STEAM教育与高中物理实验教学融合的策略研究

摘要：在学科融合的背景下，STEAM教育理念迅速发展，得到了高中物理教师的广泛应用。这一理念倡导科学、技术、工程、艺术、数学的融合，主张突破学科间的边界，将各领域的知识技能应用到物理教学过程中。在STEAM理念下开展高中物理实验教学时，教师需要挖掘物理实验中的STEAM元素，巧用现代化的实验软件，对常规的实验教学任务做出创新，引导学生综合运用各科的知识技能。

关键词：STEAM教育；高中物理实验教学；教学融合

引言

STEAM教育理念的推行，带动了新一轮的教学变革，给高中物理实验教学带来了新启示。为了实现STEAM教育与物理实验教学的有效融合，教师应打破传统的物理实验教学模式。将科学、技术、数学、工程等领域的内容融入到实验中，用综合性的实践活动驱动学生，促使他们将各科知识融会贯通，综合运用各科的知识技能做物理实验，切实加深其对物理实验的理解，以实现个人综合素养的进一步发展。

一、STEAM教育对高中物理实验教学的启示

在跨学科的教育背景下，STEAM是一种十分重要的教学理念，它注重不同学科的交叉与融合，主张将科学、技术、工程、艺术、数学领域的知识技能融合到一起。这一理念的发展与应用，引领了高中物理实验教学的变革，也给教师带来了新的教学思路。STEAM教育具有跨学科的特性，在该理念下设计高中物理实验时，教师需要着重加强学科之间的互动，用综合性的实验任务驱动学生，引导其同时应用各领域的知识技能，实现科学、工程、技术、数学、艺术素养的同步进阶。另外，STEAM教育看重教学过程中的实践性和合作性。这意味着，开展高中物理实验教学时，应该坚持以学生为主体。根据学生的认知水平与实践能力，合理设计高中物理实践活动，充分激活学生的实践积极性，让其参与到实际的实验过程中，引导学生在亲身实践中掌握新知，以促进其知识应用能力、问题解决能力和团队合作能力的提升，让学生获得更全面的发展[1]。

二、STEAM教育与高中物理实验教学相融合的有效策略

（一）挖掘STEAM元素

要想实现STEAM教育、物理实验教学的融合，较为重要的一步就是整合物理课程教学中的科学、技术、工程、艺术、数学等多学科元素。只有明确找到跨学科元素，才能有序推进后续的STEAM教育，以保障物理实验教学的高质量落实。以高中物理“探究自由落体运动规律”这一实验为例，在正式开展STEAM实验教学前，教师应根据教材中对该实验的叙述，结合实验过程、教学目标等关键性的要素，挖掘实验中所蕴藏的STEAM元素。通过分析物理教材可以发现，这一实验中的STEAM知识分别体现在以下方面。科学元素：包括自由落体运动知识、重力知识和动力知识。工程元素：利用实验器材操作自由落体运动实验，并拍摄物体下落的运动视频。技术元素：将自由落体运动视频导入实验软件中，建立相应的坐标系，同时做好视频追踪。数学元素：根据数据点的分布，用合适的函数进行拟合，对实验数据做出科学分析与判断。艺术元素：视频追踪过程中点迹形状与颜色的艺术选择，实验交流中语言艺术的应用。

（二）巧用现代化实验软件

随着现代科技水平的跃升，物理实验软件相继涌现，其实验教学功能越来越完善和成熟。基于此，教师可以利用实验软件促进STEAM教育与高中物理实验教学的有机融合，用以增强实验教学中的技术性。例如，以Web技术、虚拟现实技术为核心的网络化虚拟实验教学系统。教师可依托虚拟实验室，给学生提供更好的教学服务。在虚拟实验中锻炼学生的技术能力、实验操作能力和自主创新能力。除物理虚拟实验室之外，Tracker、HyperWorks、LabVIEW等都是很好的实验辅助软件，教师可以根据实际的物理实验需求，灵活选择各种现代化实验软件。在“探究自由落体运动规律”的实验中，主要会用到Tracker软件，这一软件能准确分析物体的运动轨迹，得出运动中的若干数据点，可辅助学生分析物理规律。总体来说，Tracker软件对物理实验教学具有极大的促进作用，指导学生用这一软件进行物理实验操作，可以更好地实现物理、技术、科学等学科领域的融合，同时还能取得事半功倍的教学成效[2]。

（三）设计物理实验教学任务

在STEAM的教育视域下，教师应着重优化物理实验教学任务，实际教学任务的设计，不仅要指向高中物理学科的教学目标，还要有针对性地融入工程、科学、技术等方面的知识技能，引导学生综合运用各科的学习能力，以实现综合素养的发展。例如，在“探究自由落体运动规律”这一实验中，教师可以从复习旧知识、创设物理实验情境、实验操作、总结归纳的角度着手，设计具体的物理实验教学任务。

首先，设计复习旧课任务，引导学生回想自由落体运动、重力学知识等，用简单轻松的复习任务，调动学生的学习兴趣，进一步夯实其物理基础，以培养学生的科学素养。其次，创设真实的物理情境，教师可以使用橡皮演示自由落体运动，借助这一情境提出关键性问题，让学生观察橡皮的大致运动轨迹，并启发他们思考橡皮下落中的具体运动规律。经过认真思考后，学生会发现橡皮的运动规律无法准确判断出来。此时，教师可以引出Tracker软件，让学生用软件追踪橡皮的运动轨迹，向学生介绍软件的基本功能，并且鼓励他们自主练习，这样能够强化学生的软件应用意识，有利于其技术素养的发展。再次，教师应设计工程任务，让学生分组完成自由落体运动实验，并录制物体自由下落的视频，将视频导入到Tracker软件中，在软件的帮助下进行视频追踪、数据拟合，用函数关系分析运动规律。这一任务可以同步培养学生的工程素养、技术素养和数学素养。最后，让学生自主总结自由落体运动规律，促进各小组的交流互动。这样设计高中物理实验教学任务，可促进STEAM教育元素的密切融合，有益于学生综合能力的进步[3]。

三、结束语

STEAM教育拥有显著的育人优势，正确应用这一教育理念，可以有效提升高中物理实验教学有效性，对学生的全面发展大有裨益。教师开展高中物理实验教学时，可以深入挖掘实验中的STEAM元素，同时创新各项实验任务，并指导学生用现代化软件做实验，着重强化实验过程中的技术性、工程性、艺术性和科学性等。

参考文献：

[1] 王佳伟，张轶炳.基于STEAM教育理念的中学物理实验教学策略研究[J].中学物理， 2018， 36（12）：5.

[2] 王永强，任成.融合STEAM教育理念的高中物理实验教学探略[J].山海经：教育前沿， 2021（4）：0121-0121.

[3] 刘红斌.STEM教育理念与高中物理实验的有机结合[J].中华活页文选：高中版， 2022（8）：0169-0171.

本文系吉林省长春市教育科学“十四五”规划《STEM教育理念下的跨学科整合研究 》课题的阶段性成果 【立项编号：JKBLX20240387】