科技緊密的聯(lián)系在一起，鞏固學(xué)生所學(xué)的同時(shí)，能很好的激發(fā)學(xué)生的思考積極性.通過(guò)審題不難得知，需要運(yùn)用斜拋知識(shí)進(jìn)行分析.

根據(jù)題意需要運(yùn)用物理知識(shí)求解出籃球從最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至籃中的時(shí)間t，在豎直方向上由h1=4.3m-3.05m=1.25m.根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)可知h1=12gt2，代入數(shù)據(jù)解得t=0.5s.入籃時(shí)豎直方向上的速度vy=gt=5m/s.又因?yàn)榍蚝退矫娉?5°進(jìn)入籃中，因此，根據(jù)數(shù)據(jù)知識(shí)可求得籃球的水平速度vx=vy/tan45°=5m/s.表明機(jī)器人出手時(shí)籃球的水平速度也為vx=5m/s.機(jī)器人投球后運(yùn)動(dòng)至球運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)的過(guò)程中可看做反向的平拋運(yùn)動(dòng)，則投球時(shí)球豎直方向的速度為v豎，則h2=4.3m-2m=2.3m，則由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，v豎2=2gh2，則機(jī)器人投籃的速度v0=v2x+v2豎=71m/s≈8.43m/s.

4.3 圓周運(yùn)動(dòng)-行車安全

生活中的很多情境都涉及圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí).高中物理教學(xué)中，為調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力，應(yīng)注重將助steam教育理念融入到相關(guān)生活化問(wèn)題情境中，使學(xué)生牢固掌握物理知識(shí)的同時(shí)，為其全面發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).在生活中為保障行車安全，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)在一些橋梁的橋頭位置都設(shè)立有限重、限速標(biāo)志.針對(duì)這一情境，可創(chuàng)設(shè)如下問(wèn)題情境：

某一橋梁可簡(jiǎn)化為如圖2所示的情形，其中拱橋AB的圓弧半徑為40m，橋高10m.P為AB的中點(diǎn).為保證行車安全，汽車在橋上最高點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率不能超過(guò)多大，否則將會(huì)飛出落在和P點(diǎn)水平距離多遠(yuǎn)的位置？并說(shuō)明理由，g取10m/s2.

汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)拱橋的最高點(diǎn)時(shí)應(yīng)受到橋面的支持力，否則汽車會(huì)做圓周運(yùn)動(dòng)，從最高點(diǎn)飛出橋面發(fā)生危險(xiǎn)，因此汽車能否飛出的臨界點(diǎn)為在最高點(diǎn)，其重力剛好提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)可知：mg=mv2R，代入數(shù)據(jù)可得v=20m/s，即，汽車的速度不能超過(guò)20m/s.否則將會(huì)飛出做平拋運(yùn)動(dòng)，豎直方向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=2hg=2s，則水平位移為s=vt=202m，即，汽車飛出落地點(diǎn)和P的相距202m.

4.4 理想氣體狀態(tài)方程-簡(jiǎn)易溫度計(jì)

理想氣體狀態(tài)方程是分析氣體壓強(qiáng)、溫度的重要理論.教學(xué)中為提高學(xué)生的動(dòng)手能力，應(yīng)融入steam教育理念進(jìn)行多學(xué)科的綜合教育，布置相關(guān)的動(dòng)手實(shí)踐任務(wù).其中學(xué)生對(duì)溫度計(jì)并不陌生，在生活中較為常見(jiàn).在學(xué)習(xí)理想氣體狀態(tài)方程知識(shí)后，可為學(xué)生布置制作簡(jiǎn)易溫度計(jì)的實(shí)踐任務(wù).

某學(xué)生制作的簡(jiǎn)易溫度計(jì)如圖3所示，在27℃的室溫下，將粗細(xì)均勻的吸管插入豎直放置且裝有半瓶水的圓柱形玻璃瓶中，記下吸管沒(méi)入水平的位置，標(biāo)記為27℃，水面以上吸管長(zhǎng)度為12cm;而后重新將吸管插入瓶底，將瓶底密封后，置于57℃的溫水中，一段時(shí)間后吸管中水平上升可6cm，吸管該位置標(biāo)記為57℃.將27℃和57℃標(biāo)記間均勻刻線，并將吸管其他部分依次刻線，便完成了制作.請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)分析，該溫度計(jì)的最大量程應(yīng)標(biāo)記為多少？實(shí)際的80℃的溫度線和吸管上80℃的刻度線位置關(guān)系如何？

根據(jù)題意57℃和27℃差值為30℃對(duì)應(yīng)6cm，而吸管長(zhǎng)度為12cm，則可知其最大量程為27℃+2×30℃=87℃.因?yàn)槲苄纬傻乃鶗?huì)影響瓶中的壓強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致封閉氣體壓強(qiáng)較外接壓強(qiáng)小，由蓋呂薩克定律：p1T1=p2T2，則實(shí)際80℃溫度線低于吸管上80℃的刻度線位置.

5 結(jié)語(yǔ)

高中物理教學(xué)中應(yīng)認(rèn)識(shí)到滲透steam教育理念的重要性，從整體上把握高中物理教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生的生活實(shí)際，積極創(chuàng)設(shè)實(shí)踐性問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決相關(guān)的物理問(wèn)題，深化其對(duì)物理知識(shí)理解的同時(shí)，促進(jìn)其運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力更好的提升.

參考文獻(xiàn)：

[1]楊方園.生活化理念在高中物理教學(xué)中的運(yùn)用探討[J].智力，2020（27）：129-130.

[2]容蘭.steam理念下高中物理與技術(shù)學(xué)科有效融合的實(shí)踐研究[J].安徽教育科研，2020（15）：30-31.

[3]陳思鑫.淺談在高中物理教學(xué)中滲透STEM教育理念的策略[J].考試周刊，2020（39）：123-124.