林曉

摘? 要：STEAM課程與“跨學科實踐”活動理念存在許多一致性，都強調(diào)在實踐中綜合認知所涉及的知識，在真實的情境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題?！皼_浪紙飛機”是中小學常見的STEAM課程，從2022年物理課標出發(fā)對其重新設計，使其成為立足于物理學科的跨學科實踐活動。

關鍵詞：沖浪紙飛機；STEAM課程；跨學科實踐活動

STEAM課程，是指由科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等學科共同構成的跨學科課程。它強調(diào)知識跨界、場景多元、問題生成、批判建構、創(chuàng)新驅動，既體現(xiàn)出課程綜合化、實踐化、活動化的諸多特征，又反映了課程回歸生活、回歸社會、回歸自然的本質訴求[ 1 ]。

《義務教育物理課程標準2022版》（以下簡稱《2022課標》）在課程內(nèi)容中增加了一級主題“跨學科實踐”。該主題包含“物理學與日常生活”“物理學與工程實踐”“物理學與社會發(fā)展”三個二級主題。 這部分內(nèi)容的設計旨在發(fā)展學生跨學科應用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力，培養(yǎng)學生積極認真的學習態(tài)度和樂于實踐、敢于創(chuàng)新的精神[ 2 ]。

1? STEAM課程與跨學科實踐活動一致性

STEAM課程與“跨學科實踐”都包含跨學科活動，理念存在許多一致性。兩種課程都強調(diào)在實踐中綜合認知所涉及的知識，在真實、綜合的情境中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。教師為學生設立的任務多源自生活或工程，涉及多種復雜的運動形式，各種物理、非物理的因素常常交織在一起。

傳統(tǒng)的物理實驗存在局限性，實驗過程經(jīng)過教師加工，過濾了干擾因素，以純粹形式進行。學生明確探究的問題在某個單元，觀察的重點與研究方法均已設定，學生學習中形成的實驗探究、科學思維等核心素養(yǎng)局限于物理本學科。然而，學生在STEAM與“跨學科實踐”活動中面對的問題沒有學科限定，更沒有單元設定，在任務目標指引下學生面對的問題層出不窮，學生在解決問題過程中需要對自身已有的知識體系拆散組合，形成新任務的知識體系。學生在整合新知識體系的過程中，對學生鞏固舊知識，認識新知識，培養(yǎng)評價、創(chuàng)新等高階思維，形成關鍵能力影響深遠。

2? STEAM課程與跨學科實踐活動不同點

2.1? 出發(fā)點不同

STEAM課程是隨著社會發(fā)展，為適應紛繁復雜工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需要，突出培養(yǎng)學生關鍵能力而產(chǎn)生的課程。而“跨學科實踐”課程是《2022課標》中的一個主題，這決定了課程目標是依據(jù)核心素養(yǎng)及學生身心發(fā)展特點，體現(xiàn)育人價值，培養(yǎng)學生適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力[ 2 ] 2。

2.2? 課時安排不同

“跨學科實踐”課程占物理總課時的10%，這就決定了“跨學科實踐”課程內(nèi)容立足于物理本學科，難度及復雜程度應與學情、校情相符。STEAM課程沒有這方面的限制，有的需要較長時間學習與制作。如：“機器人”類課程集合了編程、自動化、傳感器、機械安裝等內(nèi)容，綜合性很強，在培養(yǎng)學生科學思維和動手能力方面效果很好，但這類課程內(nèi)容復雜，完成時間長，成本高，不適合課堂教學推廣。

2.3? 內(nèi)容不同

《2022課標》明確了跨學科實踐的內(nèi)容。有些直接來自于課本內(nèi)容，如：了解新材料的特點及應用。有些與學生成長息息相關，如：能用物理及其他學科知識解釋與健康、安全等有關的日常生活問題。有些培養(yǎng)學生家國情懷，如：了解我國古代科技，了解我國科技發(fā)展的成就，增強科技強國的責任感與使命感[ 2 ] 34-36。雖然學?？梢詮男１窘嵌冗x擇不同情境的素材，但素材內(nèi)容需要符合課標要求，不增加學生負擔。STEAM課程傳入中國多年，教育工作者開發(fā)了許多相關課程，形成眾多優(yōu)秀的課程體系。如：機器人類、工程機械類、自動化控制類等，并非所有課程都符合《2022課標》跨學科實踐的內(nèi)容要求。

STEAM作為一種重實踐的教育理念，孕育了許多優(yōu)秀的課程資源，在培養(yǎng)孩子的綜合素養(yǎng)方面成效斐然?？鐚W科實踐活動作為《2022課標》新增內(nèi)容，可以借鑒STEAM教育資源，設計符合義務教育階段開展的課程。

筆者以航空模型中的非遙控類飛行器“沖浪紙飛機”為例，闡述從STEAM課程到跨學科實踐活動的幾點思考，以期讓跨學科實踐從選題到過程設計，能吸收STEAM教育中優(yōu)秀成果，為學生發(fā)展核心素養(yǎng)，為教師開展跨學科實踐活動提供參考。

3? 沖浪紙飛機

3.1? 項目選擇

航空模型大體可以分為遙控類與非遙控類。遙控類如：多軸無人機、直升機、遙控固定翼飛機等。非遙控類多為各類自由滑翔機。遙控類模型一般是成品組裝，制作方面收獲較少，更多是收獲操控的樂趣。有一種花式特技模型（F3P）與STEAM理念相符，用密度小的發(fā)泡板材切割后組裝而成，加工方便，學生可以自由設計模型，從結構受力分析、動力配置、電路安排到外觀美化均能體現(xiàn)學生綜合分析能力和創(chuàng)新意識，但該項目復雜且具危險性，不適合作為校內(nèi)課程。

非遙控類的各式飛行器適合作為中學STEAM課程。該類飛行器出手后不再操控，就要求所有的問題需要在出手前給予解決。諸如空氣動力外形、結構強度、制作精度、飛行空域氣象條件、起飛狀態(tài)等問題，都要求學生周到考慮并解決。地上的每一個不認真造成的錯誤都會在離手后的飛行中暴露，甚至造成墜機結果。因此，此類課程在培養(yǎng)學生嚴謹認真科學態(tài)度和有責任擔當良好品格方面，是優(yōu)良的課程資源。

“沖浪紙飛機”是適合初學者的一種非遙控飛行器，制作簡單、拓展空間大，這類型STEAM課程適合改造后設計成跨學科實踐活動課程。圖1是市面上常見的一款“沖浪紙飛機”，其材料采用輕薄的紙，經(jīng)過裁剪折疊制作成飛翼布局紙飛機。學生先將紙飛機向前擲出，再在后方用平板以合適角度跟進，紙飛機在上升氣流作用下保持平飛狀態(tài)。飛行原理類似于沖浪運動，所以命名為沖浪紙飛機。

3.2? STEAM課程設計——“沖浪紙飛機”

現(xiàn)從STEAM理念出發(fā)分析該課程設計意圖，如表1。

“沖浪紙飛機”項目外觀看似簡單，制作也不復雜，但它屬于小制作大智慧。該項目在小學階段是一個簡單的以手工和飛行為主的綜合實踐課程，但在初中階段，學生思想和行為越發(fā)理性，教師備課應在學生能力可能達到的區(qū)間盡量開發(fā)項目教育價值，STEAM理念在這方面有成熟體系。教師從STEAM理念出發(fā)進行多維度設計課程，挖掘拓展項目資源的內(nèi)涵，實現(xiàn)課程育人功能最大化。

3.3? ?《2022課標》跨學科實踐—“沖浪飛機”

“沖浪紙飛機”項目是優(yōu)良的STEAM課程，現(xiàn)從《2022課標》理念出發(fā)對“沖浪紙飛機”項目進行重新設計，使之符合跨學科實踐課程要求，具體變化如下。

3.3.1 材料：紙→塑料泡沫

《2022課標》要求跨學科實踐結合實例了解新材料的特點及其應用，了解新材料的研發(fā)與應用對社會發(fā)展的影響[ 2 ] 35 。“沖浪紙飛機”課程使用套材提供的紙，該紙密度小，很輕薄，但生活中不常見。隨著科技發(fā)展，航空材料不斷迭代更新，由最初木材、鋁合金到復合材料、鈦合金等材料在航空領域應用，該過程見證了社會科技水平的進步。若課中材料由商品套材提供而不是學生自主尋找，則會影響課程價值。教師可以讓學生課前了解航空材料發(fā)展史，未來發(fā)展方向及生活中與之相關的產(chǎn)品（羽毛球拍、釣魚竿、自行車、高鐵動車等），認識密度、彈性、硬度、耐熱、抗疲勞等材料性質，形成調(diào)查報告。課中教師讓學生討論身邊可能作為制作飛機的材料，再推出物流包裝常用的泡沫塑料。學生基于課前了解，課中討論方向明確，課堂教學效率可以獲得提高。教學設計增加材料選擇，讓學生在日常生活中發(fā)現(xiàn)物理，了解物理學與社會發(fā)展的關系，實現(xiàn)《2022課標》理念落地。

3.3.2 材料加工：折疊→熱切割+裁剪

套材“沖浪紙飛機”將紙折疊成飛翼形狀，過程主要體現(xiàn)手工技術，與物理觀念關聯(lián)不多。泡沫塑料加工過程相對復雜，在學生認知中普遍認為用刀、鋸或銼刀進行冷加工。然而“沖浪飛機”要提高飛行成績，就需要降低翼載荷，即為了減重機翼需要切割得很薄，1 mm以下，這么薄的厚度冷切割完成不了。解決加工難題，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維很好的機會。實踐活動中采用如圖2所示裝置進行加工，通過調(diào)節(jié)電阻絲與絕緣板之間距離，可以切割出0.5 mm厚的泡沫塑料板。

熱切割方法與物理觀念緊密聯(lián)系，學生學習過電流熱效應，利用電阻絲發(fā)熱熔化泡沫塑料。為了提高切割速度，根據(jù)焦耳定律，可以增加電壓增大電流。但電壓過大可能導致電源過載“跳閘”。電阻絲選擇橫截面積不同的合金絲，細的電阻絲電阻大，切割時的壓強大，但過細容易斷。因此需要在實踐中尋找最佳搭配。學生選擇合理配置的過程，也是物理觀念應用的過程。

“沖浪飛機”項目中還有幾處與《2022課標》中課程內(nèi)容相關。如：①電熱絲加熱后由于熱膨脹會變長，可以通過先通電再固定電熱絲予以解決。②切割過程會產(chǎn)生塑料細絲，類似糖漿拔絲，這說明塑料是非晶體，熔化過程逐漸變軟，沒有固定熔點。③電阻絲固定在平整且硬度合適的絕緣板上，實踐中使用4 mm厚環(huán)氧樹脂玻璃纖維絕緣板，這是電工常用的材料，硬度好而且表面光滑摩擦力小。④電阻絲選擇在初中電學要求范圍內(nèi)，教師提供“0.15 mm（直徑） 61 Ω/m、0.2 mm 35 Ω/m、0.25 mm 22 Ω/m、0.3 mm 15 Ω/m”或其他規(guī)格的鎳鉻合金電阻絲讓學生選擇，學生結合參數(shù)計算電路安全性，選擇合理配置。還可以讓學生從能量觀和變阻器安全方面思考，能否用滑動變阻器進行限流調(diào)制。

在泡沫塑料熱加工過程會不斷地出現(xiàn)意想不到的問題，這是將物理放置于跨學科活動中必然會遇到的，這也正是跨學科活動的魅力。在《2022課標》要求的范圍內(nèi)，利用物理觀念在實踐中解決問題，對科學思維和科學探究能力也是鍛煉提升的機會。

3.3.3 外形：飛翼→開放設計

有了理想泡沫塑料薄板，學生根據(jù)飛鳥、昆蟲或航空器進行設計“沖浪飛機”，由于初中階段對飛行器設計原理不做要求，學生以模擬設計為主，教師再使用配重調(diào)整重心和舵面調(diào)整俯仰兩方面進行指導。圖3是一個仿生“沖浪蝴蝶”，配重設計非常巧妙，用密度大的細銅絲做成蝴蝶觸角，兼具配重和防撞功能，而且配重還與整體設計融為一體。觸角下彎及翅膀折出上反角均是為了降低重心增加飛行穩(wěn)定性。蝴蝶尾部留有可調(diào)節(jié)的舵面。翅膀模仿我國傳統(tǒng)風箏圖案進行彩繪，體現(xiàn)傳統(tǒng)文化中人與自然和諧的美。這些設計理念與STEAM教育理念相同，整體設計達到藝術與科學、技術融合，同時也是對《2022課標》中培養(yǎng)學生德智體美勞全面發(fā)展，增強文化自信要求的呼應。

3.3.4 評價：飛行數(shù)據(jù)→靜態(tài)外觀+飛行數(shù)據(jù)

《2022課標》指出學習評價以學生發(fā)展為本，以素養(yǎng)為導向，要發(fā)揮評價的育人功能?？鐚W科實踐活動的評價應具有綜合性、實踐性、開放性[ 2 ] 44 。 “沖浪紙飛機”以留空飛行時間與最后撞擊靶標的精準度作為評價標準，飛行成績可以客觀反映出制作過程與控制飛機技巧水平高低。但評價只用飛行成績單一呈現(xiàn)，不夠全面。影響飛行的因素很多，人員緊張、體能、環(huán)境氣流都有可能成為影響因素，還有部分學生藝術水平高，外觀彩繪很美，也需要給予肯定，因此構建多樣評價方式是必要的。 在“沖浪飛機”項目中使用飛行成績與過程性評價相結合，具體評價如表2。

熱切割工藝體現(xiàn)學生對物理觀念的應用，是制作紙飛機關鍵難點，是過程性評價重要環(huán)節(jié)。優(yōu)秀的作品離不開良好的外觀，外觀精細程度可以反映學生制作工藝水平，設置外觀藝術分可以促進學生對美的追求。飛行環(huán)節(jié)設置兩個項目目的是增加飛行評價多元性。“沖浪飛機”由于翼載荷小，飛行速度慢，在室外飛行容易受風影響，應選擇風速小的時段進行。通過實地感受室外氣流不確定性，在教學中讓學生思考當?shù)赝ǔＪ裁磿r段風速最小，上升氣流什么時段容易出現(xiàn)，實現(xiàn)實踐活動與地理跨學科融合。

以上是對STEAM課程“沖浪紙飛機”項目進行重新設計的過程，目的是為了使其符合《2022課標》要求。在課時安排中，可以先完成套材“沖浪紙飛機”項目，再以開放的教學模式進行“泡沫塑料飛機”跨學科實踐活動。這樣安排有助于學生先熟悉沖浪飛機原理，使學生認知狀態(tài)處于活躍期，從而有助于在后面的實踐活動中進行自主學習，實現(xiàn)學習過程從被組織狀態(tài)向自組織狀態(tài)轉變[ 3 ]。

STEAM課程與《2022課標》中的跨學科實踐活動均對促進學生全面發(fā)展，形成核心素養(yǎng)產(chǎn)生深遠的積極作用，二者沒有優(yōu)劣之分，只是課程設計立足點不同。立足于初中物理學科的跨學科實踐活動在《2022課標》中首次單獨作為一級主題提出，課程設計充滿開放性，一線教師利用STEAM課程資源中成熟的案例以校為本進行開發(fā)，必然會設計出更多的課程資源。

參考文獻：

［1］ 趙慧臣，陸曉婷. 開展STEAM教育，提高學生創(chuàng)新能力——訪美國STEAM教育知名學者格雷特·亞克門教授[J]. 開放教育研究，2016，22（5）：4-10.

［2］ 中華人民共和國教育部. 義務教育物理課程標準（2022年版）[S]. 北京：北京師范大學出版社，2022：34.

［3］ 邢紅軍.物理教學論[M]. 北京：北京大學出版社，2019：128-129.