福建省晉江市西濱中學(xué) 王振欽

技術(shù)創(chuàng)新能力日益成為全球各國競爭的重要因素。面對(duì)激烈的國際競爭，如果不推進(jìn)自主創(chuàng)新，一味依賴技術(shù)引進(jìn)，就永遠(yuǎn)落后于人。只有提高教育質(zhì)量，才能培養(yǎng)創(chuàng)新人才。要全面提高教育質(zhì)量，必須通過課程文化、知識(shí)體系和教育方式的改變推進(jìn)我國基礎(chǔ)教育課程改革，推進(jìn)創(chuàng)新型人力資源的開發(fā)進(jìn)程。在這一進(jìn)程中，堅(jiān)持培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，是打破我國教育發(fā)展瓶頸的必經(jīng)之路。隨著核心素養(yǎng)的提出，在學(xué)科教學(xué)中提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是每一個(gè)學(xué)科教師義不容辭的責(zé)任?！翱茖W(xué)探究”作為物理、化學(xué)、生物學(xué)等科學(xué)課程共同提出的學(xué)科核心素養(yǎng)，可以說是科學(xué)課程中最為重要的核心素養(yǎng)維度。以物理課程為例，物理課程中實(shí)驗(yàn)是不可缺少的一部分，物理教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，通過引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)探究精神，可以提升學(xué)生在實(shí)踐中解決問題的能力，這與教育改革目標(biāo)中強(qiáng)調(diào)的培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)發(fā)展能力是一致的。在物理教學(xué)過程中，如何更好地發(fā)揮這“不可缺少的一部分”的價(jià)值，是值得深入探討的。本文提出了STEAM 理念下趣味實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用，力圖通過對(duì)STEAM 理念的貫徹，提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究方面素養(yǎng)的發(fā)展。

一、問題的提出

古往今來，人類社會(huì)的進(jìn)步都是伴隨著科學(xué)和科技的進(jìn)步。特別是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，為社會(huì)和人類文明的發(fā)展創(chuàng)造了更廣闊的空間，有力地促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)可以通過豐富勞動(dòng)者的文化知識(shí)來提高勞動(dòng)者的技能。物理學(xué)科就是科學(xué)和技術(shù)的關(guān)鍵學(xué)科，物理學(xué)科的發(fā)展對(duì)社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)具有舉足輕重的作用。物理作為當(dāng)代教育領(lǐng)域重要學(xué)科，由于其學(xué)科的特殊性，是以物理原理作為基礎(chǔ)展開探究實(shí)驗(yàn)的一門課程，帶有一定的抽象性，需要學(xué)生具備較強(qiáng)的邏輯性思維能力。綜合當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，在物理教學(xué)過程中，普遍存在一些問題，如學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)不足、缺少創(chuàng)新性及難以實(shí)現(xiàn)新知識(shí)遷移等諸多方面問題，因此在全面落實(shí)物理課程教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，要加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力和知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)，在一些可以培養(yǎng)學(xué)生思維創(chuàng)新的場(chǎng)景下，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性得到提高，從而在自主探究中提升學(xué)習(xí)和思考的能力。在以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)中，可以更好地確定實(shí)驗(yàn)的任務(wù)、方案，同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效的交流和溝通。

基于這樣的現(xiàn)實(shí)背景，我們?cè)谖锢韺W(xué)科教學(xué)中，要積極創(chuàng)新教學(xué)理念。STEAM作為一種教學(xué)理念，是20 世紀(jì)末期，美國教育學(xué)界提出的。STEAM 理念，涵蓋科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科在教學(xué)實(shí)踐中整合成以新技術(shù)為載體的一種創(chuàng)新型教育理念。在STEAM 理念下，將趣味物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于中學(xué)的物理教學(xué)實(shí)踐中，改變了過去傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式，也避免了一些模式化的實(shí)驗(yàn)步驟帶給學(xué)生的枯燥感，最大化地提升了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的積極性和主動(dòng)性。該理念以項(xiàng)目活動(dòng)實(shí)踐為載體，實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)生活化教學(xué)，這是物理教育工作者重要的研究方向。

二、STEAM 理念下趣味實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)中的生活化教學(xué)過程，與STEAM 理念實(shí)現(xiàn)相融合，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的作用，在物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的組織中，利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，從而培養(yǎng)思維創(chuàng)新性人才。

1.實(shí)驗(yàn)生活化，培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中的實(shí)踐能力。

物理是與生活緊密聯(lián)系的，例如學(xué)生在生活中很容易觀察到光的一些現(xiàn)象，也能在生活中運(yùn)用所學(xué)的光的有關(guān)知識(shí)。這種聯(lián)系凸顯了物理實(shí)驗(yàn)的價(jià)值，也對(duì)物理實(shí)驗(yàn)生活化有所啟發(fā)。而且，這種聯(lián)系指向的是學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。學(xué)生在物理學(xué)習(xí)的過程中，形成的思維品質(zhì)與實(shí)踐能力，稱為物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，這是學(xué)生在經(jīng)過學(xué)習(xí)后，內(nèi)化形成的學(xué)科品質(zhì)，這其中涵蓋了物理理論、探究精神、思維品質(zhì)與科學(xué)態(tài)度等方面。初中物理在實(shí)驗(yàn)中，利用實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，是培養(yǎng)學(xué)生這一核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)，展開認(rèn)真地分析，從而對(duì)物理規(guī)律形成正確的認(rèn)識(shí)，利用物理實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象對(duì)事物的本質(zhì)有更科學(xué)的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)的實(shí)踐中，物理教師要始終將學(xué)生的真實(shí)感受作為前提，在尊重事物發(fā)展規(guī)律的前提下，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)與生活情境的結(jié)合，切實(shí)發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)的良好效應(yīng)。我們以光的折射這一小實(shí)驗(yàn)為例，當(dāng)光在不同介質(zhì)中折射時(shí)，不會(huì)沿著直線一直傳播，也會(huì)出現(xiàn)偏折，所以我們可以在一些具體的活動(dòng)中，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，這樣不僅可以體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，還進(jìn)一步驗(yàn)證了一些物理現(xiàn)象，進(jìn)而鞏固了物理學(xué)科核心素養(yǎng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主要地位。

2.踐行核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，與STEAM生活化理念相融合。

生活的復(fù)雜性決定了單一的學(xué)科知識(shí)難以解決生活中所遇到的各色各樣的問題。圍繞生活的復(fù)雜性，在不同的學(xué)科方向中發(fā)展學(xué)生的能力、態(tài)度和價(jià)值觀念勢(shì)在必行。STEAM 理念中的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等都與初中物理有著不同的交集。根據(jù)STEAM 理念開展物理實(shí)驗(yàn)，針對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和合作能力。從認(rèn)知發(fā)展理論來看，初中生有著十分豐富的抽象思維能力，為了讓這一能力更賦有一定的價(jià)值，STEAM 的組織活動(dòng)中，教師可以讓學(xué)生們通過合作學(xué)習(xí)的方式，燃起學(xué)習(xí)物理和探究物理的興趣。當(dāng)前很多初中生，對(duì)物理學(xué)習(xí)興趣不高，缺少一定的主動(dòng)性，為了更好地解決這樣一個(gè)普遍的現(xiàn)象，教師要善于掌握初中生的個(gè)性特點(diǎn)，針對(duì)性地引導(dǎo)學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)探究精神和態(tài)度。運(yùn)用STEAM 教學(xué)理念，不僅可以對(duì)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行有效的匯總和整合，還能針對(duì)初中生的思維特征，來加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新合作意識(shí)的培養(yǎng)，提出了學(xué)生學(xué)習(xí)中的主體地位，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的知識(shí)整合，培養(yǎng)小組合作的能力，提高和優(yōu)化針對(duì)處理問題的能力。

三、基于STEAM 教育理念的初中物理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

近年來，隨著科學(xué)知識(shí)體系的完善和穩(wěn)固，科學(xué)知識(shí)被廣泛地應(yīng)用在人們的生活中，為人們解決各種問題提供了更好的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)知識(shí)服務(wù)人類生產(chǎn)生活的需求。基于此，技術(shù)素養(yǎng)也成為諸多學(xué)者重點(diǎn)研究的話題，從一定程度來說，物理學(xué)科的教學(xué)就要突破過去原有的界限，積極運(yùn)用新的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，來讓學(xué)生面對(duì)生活實(shí)踐的問題有更好的能力。學(xué)生的發(fā)展建立在更為系統(tǒng)、綜合的探究活動(dòng)之上才能充分發(fā)揮STEAM 的價(jià)值。因此，我們?cè)诨赟TEAM 教育理念的初中物理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中，要轉(zhuǎn)變觀念和思路，鼓勵(lì)學(xué)生自主探索與創(chuàng)新，從而可以讓學(xué)科知識(shí)與生活更好地融合和滲透。STEAM 教育的出現(xiàn)很大程度上避免了各學(xué)科之間的分裂和對(duì)立，凸顯了更加適應(yīng)學(xué)生發(fā)展的教學(xué)理念，為核心素養(yǎng)落實(shí)提供了一個(gè)思路清晰的方向。

在教學(xué)實(shí)踐中，圍繞相關(guān)的問題開展教學(xué)設(shè)計(jì)，要注意結(jié)合STEAM 理念中涵蓋的內(nèi)容，并著力將這些內(nèi)容深度融合進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)中并形成具體的教學(xué)設(shè)計(jì)。從這個(gè)角度看，對(duì)其展開進(jìn)一步的分析與探討，具體如下：

1.“S”趣味導(dǎo)入，有效檢驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。

STEAM 中的“S”，指的是科學(xué)（Science），即學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)態(tài)度。無論教師采取哪些教學(xué)用具，選用哪種教學(xué)方式，都應(yīng)該以學(xué)生的認(rèn)知能力、心理年齡等方面作為主要依據(jù)，采用一定的模式進(jìn)行教學(xué)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們以“靜電觸電”實(shí)驗(yàn)為例。教師在學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)定后，還要關(guān)注學(xué)生是否明白靜電觸電需要具備什么樣的條件，同時(shí)讓學(xué)生思考日常生活中可以見到的一些觸電、靜電的小常識(shí)。學(xué)生通過掌握靜電的規(guī)律，結(jié)合學(xué)科知識(shí)，以生活中的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)有效的聯(lián)系，展開實(shí)驗(yàn)。比如可以將把塑料飛盤用洗衣粉洗刷、沖凈、曬干，再準(zhǔn)備一塊圓形鐵片，大小比飛盤略小，在其中打一小孔，用20 厘米長的絲線穿過小孔將它拴住，用一塊干燥的毛皮用力摩擦圓盤的內(nèi)側(cè)，然后迅速拿開，再用手提著絲線的一端（這是為了不使手與鐵片接觸），將鐵片放入圓盤內(nèi)，這樣圓盤上的電荷將聚集到鐵片上，用手指去靠近鐵片時(shí)，會(huì)有微麻的感覺，這種時(shí)候，學(xué)生就會(huì)很興奮，教師在這種情況下結(jié)合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，啟發(fā)學(xué)生關(guān)于物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)真理的探究。

2.“T”有效設(shè)計(jì)，完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的有力保證。

物理教師在開展趣味實(shí)驗(yàn)的過程中，增強(qiáng)學(xué)生的親身經(jīng)歷是十分重要的，這就需要利用多樣化的手段來保證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順利有效的開展。同樣，我們以光的折射實(shí)驗(yàn)為例。教師可以將學(xué)生進(jìn)行分組，每組學(xué)生注意觀察光斜射到水面的狀況，提前準(zhǔn)備好的亞克力箱外部畫上十字架的標(biāo)記，將適量的茶水注入亞克力箱，水的表面上利用噴煙裝置放出一些煙霧，這樣可以讓學(xué)生對(duì)散射現(xiàn)象有一個(gè)直觀地了解，從而對(duì)光路有更好的了解。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，會(huì)發(fā)現(xiàn)光發(fā)生了偏折（同時(shí)也能觀察到反射），解決了一些疑問，也驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。

3.“E”精準(zhǔn)開展趣味實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)性與生活性。

“E”，即工程（Engineering），指關(guān)于物理學(xué)科和工程相關(guān)的一些內(nèi)容。教師在開展趣味物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中各自承擔(dān)不一樣的任務(wù)。教師通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生能夠結(jié)合實(shí)驗(yàn)的開展，解決實(shí)際出現(xiàn)的問題，讓學(xué)生在趣味實(shí)驗(yàn)中可以體驗(yàn)一定的情境。如在懸浮的實(shí)驗(yàn)中，孩子們最先想到的都是街頭的魔術(shù)表演，此外還有現(xiàn)代化技術(shù)磁懸浮列車。那么在物理實(shí)驗(yàn)中如何來展示磁懸浮？首先，教師可以在磁鐵下面依次放置玻璃瓶蓋、玻璃板和磁陀螺。當(dāng)陀螺旋轉(zhuǎn)，將玻璃板緩緩抬起，將瓶蓋撤走，會(huì)發(fā)現(xiàn)陀螺在空中旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，物理教師要結(jié)合工程性的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)精心設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)性與生活性，來給學(xué)生演示磁懸浮。為了增加實(shí)驗(yàn)的趣味性，還可以讓學(xué)生扮演魔術(shù)師來表演這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

4.“A”“E”個(gè)性化的方式，整合能力評(píng)價(jià)體系。

“A”“E”，指的是STEAM 中的藝術(shù)（Arts）與數(shù)學(xué)（Mathematics）。在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中離不開切實(shí)可行的能力評(píng)價(jià)體系，這些都是立足于學(xué)生解決問題的能力基礎(chǔ)上的，需要結(jié)合過程中展開個(gè)性化的結(jié)果評(píng)價(jià)。物理實(shí)驗(yàn)的趣味性離不開生活化，這就需要在物理實(shí)驗(yàn)中融入一定的藝術(shù)審美和數(shù)學(xué)思維。物理教學(xué)中，離不開數(shù)形結(jié)合的思維方式。比如在實(shí)驗(yàn)過程中，通過使用數(shù)學(xué)中的一些圖像，可以清晰地將物理現(xiàn)象與知識(shí)之間的關(guān)系表現(xiàn)出來。我們需要結(jié)合數(shù)學(xué)圖像來理順物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推導(dǎo)，一是明確數(shù)學(xué)圖像中的一些物理量，二是明白坐標(biāo)的一些數(shù)值，三是清楚圖像表達(dá)的物理意義，四是可以對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的一些數(shù)據(jù)展開計(jì)算或者判斷，這些都是數(shù)學(xué)思維的體現(xiàn)。在物理教學(xué)過程中，時(shí)常會(huì)用到數(shù)學(xué)的逆向思維能力，和原來傳統(tǒng)的思維邏輯相反，比如邏輯反向、順序反向或者路徑反向等。在物理實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用個(gè)性化的方式來體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從一定程度上體現(xiàn)了物理趣味實(shí)驗(yàn)的技術(shù)性與開放性。

初中物理教學(xué)過程中，在趣味實(shí)驗(yàn)中，有效融入學(xué)生的認(rèn)知，就需要學(xué)生能夠正確理解物理概念，能夠找到實(shí)驗(yàn)與學(xué)科知識(shí)的交叉點(diǎn)。教師在將實(shí)驗(yàn)融合的過程中，也要注重形式的呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)具有可行性的學(xué)習(xí)情境，幫助學(xué)生在各種不同的情境中，可以養(yǎng)成解決問題的能力，從而實(shí)現(xiàn)元認(rèn)知的發(fā)展，掌握解決問題的能力和方法。

總而言之，在初中物理課程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，引入STEAM 教育理念，對(duì)當(dāng)前教育改革有著積極的作用，除了培養(yǎng)學(xué)生一定的實(shí)踐能力之外，還提升了學(xué)生的綜合素養(yǎng)，更符合趣味性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)，也體現(xiàn)了物理這一學(xué)科的特性。因此，物理教師在教學(xué)過程中，要切實(shí)將STEAM 教育理念與物理學(xué)科和核心素養(yǎng)要求有效融合，讓學(xué)生通過趣味實(shí)驗(yàn)，養(yǎng)成解決問題的能力，增加更多解決實(shí)際問題的能力。在今后的教育教學(xué)工作中，將進(jìn)一步提升趣味實(shí)驗(yàn)中與STEAM 有關(guān)因素的融合力度，開發(fā)更貼近學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的資源和案例，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。