翁宗琮

[摘要]文章闡述了在STEAM視角下如何引導學生利用小組合作的形式對傳統(tǒng)物理實驗進行改進，利用多種傳感器搭載Arduino主機板實現(xiàn)對物理實驗教學的輔助，提高課堂教學效率。讓學生在動手制作作品的同時對物理實驗的本質有更全面的了解，并能夠更加扎實地掌握物理知識。在對不同層次學生的訪談中了解到，學生普遍對融合STEAM教育的中學物理小組合作實驗很感興趣，尤其是對Arduino的廣泛應用興趣濃厚，這與初中生所具有的喜愛分享、喜歡展示自己的個性有很大的關系。此外，融合STEAM教育的中學物理實驗很大程度上允許學生自主探究和學習，這讓本來生硬的知識通過信息化的環(huán)境變得生動有趣，興趣成為學生學習物理知識的最大動力。

[關鍵詞]STEAM;中學物理;小組合作

[中圖分類號]G633.7? [文獻標識碼]A? [文章編號]1674-6058（2020）02-0043-03

一、問題的提出

新一輪基礎教育課程改革對教師與學生的平等對話提出了新的要求，教師所遵循的教學理念應該更注重在課堂上發(fā)揮學生的自主學習意識。在這種背景下，以小組合作形式構建的課堂教學模式可以讓學生成為學習的主題，教師轉為幕后導演，讓學生在互相合作的前提下激發(fā)創(chuàng)新意識，也讓學生更加認可自己作為學習主人的角色。另一方面，隨著近幾年STEAM教育的逐漸興起，STEAM教育所具有的自由探索、自由思考的優(yōu)勢讓廣大教育工作者開始關注并思考如何借鑒。如何在小組合作的背景下將STEAM教育與中學物理實驗更好地融合在一起是我們一直探索的問題。

二、STEAM教育的內涵

STEAM課程是美國政府主導的“項目引路PLTW”計劃所倡導的以科學、技術、工程、藝術和數(shù)學為核心的課程。STEAM教育主要以項目學習、問題學習為主要教學（學習）方式，引導學生通過合作與實踐，完成主題項目或解決生活中遇到的難題。STEAM教育是由STEM教育加入了藝術概念后發(fā)展而來，這種教育在美國、韓國和英國等國家八十年代便已開始興起，至今已有三十多年，積累了大量的素材和經驗。

STEAM教育具有多學科性、趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設計性、藝術性、實證性、技術性強等特征;STEAM教育以整合的教學方式，注重實踐和過程，強調解決真實問題，倡導“做中學”;STEAM教育強調創(chuàng)新與創(chuàng)造能力培養(yǎng)，注重知識的跨學科“遷徙”及其與學習者之間的關聯(lián)。

因此，在中學物理小組合作實驗過程中，融合STEAM教育理念，采用傳感器、3D打印等其他相關新技術，不僅能夠幫助學生更加直觀地理解物理實驗的本質，激發(fā)學習興趣，還能促進物理教師自身的專業(yè)發(fā)展。

三、物理小組合作實驗與STEAM教育融合的意義

（一）有利于拓展學生的創(chuàng)新思維

小組合作學習的核心就是以學生為主體，鼓勵學生以小組分工的形式開展學習，從而實現(xiàn)學習目標。在這種前提下，小組成員之間的思維碰撞與交流有利于創(chuàng)新火花的出現(xiàn)，以小組為單元的學習活動不僅效率更高，小組成員的互助、鼓勵，對物理問題的發(fā)現(xiàn)與解決具有更大的幫助。STEAM教育融入小組合作實驗，不僅能夠讓學生獲得課本上沒有的知識，還能在思考方式以及探究方法上尋得新的路徑。

（二）有利于培養(yǎng)學生的動手能力

學生在學習物理知識的過程中，如果僅僅依靠簡單的文字敘述和單調的習題訓練，很難內化為自身的知識。就好比騎單車，僅僅依靠文字描述和觀看單車的圖片，很難讓學生掌握騎單車的技巧。對物理這門學科，動手實驗就是掌握物理知識最直觀、最有效的方法。物理小組合作實驗不僅能夠讓學生從已有的知識經驗提煉出新的觀點，還能讓組內成員彼此借鑒不同的經驗，交流產生新的思維碰撞。STEAM教育融入小組合作實驗不僅能讓實驗的手段多樣化與新穎化，還能讓學生的思維深度得到有效拓展。

（三）有利于轉化學生的學習興趣

中學三年的學習時間不僅讓學生的邏輯思維得到較大的提升，還使得他們看問題的角度與深度也隨著時間的推移而變得更加多樣化，初中生所具有的好奇心與求知欲，如果能夠得到正確的引導，學習的效率將得到極大的提升。STEAM教育沒有固定的模式與器材，各種新穎的技術與物理實驗的融合點層出不窮，學生在學習的過程中，不僅能夠極大地滿足好奇心，還能把短時興趣逐漸轉化為長時興趣，最后變?yōu)閷ξ锢韺W科本身的興趣。

四、STEAM視角下中學物理小組合作實驗的實施

（一）培訓

利用第二課堂對學生進行相關培訓：首先講授STEAM教育理念等理論知識;然后對學生進行創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維的培訓，并指導學生學習科技文獻、科技論文，在此基礎上，培養(yǎng)學生Arduino套件組裝能力和基礎軟件編程技能等，并讓學生學習制作作品及相關工作的基本流程;接著進行基本動手技能的訓練，包括各種工具、測量儀器等設備的選擇與使用，在原有基礎作品上，增加一個至兩個新功能;最后進行探索式主題活動，以合作小組為單位對中學物理實驗的有關主題內容進行合作探究，嘗試制作具有個性特點和創(chuàng)新特點的物理作品。

（二）制作

引導學生對現(xiàn)有的物理實驗進行思考，看看是否有可以改進的地方，是否可以借助STEAM技術使實驗變得更加直觀，并以小組為單位圍繞某一實驗進行討論。找到可以改進的實驗后，以小組分工合作的形式進行材料尋找、制作、調試等步驟，最終制成一個合適的作品。

（三）評價

作品完成以后，以小組為單位，先進行自我評價，主要圍繞是否對原有的物理實驗有所改進，改進的地方是否合理等進行評價。然后由小組長帶領組員在課堂上進行演示，邀請全班同學進行評價與改進，觀察作品的實際教學效果。

五、STEAM視角下中學物理小組合作實驗的實施案例

（一）3D打印音調演示裝置