STEAM视角下初中物理综合实践活动与劳技课程融合设计研究

李弘　赵永忠

【摘要】STEAM教育是一种多学科融合的教育，旨在培养学生的综合能力，动手实践能力，创新能力.初中物理的综合实践活动是学生利用所学知识解决一些实际生活情境下的问题的一种活动.但往往综合实践活动不能仅凭学科知识来解决这种真实情境下的问题，而是需要将各方面的能力综合起来进行运用.因此我们将综合实践活动作为STEAM教育的有效载体，并以此来激发学生的学习兴趣，提高学生的技术实践能力，有效地培养学生解决真实问题的能力.

【关键词】STEAM；学科融合；初中物理

STEAM教育是一种跨学科的教育方式，将科学、技术、工程、数学结合起来，并加入了艺术的综合教育，它是面向真实场景的跨学科学习，并实现将各个学科相融合的项目化学习，它旨在为学生创设真实的生活场景，并让学生以一种不同的学习方式来进行学习.

以往教师在开展综合实践活动课程时往往是形式大于内容，究其原因：一是学生缺乏相应的技术技能来完成其中的设计及制作；二是素材资源要求高，学校缺乏配套的教学条件.新课程下的综合实践劳技课有着较强的能动性，要求突出学生的主体地位，发挥学生的主观能动性.然而，初中阶段学生的能力缺乏、自律性差、经验不足，倘若没有教师适时、有效地指导，学生很难顺利完成实践活动，自身的能动性也不能得到充分发挥.笔者认为，中学阶段的综合实践活动和劳动技术进行学科融合可以很大程度上解决配套资源带来的困难.STEAM教育就为解决综合实践活动遇到的问题提供了更多的解决方案.本文以“探究树荫下的光斑”为例，具体阐述在STEAM视角下如何将综合实践活动与劳动技术进行学科融合的教学，让学生在创设的真实情境下，设计探究的方案，并用自己设计的方案来解决问题，在这个过程中让学生真正地了解劳动技术课程中“解决问题”的流程及方法，在此基础上，让学生将自己的设计方案进行物化，然后完成最后的评价.

1 课例的确定和前期准备

综合实践活动不仅是课本知识的简单回顾，更重要的是让学生明白这些知识在生活中如何应用，学会设计方案，利用所学知识来解决本节课的问题.在苏科版物理八上的教材中有一个综合实践活动是“探究树荫下的光斑”，这是学生首次接触基于真实问题解决的探究.这节课目的是通过观察树荫下的光斑，培养学生的观察能力，在此基础上设计实验，并用已学的小孔成像知识，论证实验的结果.这个综合实践活动乍一看很简单，但在实际实施时却碰到了很大的困难，由于条件的限制，教师带着学生到室外，真的只是去“观察”了树荫下的光斑，而谈不上对光斑的“探究”.怎么才能让学生在真实情境下探究呢？最终我们经过商定决定：基于STEAM视角，将综合实践活动在与劳动技术学科相融合，让学生用劳动技术中解决真实情境问题的流程，构建一个便于活动探究的模拟场景，将活动从室外引到室内，通过此过程培养学生的探究思维和提高学生的动手实践能力.

首先，根据初中劳动技术及高中通用技术课程中解决问题的一般流程.即：发现问题、分析问题、解决问题.我们并没有向学生交代选题及教学流程及研究的方案，而是让学生从方案执行者的角度思考：方案设施会遇到什么问题？分析问题的关键点，思考问题解决的方法.

发现问题 同学们，物理课程将有一个综合实践活动：“探究树荫下的光斑”，受制于自然條件和课堂实际，我们如何将这个活动搬到课堂进行？

分析问题 要在教室中有效探究树荫下的光斑，首先教室里要有模拟的太阳，这个模拟的太阳有什么要求？其次，既然要探究树荫下的光斑，还要有树叶形成的缝隙，我们要探究缝隙的大小、形状、缝隙到地面的距离及缝隙到太阳的距离等因素对光斑的影响，我们应该如何控制变量？我们如何获得满足要求的树叶间的缝隙？我们如何获得符合要求的实验环境？通过学生的思考，培养学生解决问题的能力，同时也培养了学生创新能力.

2 课例的实施阶段

接下来的环节就是设计方案来解决问题.我们在劳技课程中讲到创造型设计的常用技法为“头脑风暴法”，即让学生在短时间内说出尽可能多的设计方案，暂时不用去理会这个方案是否可行及方案中是否存在问题及缺陷，只做简单的罗列，等完成头脑风暴过程后，我们再来综合分析所罗列出的方案，并将其合并归类，找出各个方案可以联系起来的方面或者互补的方面，并将其重新整合，组成新的方案，从而用新的方案来解决问题.

在本节课中，学生首先想能否将太阳到树叶缝隙间的距离近似看成为一个定值，而树叶缝隙到地面的距离用激光测距仪来测量.在分析方案可行性的时候，对这个方案持否定性意见的有不少：首先是树叶间的缝隙需要爬到树上去才能确定，这样很不安全，而且也费时费力；其次即使爬上树去测量，也难以将树叶间的缝隙与光斑一一对应起来.接着有学生提出是否用自制的小孔成像仪（薯片罐做的）来进行探究，即在薯片罐的底部开上不同大小及不同形状的孔，借此来模拟树荫下的光斑.很快就有学生提出用这种方法受制于小孔到观察光屏之间的距离太短，所以形成的光斑非常小，难以清晰地观察且小孔到光屏的距离无法精准测量.这时候有学生就提出我们是否把上课用的木制的小孔成像仪继续进一步做大，然后在这木制的箱子内来模拟树荫下的光斑的实验场所.到此，其余学生不再质疑.

接着教师取出事先准备好的长方体木制箱子（见图1），要学生根据桌面上提供的器材：强光手电筒、白炽灯光源、鸟巢形舞台灯、柔性led灯带、黑色硬纸板、白色卡纸、双面胶带、小铁片、米尺、光具座等物品来完成探究树荫下的光斑这个综合实践活动.

3 设计方案解决问题

在光源方面，学生首先想到的就是用强光手电筒来作为光源，但是在实际应用中发现方形LED灯珠经过强光手电筒前面的透镜后，形状发生了略微的变形扭曲，不利于对光斑的形状进行探究；有学生用的是白炽灯来作为光源，但是在实际活动过程中发现白炽灯灯丝是立体的，在经过小孔后很难形成清晰的光斑；鸟巢形舞台灯可以模仿太阳的圆形，但鸟巢灯周围有孔隙，这本来就会产生光斑，这会对我们研究小孔形成的光斑造成干扰；而用柔性LED灯带可以组合成任意图形，有学生在分组讨论的时候就指出，太阳是圆形的，我们是否将灯带盘成圆形来模仿太阳呢（见图2）？使用柔性LED还有一个优点就是只需要用充电宝进行供电，这种供电方式既简单又安全，这正符合了设计一般原则中的：便捷性和安全性两个原则.这个想法得到了学生们的一致认同.这样光源的问题就解决了.

解决了光源的问题，就要解决“树叶间缝隙”的问题，很明显是用卡纸来模拟树叶间的缝隙，怎么模拟呢？有学生提出用几张卡纸的棱角来凑出一个形状来模仿树叶间的缝隙，但是其中有不少学生提出了反对的意见，这样拼凑出的图形并不稳定，不利于探究光斑.有學生说在卡纸上刻上不同形状、不同大小的孔就可以了.那具体怎么设置呢？学生很快想到了控制变量法，即圆形、方形、三角形的孔洞各刻大中小三个，总计九个孔，这得到了学生的一致赞成.但是仍旧有学生提出新的疑问，这个方案里要是能显示孔洞动态变化过程中的光斑，那就更好了，很快就有学生想到将前两者进行有效的互补，可以先刻画一个大的孔洞，然后用另外一张卡纸来慢慢遮住这个孔洞，这样就可以动态的光斑.这时问题又来了，卡纸放在木箱内仍然不是很稳定，需要一个支架来固定，但是，如果安装了固定支架又不利于探究光斑与距离的关系，最好需要用可以上下移动的支架来固定，这时候就需要用利用劳动技术中的木工技术来制作如图的支架（见图3）.地面大多数学生直接说出了用黑色的卡纸来模拟，让“太阳”经过“树叶的缝隙”在“地面”上形成光斑.为了探究多种情况，我们需要将黑色的卡纸也用活动支架来放置.通过这个完整的过程，我们就完全能用劳动技术中的思维来科学地进行控制变量.学生通过这个解决问题的整个流程都能够顺利地探究“树荫”下的“光斑”.

4 课例的评价

要诊断学生的发展状况，可借助多种任务情境，获取学生行为表现信息.本节课是在STEAM视角下物理综合实践活动与劳动技术课程跨学科融合下开展的.我们运用了劳动技术中解决问题的几个步骤来解决真实情景中的物理综合实践活动.但是到这里，方案的完成还没真正完成，在劳动技术课程中提到：方案完成后还要对其进行客观的评价.只有进行了有效的评价，才能让学生清楚地知道自己的得与失.因此我们在课堂中也需要给出一个具体的评价标准，并且这个评价标准不是教师给出来的，而是需要学生在讨论中得到的.

在课例中，其实评价一直贯穿在课堂中，而不是简简单单地在完成方案后给出一个机械的评价.我们在分析问题、解决问题中，不断调整方案的过程其实就是学生对方案提出评价的意见的产物.而正是学生的这种“批判找茬”式的评价方法，将整个解决问题的方案不断完善.

5 结语

问题是点燃思维的火种，通过科学的探究以及知识的迁移解决实际问题，可促进学生物理观念的融会贯通，提升科学思维能力，本课例的研究始于问题，终于问题，学生在探究过程中学会了灵活运用控制变量法，观查能力、动手能力、逻辑思考能力、合作能力、表达能力等也得到了有效提高.在新课程改革背景下，新的教学体系也应该以培养学生核心素养为前提，将科学、技术、工程和数学进行整合，打通学科联系，让探索发现成为学生学习的动力.

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