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1、STEAM 理念在高中物理校本课程中的开发与实践研究 作者：李晓雪 周晓峰 来源：理科爱好者(教育教学版)2021 年第 04 期 【摘 要】STEAM 是一种跨学科的教育理念，包括了科学、技术、工程、艺术以及数学等多个领域，能够利用学科整合的方式不断提高学生的综合素养。物理是培养学生创造性思维与创新能力的重要学科，因此在高中物理教学中，教师一定要运用 STEAM 教学理念进行物理校本课程的研发，结合学生的实际情况，有计划、有目的地提高学生的跨学科能力，使学生成长为高素质的综合型人才。【关键词】STEAM理念;高中物理;校本课程 【中图分类号】G633.7【文献标识码】A【文章编号】1671-
2、8437（2021）22-0143-02 STEAM 教育理念的内涵就是让学生在真实的情境中，利用多学科知识解决实际问题，并能够对问题进行深层次探索。总体来说，在落实 STEAM 教育理念的过程中，教师需要注意以下几个问题：第一，所研究的问题一定要密切结合教学内容，能够做到教学知识的深入渗透;第二，在教学过程中要为学生整合多学科知识，帮助学生建立起不同学科知识之间的联系，使学生系统性学习;第三，进一步提高学生的合作能力、沟通能力与创新能力，确保学生综合素质的提高。1 基于 STEAM教育理念的高中物理校本課程构建策略 1.1 科学设计教学项目 与传统的课堂构建模式相比，基于 STEAM 教育理
3、念构建课堂教学活动更加复杂，需要教师对教学活动进行精心设计。教师不仅需要对学生的学习情况有深入的了解，同时也要结合物理教学目标与教学内容，为学生设计与生活实际息息相关又同时涉及多学科知识的探究项目，这对教师的专业素养提出了一定要求。STEAM 教育理念是以具体的项目为支撑的，如果缺乏科学的项目设计，那么跨学科教学也无法收获应有的成效1。1.2 科学设计教学方案 教师在确定教学项目后，要结合项目内容对教学方案进行系统设计，让学生能够以具体的项目为桥梁，将知识与技能连接起来，利用跨学科知识完成学习项目，进而不断提高他们解决问题的能力。所以，教师一定要科学设计教学方案，在整个教学过程中做到以项目为核
4、心，让学生在解决项目问题时能够充分利用身边的资源，进而提出解决方法。在项目完成后，教师需要帮助学生整理所学知识，把零星的知识点构建成完整的知识体系，最终促使学生跨学科能力不断提高。2 STEAM教育理念下构建高中物理校本课程的具体实践以“霍尔效应”的教学为例 电和磁是高中物理的重要内容，并且是整个高中物理知识体系中的重点与难点。虽然电和磁在生活中颇为常见，作用重大，但是学生只能观察到电磁现象，无法感知具体的电磁形态，对于电磁这种看不见也摸不到的抽象物质，学生理解起来会有一定的难度2。针对这一情况，教师就可以基于 STEAM教育理念为学生构建物理课堂，让学生在具体的项目中探究电和磁的本质，对电磁
5、现象产生的原因追本溯源，进而深度掌握电磁知识。2.1 课时安排 “霍尔效应”作为电磁领域的经典理论，本身就具有一定深度，如果教师仍旧采用传统的灌输式方法进行讲解，有可能会让学生一头雾水。因此教师可以基于 STEAM教育理念完成霍尔效应的具体讲解，可以将整个课程讲解分为两个部分。第一部分：在正式上课之前，教师可以利用一个课时的时间，帮助学生回顾匀强磁场、奥斯特电流磁效应等已学的物理知识，让学生回忆起匀强磁场的特性，并能够利用所学知识制作简单的匀强磁场，然后引出亥姆霍兹线圈。这部分的教学能够起到承上启下的作用，能够为学生进入“霍尔效应”的学习打下良好基础。然后教师可以利用第 2课时引导学生分组制作
6、亥姆霍兹线圈，并让学生展示自己的成果，教师要结合学生所制作的亥姆霍兹线圈，为他们讲解其中包括的物理知识以及物理原理。第二部分：在第一部分教学结束后，学生会对电磁知识有基本的了解，这时教师就可以进入霍尔效应的具体讲解。首先，教师要与学生共同学习霍尔效应的基本定义，引导学生发现生活中存在的霍尔效应，帮助学生理解这一概念。然后，教师就可以和学生共同讨论电磁流量计的工作原理，并让学生分组完成电磁流量计的制作，在动手制作之前，学生需要设计出制作草图，并明确注意事项。在学生动手制作的过程中，教师要进行必要的指导和答疑，确保所有小组都可以完成。当制作完成后，教师要引导学生收集制作过程中所用到的各种数据，并对
7、数据进行科学分析3。2.2 第一部分教学实践 2.2.1 提出项目 磁场属于一种抽象的物质，既不能用手触摸到，又无法直观地观察到，但是磁场无时无刻不存在于生活中。针对这一现象，教师可以提出问题：为什么会产生磁场？我们是否能自己制作一个磁场？通过问题来激发学生的兴趣。然后教师即可引入教学项目：亥姆霍兹线圈不仅制作简单、材料易于获取，同时能呈现出明显的匀强磁场，所以我们今天就来共同制作亥姆霍兹线圈。2.2.2 动手探究 在确定本节课的教学项目后，教师可鼓励学生自行分组，以小组为单位进行亥姆霍兹线圈的实际制作。首先，学生要根据所学知识自行选择所需要的材料与设备，主要包括两个具有相同半径的闭合铜圈、一
8、个全电压实验台、一个具有一定灵敏性的磁场强度传感器、若干铜丝、一根竹签（长度略大于线圈半径）。然后，每组学生开始制作亥姆霍兹线圈。学生需要将铜丝均匀地缠绕在铜圈上面，并在首尾处预留一段铜线，长度约为 20厘米，方便后续的电流接入。此时学生要准确测量出铜圈半径，将竹签与铜圈固定，并保证两个线圈之间的距离与铜圈半径一致，然后将竹签垂直放置在桌面上，使两个线圈相互平行。最后，接入电流，并保证两个线圈的电流具有相同方向与大小。此时学生改变磁轴距，并利用磁场强度传感器记录相应的数据。2.2.3 科学分析，经验共享 学生要对所记录的数据进行科学分析，并将数据转化至直观的坐标图上，这样学生利用图形就可以清晰
9、地看到在哪一个轴线位置会产生匀强磁场。在整个亥姆霍兹线圈的制作和测定过程中，学生不仅需要用到以前学过的物理知识，也用到了即將要学习的知识。此时教师要引导学生将制作过程中所涉及的知识罗列出来，并讲一讲自己在学习过程中的收获，从而使得知识系统更加完整。2.3 第二部分教学实践 在第二部分教学中，学生需要学习霍尔效应的核心知识点，教师可以将第二部分分为 3 个课时，通过制作电磁流量计让学生明白霍尔效应的具体原理与应用，引导学生灵活、系统地掌握相关知识。第 1课时：介绍霍尔效应原理。通过第一部分的讲解，学生已经完成了亥姆霍兹线圈的制作，也了解了亥姆霍兹线圈的属性与特征，但是此时学生对亥姆霍兹线圈具体应
10、用的理解仍旧不透彻。“在生活中我们应该如何利用这些特性呢？”这样的生活化问题可引导学生对霍尔效应进行深入探索。第 2课时：制作电磁流量计。本节课的教学任务是让学生在制作电磁流量计的过程中真正理解霍尔效应的原理。首先，学生需要解决磁力系统问题，这时就用到了第一部分教学的内容：亥姆霍兹线圈能够产生匀强磁场，进而完美解决磁力系统问题。其次，选择电磁流量计的导管，结合电磁流量计的工作原理，学生就能够发现，一定要选择绝缘材料作为导管，塑料是一个最佳的选择。最后，可以用不锈钢片、铁片与铝片作为电极部分。当所有的材料准备妥当之后，学生就可以自己动手制作电磁流量计，教师要仔细观察学生的制作过程，给予必要的指导
11、与纠正4。动手制作环节就是学生综合能力的培养环节，这不仅需要学生动手实践，也需要他们充分利用多学科知识，不断发挥创造力与想象力，在实践中建立起学科之间的联系，真正做到知识的融会贯通。第 3课时：分析结果，共享经验。学生在制作完成后，一定会有所收获，这时教师要引导学生总结自己在实践过程中用到的知识，将知识系统地整理出来，然后与其他学生分享学习成果，取长补短，实现共同进步。综上所述，STEAM教育理念强调对学生进行多学科的综合培养，有利于实现对学生综合素质的培养。高中物理教师也要在教学中充分融入 STEAM 教育理念，构建以学生积极参与、深入探究、解释说明、综合评价为主的高效物理课堂，引导学生对物
12、理知识进行深入探索，并且在探索的过程中建立起各学科知识之间的联系，进而不断提高实践能力，真正成长为社会所需要的综合人才。【参考文献】1罗斐.STEAM 教育背景下的初中机器人教育课程开发与实践D.绵阳：西南科技大学，2020.2贺文煦.渗透工程思维培养的中学物理教学策略研究D.济南：山东师范大学，2020.3王恬.基于 STEAM理念的初中生物学校本课程设计D.济南：山东师范大学，2020.4陈博.基于 STEAM教育理念的探究科学校本课程开发与实践研究D.南昌：江西师范大学，2020.【作者简介】李晓雪（1984），女，汉族，江苏淮安人，硕士，中小学一级教师。研究方向：高中物理。周晓峰（1986），男，汉族，江苏淮安人，本科，中小学一级教师。研究方向：高中物理。