STEAM教育理念下初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)研究

劉霞 楊成 王越

摘? ?要：智能時(shí)代的到來(lái)，傳統(tǒng)分科教學(xué)中單一的教學(xué)內(nèi)容已不能滿足未來(lái)人才培養(yǎng)的需求，而跨學(xué)科融合、注重培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力的STEAM教育理念的綜合性課程被認(rèn)為是培養(yǎng)未來(lái)復(fù)合型創(chuàng)新人才的有效途徑。文章對(duì)初中物理教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，針對(duì)STEAM教育與學(xué)科融合的落地實(shí)施方式，根據(jù)人教版八年級(jí)物理“透鏡及其應(yīng)用”單元中的內(nèi)容，以“自制照相機(jī)”活動(dòng)設(shè)計(jì)了一堂融合STEAM教育理念的案例課程，希望能為促進(jìn)STEAM教育融入初中物理教學(xué)的研究提供一些啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：STEAM教育;初中物理教學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2021）22-0078-06

一、問(wèn)題的提出

隨著人工智能、5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及云計(jì)算等新興技術(shù)為代表的智能時(shí)代的來(lái)臨，人類積累的知識(shí)越來(lái)越多且日益精深，有限的課程容量和“無(wú)限”的知識(shí)這一矛盾越發(fā)凸顯，傳統(tǒng)的分科教學(xué)培養(yǎng)人才的理念已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)智能時(shí)代對(duì)多元復(fù)合型創(chuàng)新人才的需求，課程的整合即是解決這一矛盾的嘗試[1]。

《國(guó)際教育信息化發(fā)展2015 地平線報(bào)告（基礎(chǔ)教育版）》指出：在未來(lái)一到兩年內(nèi)，STEAM教育將在全球興起，并且將對(duì)學(xué)校教育特別是基礎(chǔ)教育產(chǎn)生重要影響[2]。此后，國(guó)際教育學(xué)者的關(guān)注點(diǎn)迅速轉(zhuǎn)移到了STEAM教育上。《教育信息化“十三五”規(guī)劃》指出：要積極探索STEAM教育、創(chuàng)客教育、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、課程整合等新教育模式，著力提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、思維能力[3]。不難看出，我國(guó)在探索教育信息化的道路上，也同樣強(qiáng)調(diào)基于STEAM的跨學(xué)科教育對(duì)培養(yǎng)具備21世紀(jì)核心素養(yǎng)能力的創(chuàng)新型人才的重要影響。

與傳統(tǒng)單科課程中的內(nèi)容構(gòu)成不同，科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）五部分構(gòu)成了STEAM。它強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科教學(xué)的教學(xué)模式，重視對(duì)現(xiàn)有課程和教學(xué)體系的重塑，通常借助項(xiàng)目設(shè)計(jì)的形式來(lái)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，是一種面向未來(lái)的教育理念。

物理學(xué)科范疇中，STEAM教育并非是史無(wú)前例的概念創(chuàng)新，而是中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)中STS（科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)）理念隨時(shí)代發(fā)展的智能化演變。STS教育一直倡導(dǎo)物理教育要適應(yīng)環(huán)境的變化，但是卻沒(méi)有提出具體的實(shí)施途徑建議與多變的環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的匹配。而STEAM教育在指出了科學(xué)教育改革方向的基礎(chǔ)上，還提供了基于問(wèn)題或者項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的PBL（Problem Based Learning或者Project Based Learning）的具體學(xué)習(xí)模式[4]。

綜上所述，STEAM課程應(yīng)用于初中物理教學(xué)是具備一定融合基礎(chǔ)的，二者在目標(biāo)以及教學(xué)方式上并不矛盾，且存在緊密聯(lián)系，有利于幫助學(xué)生打破單一學(xué)科知識(shí)體系的束縛，在做中學(xué)，培養(yǎng)他們跨學(xué)科問(wèn)題解決能力以及整體思維[5]。與此同時(shí)，在課程的實(shí)施過(guò)程中也對(duì)教師的教學(xué)研究勝任力提出了較高的要求。但通過(guò)文獻(xiàn)研究法發(fā)現(xiàn)，中學(xué)物理教師對(duì)新課改理念的理解存在差異，采取探究式教學(xué)方式的教師不多。教師過(guò)分注重學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)和積累，輕視知識(shí)的建構(gòu)活動(dòng)。本研究針對(duì)初中物理教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并結(jié)合STEAM教育與物理學(xué)科融合的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一堂案例課程。

二、STEAM教育理念

STEAM教育是一種通過(guò)整合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容，指引STEAM學(xué)習(xí)的途徑和方法[6]，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科間的有機(jī)融合，以此來(lái)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的提升。STEAM教育認(rèn)為這五個(gè)學(xué)科在人們認(rèn)識(shí)與改造世界的過(guò)程中扮演著各自重要的角色：人們借助科學(xué)認(rèn)識(shí)世界的規(guī)律;利用工程與技術(shù)來(lái)根據(jù)社會(huì)需求改造世界;通過(guò)藝術(shù)將世界以美好的形式呈現(xiàn);利用數(shù)學(xué)為發(fā)展與應(yīng)用科學(xué)、工程、藝術(shù)和技術(shù)提供思維方法和分析工具[7]。

與傳統(tǒng)的注重單一學(xué)科的教育理念不同，STEAM教育更加強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合的多維性，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以真實(shí)的問(wèn)題項(xiàng)目實(shí)踐為導(dǎo)向，注重教師作為引導(dǎo)者去引導(dǎo)學(xué)生站在跨學(xué)科思維的角度，嘗試解決現(xiàn)實(shí)情境中真實(shí)問(wèn)題的重要作用。在這一教育理念下，學(xué)生可以試著突破傳統(tǒng)教育中死記硬背的桎梏，并且在團(tuán)隊(duì)合作解決問(wèn)題的過(guò)程中，不斷提高問(wèn)題解決和邏輯思維的創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的集體意識(shí)。

STEAM教育理念具有情境性、真實(shí)性、協(xié)作性、體驗(yàn)性等方面的特點(diǎn)，能夠?yàn)檎n程設(shè)計(jì)與教學(xué)提供更多的優(yōu)勢(shì)，并且STEAM教育理念所強(qiáng)調(diào)的跨學(xué)科間的融合對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)發(fā)展，以及學(xué)科的理解和應(yīng)用有著更深刻的認(rèn)識(shí)。該理念強(qiáng)調(diào)知識(shí)與能力并重，不同學(xué)科間的知識(shí)遷移能力，倡導(dǎo)問(wèn)題解決和項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)，以解決實(shí)際情境問(wèn)題培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力[8]，充分體現(xiàn)做中學(xué)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變。

三、初中物理教學(xué)現(xiàn)狀

1.講授式課堂成為課堂教學(xué)的常態(tài)

目前在初中物理教學(xué)過(guò)程中，以教師為主體的講授式教學(xué)模式依然是現(xiàn)實(shí)教學(xué)過(guò)程中的常用模式。在這種傳統(tǒng)教學(xué)模式下，知識(shí)只是一味地灌輸給學(xué)生，被看成是固定的、教條性的理論，而教師的主控權(quán)占有很大比例。在教學(xué)過(guò)程中，教師更關(guān)注知識(shí)本身，而將物理知識(shí)與實(shí)際生活進(jìn)行相互聯(lián)系的模塊還不完善，使得具有貼近生活情境天然優(yōu)勢(shì)的物理學(xué)科存在與生活脫節(jié)的現(xiàn)象。由于教師的教學(xué)理念與教學(xué)方式和時(shí)代潮流不符，注重填鴨式教學(xué)，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解還是處于淺層，未能達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)，無(wú)法做到將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行深度自我建構(gòu)，長(zhǎng)此以往容易引發(fā)學(xué)生對(duì)待學(xué)科學(xué)習(xí)的消極情緒。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)意識(shí)的差異性

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科中的重要組成部分，通過(guò)參與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，學(xué)生能夠在一定情境中體驗(yàn)知識(shí)的建構(gòu)，體會(huì)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性以及邏輯性，并不斷提高科學(xué)探究能力，進(jìn)而激發(fā)求知欲望。但是在基礎(chǔ)教育階段的實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件整體較差，導(dǎo)致學(xué)生能夠接觸到的設(shè)備有限，參與的實(shí)驗(yàn)次數(shù)偏少，大多以教師演示型為主。此外，教師對(duì)待做實(shí)驗(yàn)的態(tài)度也存在一定的偏差，主觀能動(dòng)性不夠。大部分教師認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過(guò)程會(huì)耽誤上課進(jìn)度，會(huì)浪費(fèi)寶貴的課堂時(shí)間，在做實(shí)驗(yàn)期間教學(xué)控制力約束較弱，容易造成教學(xué)場(chǎng)面的失控，導(dǎo)致部分教師上課過(guò)程中，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力方面有一定程度的忽視。

3.重視做題能力而忽視問(wèn)題解決能力

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師更加偏重于利用試卷的形式進(jìn)行物理知識(shí)的考查。在反復(fù)的高強(qiáng)度訓(xùn)練下，學(xué)生的做題能力很強(qiáng)，但是在運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)融入到生活情境解決實(shí)際問(wèn)題的能力卻處于比較弱的狀態(tài)。在強(qiáng)調(diào)核心素養(yǎng)的教育時(shí)代，單純只會(huì)做題的能力并不符合時(shí)代要求，核心素養(yǎng)中提出的要求是：要激起學(xué)生解決問(wèn)題的興趣，引導(dǎo)他們有意識(shí)地提出并且發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，且能依據(jù)特定的情境和實(shí)際的條件來(lái)選擇并制定合理的解決方案。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)試教育思維比較嚴(yán)重，學(xué)生熟記物理規(guī)律和物理概念，但是面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)往往束手無(wú)策，不知該如何下手。

四、STEAM教育理念下初中物理教學(xué)路徑

文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，STEAM教育在與其他學(xué)科的融合過(guò)程中缺乏專職的STEAM教師，大部分學(xué)校的STEAM課程都是由其他科目的教師進(jìn)行臨時(shí)替崗。教師對(duì)STEAM教育理念的理解還處于淺表層，大多以為STEAM教育所提倡的跨學(xué)科知識(shí)教學(xué)只是對(duì)各個(gè)學(xué)科的簡(jiǎn)單堆砌，由此引發(fā)STEAM教育的課程開(kāi)發(fā)和教材設(shè)計(jì)存在著理念上的偏差。雖然部分擁有創(chuàng)客空間的學(xué)校教師已經(jīng)在STEAM教育方面取得了比較好的效果，但是由于不同區(qū)域?qū)W校間設(shè)備的差異性問(wèn)題，無(wú)法形成可供推廣、進(jìn)行廣泛復(fù)制的STEAM教育經(jīng)驗(yàn)。

1.開(kāi)發(fā)STEAM教育的校本教材

教材是廣大一線教師進(jìn)行STEAM教育課程實(shí)施的重要資源，所以學(xué)校應(yīng)從各個(gè)學(xué)科中挑選出骨干教師成立STEAM教育教材開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，集體探討各科內(nèi)容編排的順序和邏輯條理性，確保學(xué)生在進(jìn)行某個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐的過(guò)程中，不會(huì)因?yàn)槠渌麑W(xué)科知識(shí)技能的缺失而對(duì)物理學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)形成阻礙，即確保學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)缺失的現(xiàn)象。在開(kāi)發(fā)教材的過(guò)程中，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)結(jié)合學(xué)校自身的硬件設(shè)施狀況和師資水平，選取適合的項(xiàng)目主題內(nèi)容編入校本教材，并且教材還需在不斷的實(shí)踐過(guò)程中進(jìn)行修正和完善。

2.肯定有效失敗的教學(xué)意義

受應(yīng)試教育思維的影響，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中一直被所謂的標(biāo)準(zhǔn)答案限制，但其實(shí)答案應(yīng)該是多樣性的，在STEAM教育理念下鼓勵(lì)營(yíng)造開(kāi)放的課堂氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生迎接挑戰(zhàn)、勇于嘗試、不懼失敗，讓學(xué)生有種“放松的警覺(jué)”去探索新的思想和聯(lián)系，提倡答案的多樣性[9]。學(xué)生只要積極參與實(shí)踐探究的過(guò)程，積極地與團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行交流互動(dòng)，在主題學(xué)習(xí)的過(guò)程中使自己各方面的綜合素質(zhì)和技能得到有效鍛煉，最終得出的學(xué)習(xí)成果即使并不是那么的盡善盡美，也可看作是有效學(xué)習(xí)的發(fā)生。初中物理作為一門(mén)探究性的學(xué)科，同樣也應(yīng)倡導(dǎo)答案的多樣性，肯定學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中失敗經(jīng)驗(yàn)的積極教學(xué)意義。

3.平衡學(xué)生主體與教師主導(dǎo)的課堂關(guān)系

在傳統(tǒng)的教學(xué)方式下，教師對(duì)知識(shí)的講授占據(jù)了整堂課的主要部分，學(xué)生全程只是充當(dāng)著被動(dòng)傾聽(tīng)者的角色，而在STEAM教育理念下，教師的講授時(shí)長(zhǎng)大大縮短，教師充當(dāng)著引導(dǎo)者和組織者的角色，學(xué)生可以在小組探究的過(guò)程中，借助自主查閱資料的方式來(lái)獲得知識(shí)的建構(gòu)。借助這種方式，學(xué)生掌握知識(shí)、得出相關(guān)結(jié)論的周期會(huì)比單純以教師講授的方式要長(zhǎng)，但在知識(shí)理解的效果方面卻更加深刻。所以在物理教學(xué)中，急需轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，落實(shí)以學(xué)生為主體的教學(xué)方式。開(kāi)展教師對(duì)STEAM教育理念認(rèn)識(shí)的相關(guān)培訓(xùn)，同時(shí)也要在培訓(xùn)過(guò)程中引導(dǎo)教師進(jìn)行STEAM教育融入初中物理教學(xué)的相關(guān)研究，以便能更好地促進(jìn)物理教學(xué)改革，提高物理教學(xué)質(zhì)量與效率。

4.基于跨學(xué)科理念重塑初中物理教學(xué)內(nèi)容

綜合性、跨學(xué)科融合是STEAM教育的重要特征，基于這一特征，在整合課程開(kāi)發(fā)和實(shí)施方面，要求教師采用一體化的教學(xué)和學(xué)習(xí)方法。智能時(shí)代，STEAM教育強(qiáng)調(diào)淡化學(xué)科之間的界限，融合多學(xué)科的知識(shí)與技能解決問(wèn)題。物理教學(xué)可以適度穿插科學(xué)技術(shù)內(nèi)容，以物理知識(shí)為背景，適當(dāng)?shù)靥峒氨澈笈c之相關(guān)的科學(xué)技術(shù)。例如，在人教版八年級(jí)物理“聲現(xiàn)象”這一單元中，可以通過(guò)學(xué)生動(dòng)手制作樂(lè)器的方式，來(lái)了解聲音的三要素：響度、音調(diào)、音色三者的含義與作用，同時(shí)在制作樂(lè)器的過(guò)程中能夠提升學(xué)生的音樂(lè)素養(yǎng)，學(xué)習(xí)到一些相關(guān)的樂(lè)理知識(shí)，這樣有助于學(xué)生藝術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

在工程設(shè)計(jì)中也涉及到了一些物理學(xué)原理，教師可以借助一些比較典型的工程案例讓學(xué)生進(jìn)行分析，比如，在學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)時(shí)，可以先讓學(xué)生親身體驗(yàn)一下坐過(guò)山車(chē)的感受，然后將過(guò)山車(chē)的工程模型轉(zhuǎn)化為豎直平面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng)物理模型，分析過(guò)山車(chē)過(guò)程中的力、能量、運(yùn)動(dòng)多個(gè)方面的知識(shí)并進(jìn)行融合貫通，借助團(tuán)體協(xié)作的方式完成過(guò)山車(chē)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用物理知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力和工程設(shè)計(jì)能力[10]。

在學(xué)習(xí)浮力相關(guān)的知識(shí)時(shí)，為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)浮力現(xiàn)象的直觀感受，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)孔明燈和熱氣球能夠升空的原理進(jìn)行分析，然后讓學(xué)生使用相關(guān)材料進(jìn)行創(chuàng)意孔明燈的制作;而針對(duì)平面鏡方面的知識(shí)，可以利用學(xué)生喜歡魔術(shù)的好奇心理，讓學(xué)生分析平面鏡成像原理，先讓學(xué)生模仿制作，然后再進(jìn)行自我創(chuàng)新。

5.制定科學(xué)全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

STEAM教育與物理學(xué)科的融合仍處于初期的發(fā)展階段，針對(duì)融合后的課程效果評(píng)價(jià)與傳統(tǒng)物理教學(xué)過(guò)程中的教學(xué)評(píng)價(jià)有所不同，借助形成性評(píng)價(jià)的持續(xù)性開(kāi)展教學(xué)效果更好。相對(duì)以往的紙筆測(cè)試而言，STEAM教學(xué)的關(guān)注點(diǎn)聚焦于學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)能力，借助更加多元化的形式來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力。學(xué)生綜合能力的提升，也反映在學(xué)習(xí)興趣、情感、意志等非智力因素向積極的方向轉(zhuǎn)變[11]。

融入STEAM教育理念的評(píng)價(jià)方式應(yīng)該是多元、持續(xù)性、個(gè)性化的。評(píng)價(jià)主體包括教師、學(xué)生甚至是家長(zhǎng)，評(píng)價(jià)的內(nèi)容不僅僅局限于物理學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，還應(yīng)包括實(shí)際問(wèn)題的解決和遷移能力以及小組間的協(xié)作能力等全方位的內(nèi)容。在針對(duì)學(xué)生個(gè)體方面，還應(yīng)設(shè)置針對(duì)學(xué)生個(gè)體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以便學(xué)生了解自己的表現(xiàn)情況，為后期課程的開(kāi)發(fā)和完善，提供更加具備可操作性的指標(biāo)。

五、STEAM教育理念下的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)

融入了STEAM教育理念的教學(xué)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)的不同之處在于：從教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定來(lái)看，注重學(xué)生跨學(xué)科的綜合能力培養(yǎng)，給予學(xué)生更多的學(xué)習(xí)主動(dòng)權(quán)以及動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì);從教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)來(lái)看，將所學(xué)的物理知識(shí)貫穿于整個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決真實(shí)情境問(wèn)題的能力以及組間協(xié)作交流能力;從教學(xué)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)來(lái)看，多元主體的參與使得評(píng)價(jià)更加全面、評(píng)價(jià)內(nèi)容更加廣泛，不僅僅包括理論知識(shí)的掌握情況，還包括項(xiàng)目實(shí)踐成果的完成度以及組間交流的合作情況等。

本研究針對(duì)人教版八年級(jí)物理“透鏡及其應(yīng)用”單元中的“自制照相機(jī)”內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以學(xué)生生活中的拍照經(jīng)歷作為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考透鏡在照相機(jī)中扮演的角色，并激勵(lì)他們利用所學(xué)透鏡知識(shí)自制簡(jiǎn)易版的照相機(jī)，在最后的規(guī)律總結(jié)階段提倡多樣的總結(jié)形式，比如作圖法、游戲法、口訣記憶法等。在評(píng)價(jià)階段采用教師學(xué)生共同參與的形式，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：相關(guān)概念思維導(dǎo)圖繪制的完整度以及照相機(jī)圖紙的設(shè)計(jì)感、最終成品的美觀度以及材料的易獲性等。

1.教學(xué)對(duì)象分析

八年級(jí)的學(xué)生理性思維較弱，對(duì)概念的理解有所欠缺，但是學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的欲望強(qiáng)烈，對(duì)新生事物有濃厚的探究興趣，渴望掌握知識(shí)。他們剛剛學(xué)習(xí)了透鏡的內(nèi)容，對(duì)凸透鏡、凹透鏡和透鏡的焦點(diǎn)焦距等基本概念有了一定的認(rèn)識(shí)，有進(jìn)一步探知透鏡成像原理的需求，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)活動(dòng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。其次，處于八年級(jí)的學(xué)生具備一定的信息收集查找應(yīng)用的能力，能夠借助網(wǎng)絡(luò)搜尋信息解決問(wèn)題。

2.教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)分析

（1）教學(xué)內(nèi)容的分析

案例內(nèi)容選自人教版八年級(jí)物理“透鏡及其應(yīng)用”單元，該部分是初中光學(xué)部分的重點(diǎn)內(nèi)容，涉及的規(guī)律繁多，變化相對(duì)復(fù)雜，既是前面所學(xué)的光的折射內(nèi)容的進(jìn)一步延伸與細(xì)化，也是“折射”現(xiàn)象到應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。如何將透鏡成像的規(guī)律進(jìn)行清晰有條理的呈現(xiàn)，是這部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。

（2）教學(xué)目標(biāo)分析

STEAM教育理念提倡整合式的教學(xué)方式，重視培養(yǎng)學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識(shí)技能的同時(shí)，能進(jìn)行靈活遷移解決真實(shí)問(wèn)題的能力。以項(xiàng)目化的形式融入到問(wèn)題當(dāng)中，在解決問(wèn)題的同時(shí)也將學(xué)習(xí)任務(wù)完成，從日常的學(xué)習(xí)過(guò)程中為發(fā)展科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程等方面的能力夯實(shí)基礎(chǔ)?？梢皂?xiàng)目式學(xué)習(xí)“自制簡(jiǎn)易照相機(jī)”為例，在物理學(xué)科教學(xué)中融入STEAM教育理念，將物理學(xué)科中的知識(shí)與科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程、藝術(shù)等知識(shí)進(jìn)行有機(jī)融合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)系統(tǒng)思維，提高藝術(shù)審美等方面的能力，充分利用物理學(xué)科實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，做到使物理生活化，讓有意義的學(xué)習(xí)真正發(fā)生。本研究從融合STEAM教育理念的角度，對(duì)該學(xué)習(xí)活動(dòng)的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了分析。完成這一學(xué)習(xí)活動(dòng)中涉及的STEAM知識(shí)能力結(jié)構(gòu)部分如圖1所示。

3.教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

（1）創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入項(xiàng)目主題

教師在課堂上播放用放大鏡、照相機(jī)、投影儀成像的動(dòng)畫(huà)，請(qǐng)學(xué)生仔細(xì)觀察看到物品的形狀特點(diǎn)。提問(wèn)學(xué)生這些物品同樣帶有凸透鏡，但為什么我們看到的效果會(huì)有差別呢？教師提示學(xué)生結(jié)合自己拍照時(shí)的經(jīng)歷進(jìn)行思考。

學(xué)生仔細(xì)觀察動(dòng)畫(huà)，并各自提出自己的猜想，結(jié)合自己在生活中的拍照經(jīng)歷，會(huì)很容易想到與焦距有關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：引入學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行猜想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引起他們對(duì)問(wèn)題的思考，從而引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自制照相機(jī)的過(guò)程來(lái)探究規(guī)律。

（2）提出任務(wù)，分析項(xiàng)目問(wèn)題

教師提出任務(wù)：以小組合作的方式制作一個(gè)能看清楚圖像的照相機(jī);給出任務(wù)的一些具體要求，比如材料選取的容易度;照相機(jī)模型的外觀設(shè)計(jì)、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的尺寸大小等，并嘗試用不同的方式呈現(xiàn)成像規(guī)律。

學(xué)生自由分組，討論制作選用的材料以及如何設(shè)計(jì)外觀等問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：教師給出制作的具體內(nèi)容和要求，能夠讓學(xué)生有目的地制訂接下來(lái)的項(xiàng)目計(jì)劃。

（3）執(zhí)行任務(wù)，開(kāi)展項(xiàng)目

學(xué)生在實(shí)際操作中盡量實(shí)現(xiàn)獨(dú)立制作任務(wù)，同時(shí)教師也要適時(shí)提供指導(dǎo)，事先可以提供給學(xué)生一些輔助性材料作為參考模板，其次是注意進(jìn)行階段性評(píng)價(jià)，不斷對(duì)實(shí)際操作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行解決與修正。

①完成導(dǎo)學(xué)清單

教師提供導(dǎo)學(xué)清單、照相機(jī)、凸透鏡、毛玻璃、課本、可以上網(wǎng)的電腦等材料，學(xué)生借助相關(guān)資料以小組合作的方式按時(shí)完成任務(wù)，并在組內(nèi)進(jìn)行交流，分享各自收集到的信息并進(jìn)行匯總，教師進(jìn)行補(bǔ)充糾正，如表1所示。

②思維導(dǎo)圖的制作

教師先示范如何用Xmind繪制有關(guān)照相機(jī)組成部分的思維導(dǎo)圖，照相機(jī)構(gòu)造如圖2所示，借此引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖的用途與制作方法。接著以“透鏡及其應(yīng)用”這一單元的知識(shí)點(diǎn)為主題，學(xué)生自由繪制思維導(dǎo)圖，如圖3所示。繪制完成后小組間相互溝通，對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行完善。教師進(jìn)行巡視觀察學(xué)生的完成情況，并適時(shí)給予指導(dǎo)。

③制作照相機(jī)的設(shè)計(jì)圖

教師展示一些制作好的樣本、相關(guān)的制作材料（如米尺、小刀、膠水、膠布、鉛筆、剪刀、凸透鏡、毛玻璃等材料），為學(xué)生搭建好相關(guān)的腳手架，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

學(xué)生依據(jù)繪制好的照相機(jī)結(jié)構(gòu)思維導(dǎo)圖對(duì)其結(jié)構(gòu)有一定了解，開(kāi)始進(jìn)行組內(nèi)討論繪制草圖的任務(wù)，確定設(shè)計(jì)圖紙的尺寸。然后以小組為單位將設(shè)計(jì)圖在全班進(jìn)行展示，共同對(duì)方案進(jìn)行可行性分析，不斷對(duì)方案進(jìn)行完善。

④制作項(xiàng)目進(jìn)度表

教師引導(dǎo)學(xué)生思考制作步驟，組間相互討論制定出進(jìn)度表，然后開(kāi)始進(jìn)入制作階段。教師進(jìn)行巡視指導(dǎo)，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生，并鼓勵(lì)他去幫助解決其他組遇到的問(wèn)題，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力;學(xué)生對(duì)實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行記錄，然后匯報(bào)各個(gè)階段的進(jìn)程，如表2所示。

⑤凸透鏡成像規(guī)律的總結(jié)

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)制作過(guò)程的收獲，按照方便理解記憶的原則對(duì)成像規(guī)律進(jìn)行總結(jié)展示，形式不限。比較常規(guī)的方式是作圖法，如圖4所示。其次是口訣記憶法，學(xué)生進(jìn)行一些簡(jiǎn)單口訣的編制，如凸透鏡成像，遠(yuǎn)縮小近放大;物近像遠(yuǎn)大，物遠(yuǎn)像近小;物遠(yuǎn)成實(shí)像，倒立縮小放大，物近成虛像，正立虛像放大。也可利用學(xué)生對(duì)游戲的癡迷程度，通過(guò)游戲的方式進(jìn)行規(guī)律的總結(jié)。比如讓學(xué)生在黑板上畫(huà)出凸透鏡、主光軸、焦點(diǎn)、二倍焦距的位置，一個(gè)學(xué)生拿著卡片1站在凸透鏡一邊的任意位置，另外一名學(xué)生找出相應(yīng)的卡片站在另一邊，完成一次成像。其他學(xué)生根據(jù)他們的位置關(guān)系說(shuō)出成像規(guī)律。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)小組合作的方式，借助“自制照相機(jī)”的實(shí)踐活動(dòng)，將透鏡單元的知識(shí)融入項(xiàng)目活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的靈活應(yīng)用。

（4）成果展示

學(xué)生對(duì)自己的成品進(jìn)行展示并分享在學(xué)習(xí)過(guò)程中的收獲，內(nèi)容包含圖紙的設(shè)計(jì)、最終的成品、制作過(guò)程中小組人員的任務(wù)分工以及如何協(xié)調(diào)組間關(guān)系等。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)分享培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力。

（5）評(píng)價(jià)與改進(jìn)

多元全方位立體化的評(píng)價(jià)有利于學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在成品改進(jìn)的過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生從藝術(shù)和實(shí)用層面著手，通過(guò)藝術(shù)與工程方面的改進(jìn)，最終的成品更加有益于培育具有創(chuàng)新思想的人才，如表3所示。

（6）項(xiàng)目反思體會(huì)

在制作照相機(jī)的過(guò)程中，應(yīng)突出對(duì)學(xué)生技術(shù)意識(shí)和工程思維的強(qiáng)化。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中教師要觀察學(xué)生在技術(shù)方面的掌握情況和存在的問(wèn)題，給予他們更多的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，關(guān)注學(xué)生在數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等方面的表現(xiàn)[14]，而不僅僅是停留在表層的知識(shí)理解層面。

六、結(jié)語(yǔ)

物理學(xué)科是一門(mén)注重實(shí)踐性的學(xué)科，強(qiáng)調(diào)學(xué)生探究性思維能力的培養(yǎng)。但是在應(yīng)試教育的思想禁錮下，教師過(guò)度講解的現(xiàn)象普遍存在，學(xué)生大都處于被動(dòng)接受的消極狀態(tài)，雖然學(xué)生的做題能力被訓(xùn)練得很好，但是在運(yùn)用物理知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新性、批判性思考問(wèn)題的能力方面卻處于弱勢(shì)地位。STEAM教育理念加入到初中物理教學(xué)過(guò)程，給予了學(xué)生更多的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，能夠培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)綜合分析，從系統(tǒng)的全局角度審視方案，并且用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度對(duì)方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，用精細(xì)的技術(shù)操作完成方案制作的能力，以及強(qiáng)化學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)和與人溝通交流的能力。

以透鏡成像的知識(shí)學(xué)習(xí)為例，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，大都是教師利用器材進(jìn)行演示，學(xué)生在一旁進(jìn)行觀看，學(xué)生的參與性并不高。而在STEAM教育理念下，可以引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)完成一個(gè)作品的制作，將作品制作與學(xué)習(xí)積極性進(jìn)行結(jié)合，提升自我效能感。同時(shí)，學(xué)生也在不斷探究的過(guò)程中對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)掌握得更牢固。為了使STEAM教育能夠更好地與物理學(xué)科進(jìn)行融合，教師還需更新教育理念，組建STEAM課程資源的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。總而言之，STEAM教育融入物理教學(xué)是智能時(shí)代的必然產(chǎn)物，也是未來(lái)物理教育發(fā)展的美好前景。

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（編輯：李曉萍）