STEAM教育在物理课堂中本土化的实践
时间：2021-02-04 18:00:55 来源：达达文档网 本文已影响 人 
杨舟 田成良
摘 要：随着新课程改革的推进，教学从“以教育者为中心”向“以学习者为中心”转变.在新课改的背景下，本案例将STEAM教育在物理课堂中进行实践.旨在以学生常见的问题情境（改变台灯的亮暗程度）入手，引导学生根据自己的需求运用科学方法制作滑动变阻器，并对自制滑动变阻器进行检测与评价，最后通过实验归纳出滑动变阻器的用法.
关键词：新课程改革;STEAM教育;滑动变阻器
文章编号：1008-4134（2020）12-0027中图分类号：G633.7文献标识码：B
常规滑动变阻器教学为教师介绍仪器的结构及原理，只重视对学生知识与技能的培养，不重视对思维和能力的培养.STEAM教育在实施中，要求学生应用科学、技术、工程、艺术以及数学等知识来解决生活中遇到的实际问题，旨在培养懂科学技术、了解社会，善于将科学技术应用于生活中的高素质学生.STEAM教育恰好能弥补常规教学中存在的不足，因此将STEAM教育应用于物理教学非常有意义.
1 STEAM教育在物理教学中应用的必要性
学科核心素养[1]是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，物理核心素养与STEAM教育理念是统一的[2].STEAM教育可以让学生更深刻地认识与物理有关的科学、技术、工程、艺术、数学等问题，有利于学生形成科学思维.STEAM教育注重培养学生的创造性和自主性，引导学生在实践中去发现问题、探究问题和解决问题，养成严谨的科学态度与责任.因此，将STEAM教育理念引入到物理教学中，有助于提高学生的物理核心素养.
2 教学内容与学生分析
2.1 教学要求与理解
“变阻器”是北师大版义务教科书《物理》第十一章“简单电路”的重点内容.本节研究的变阻器包括两类，分别是滑动变阻器和变阻箱.根据学生的情况，将内容分为两课时去讲.本案例选取的是第一课时，主要内容包括滑动变阻器的结构、原理及用法.本课以开发能调控台灯亮暗程度的产品为主题，在STEAM教育理念指导下设计内容.针对滑动变阻器正确使用这一教学重点和了解滑动变阻器结构这一教学难点开展教学.教学过程中结合学生实际情况，把理论知识与动手实践相结合，让学生根据自己的需求一步一步开发出滑动变阻器[3-4].
2.2 学习者特征分析
学习者为理工附中初中三年级学生，他们已经具备了一定的观察、分析、研究、归纳和概括物理现象以及总结物理规律的能力，但在科学探究中某些操作细节还不够严谨，还需要教师的精细指导.学生能够通过教师预设的实验操作步骤和探究思想来培养严谨求实的科学态度.在知识层面上，通过前面物理课的学习，已培养了学生学习物理知识的浓厚兴趣，而本节又含有较多有趣的物理现象及加入了变阻器的内容，所以学生不会觉得本节的学习枯燥无味.
3 教学设计与实施
3.1 教学目标分析
（1）了解滑动变阻器工作原理、结构，能将所学的知识应用于实践.
（2）通过经历以问题引领的方式开发滑动变阻器的过程，培养创新能力及发散思维.
（3）通过实验探究活动，探究滑动变阻器正确使用的方法，體验对比、归纳等科学思维方法.
（4）领悟团队协作的力量，体验科学、技术、生活的紧密联系，享受物理学习中的乐趣.
3.2 教学环节设计
本案例按照“情境创设引入问题”“基于需求确定原理”“问题引领逐步完善”“实践检验梳理规则”4个阶段进行，教学流程如图1所示.
4 案例描述
4.1 情境创设 引入问题
活动：立足生活实际需求，提出需要解决的问题，引发学生思考.
问题情境：图2为某同学家的不能调节亮暗的普通台灯.夜晚该同学想把自己的普通台灯由亮变暗.请你帮他想一个解决的方案.
学生活动：基于生活经验和物理知识，提出方案一：接入外接电阻;方案二：增减电源电压;方案三：串联电阻可变的器材.经过讨论多数同学认为方案三最为合理.
设计意图：基于生活需求创设情景，激发学生的兴趣.提出本课的主题“开发能调节台灯亮暗的器材”，引发后续研究.
4.2 基于需求 确定原理
活动：提供小灯泡、导线、开关、电池、铅笔芯、镍铬丝、康铜丝、铁丝等实验器材，学生自选器材组装电路，实现改变小灯泡的亮暗程度的目的.引导学生通过自主探究的方式，确定变阻器的工作原理.
学生根据已有的物理知识和探究结果，发现可以通过改变电阻材料种类、长度、横截面积等方法，来改变连入电路的电阻，进而控制小灯泡的亮暗.学生设计电路进行探究并展示作品.经过比较发现，通过改变导体长度来改变电阻的方法是最佳的，从而确定变阻器原理.通过实验还发现镍铬丝是制作变阻器最合适的材料.
设计意图：以学生为主体地位，引导学生通过自主探究的方式确定变阻器原理.为下一步开发滑动变阻器提供理论依据.
4.3 问题引领 逐步完善
活动：搭建问题阶梯，用一个个小问题引领学生逐步完善滑动变阻器，直到开发出性能良好的产品.
问题引导1：镍铬丝太长如何才能节省空间？
问题引导2：如图3（a）所示，把镍铬丝紧密缠绕在绝缘橡胶管上有没有发现新的问题？怎样解决？
问题引导3：金属丝上涂绝缘漆之后，同学们又发现了什么问题？怎样解决？
学生活动：根据生活经验和物理知识，逐步优化产品.在制作变阻器过程中，解决了前面问题，又发现新问题，继续寻找解决方法，直到开发出一个合理的、性能良好的滑动变阻器.图3（c）为制作变阻器的过程，图3（d）为开发的滑动变阻器的照片.
问题1：如图3（a）所示，可以将镍铬丝紧密缠绕在绝缘管上，以实现节省空间的目的.
问题2：又发现了紧密缠绕的金属丝之间会相互接触，出现了短路的现象.可以在金属丝上涂绝缘漆，阻止它们相互接触.
问题3：涂绝缘漆之后，只能将金属丝两端接入电路无法改变金属丝的长度，不能实现变阻的目的.如图3（b）所示，可以利用砂纸将金属丝上的绝缘漆刮掉一部分.
设计意图：引导学生经历开发变阻器的过程，让学生深刻理解变阻器是怎样一步一步设计而成的.通过做中学的方式，让学生更好地了解滑动变阻器的结构和作用.
4.4 实践检验 梳理规则
活动：引导学生通过实验检验产品，并对产品进行评价.启发学生将产品与实验室的滑动变阻器进行对比，归纳滑动变阻器的用法.
学生活动1：如图4所示，分组测试产品的功能及用法.按照4人一组进行分组，对产品进行评价.表1为产品评价表，评价规则为：不能实现调节小灯泡亮暗的产品为0分;能实现调节功能的产品为10分;能实现调节功能且外形美观的产品为20分.
设计意图：通过分组实验、分组评价的方式，激发学生的学习兴趣，培养学生小组合作的能力.采用对比、归纳等科学思维方法，让学生有效地掌握了滑动变阻器用法这一教学重点.
5 教学反思
本课为一节讲授仪器的课程，传统方式仅仅由教师介绍仪器的结构，并介绍原理，比较枯燥.一些学生上课不能集中精力，学生学过以后很快忘记，对仪器的原理理解不到位，不会使用，学生学业成绩不理想.本教学结合了STEAM教育理念，將传统的授课方式改进为让学生动手开发变阻器.在教师的层层引导下，学生们像真正的创造者一样，经历了发明创造的过程，利用科学的思维逐一解决了存在的问题，最终实现了调节小灯泡亮暗的目的.在此过程中培养了学生的科学思维能力、科学探究能力以及严谨求实的科学态度，提升了学生的物理核心素养[5].
参考文献：
[1]曾茂林.农村初中STEAM课程本土化的策略与路径[J].教学与管理，2020（09）：92-94.
[2]池晶晶.STEAM教育提升学生自主学习能力的探索[J].中国信息技术教育，2020（Z2）：93-94.
[3]田成良.对中学物理仪器教学的思考——谈物理仪器构造式教学研究[J].物理教学，2018，40（10）：22-24+17.
[4]李彤彤.创客式教学：面向核心素养培养的STEAM课程教学新范式[J].中国电化教育，2018（09）：40-47.
[5]郇兆鹏，朱翠芹.自制变阻器模型 实现教学做合一——例谈全国青年教师优课大赛一等奖“变阻器”教学[J].物理教师，2017，38（08）：32-34.
（收稿日期：2020-03-10）
