STEAM教學(xué)理念下的高中物理大單元設(shè)計初探 論文

021年全國中學(xué)物理教學(xué)論文征集

STEAM教學(xué)理念下的高中物理大單元設(shè)計初探——以“相互作用”教學(xué)為例

正文STEAM教學(xué)理念下高中物理大單元設(shè)計初探

—以“相互作用”教學(xué)為例—內(nèi)容提要：新課程核心素養(yǎng)理念下，要求對教材進行大單元教學(xué)統(tǒng)籌設(shè)計，以促進學(xué)生對物

理知識的深度學(xué)習(xí)，提倡以學(xué)生為中心，側(cè)重項目式學(xué)習(xí)。物理教學(xué)可以嘗試更加開放的方式，設(shè)計與物理教學(xué)有關(guān)的

STEAM項目活動，讓學(xué)生通過對項目的分析和研究學(xué)習(xí)，大膽去

思考和設(shè)計，教師從旁指導(dǎo)相關(guān)物理知識，在做中學(xué)，激發(fā)學(xué)生的探究激情、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和動手實踐能力，最終在解決實際問題的過程中學(xué)習(xí)物理知識和提高綜合實踐能力。

主題詞：STEAM

高中物理

大單元相互作用

重心一、“大單元教學(xué)”與“STEAM教學(xué)理念”的概述

2017年頒布的普通高中物理課程標準凝練了物理學(xué)科核心素養(yǎng)，重視以學(xué)科大概

念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情景化，注重科學(xué)Science）、技術(shù)（Technology）和社會（Society）的STS融合教育，促進學(xué)科核

（[1]

心素養(yǎng)的落實。（一）大單元教學(xué)

目前，物理教學(xué)設(shè)計主要以教材每章的各小節(jié)內(nèi)容設(shè)計小節(jié)三維目標和教學(xué)活動，各小節(jié)之間的獨立教學(xué)設(shè)計容易破壞知識的連貫性和層次性，導(dǎo)致知識碎片化現(xiàn)

象，教師和學(xué)生對于單元核心問題缺乏深刻的認識，不利于物理觀念及科學(xué)思維的形[2]

成。大單元教學(xué)是指以整體單元核心概念為核心展開系列整合性關(guān)聯(lián)性架構(gòu)的教學(xué)

模式。具體而言，大單元教學(xué)設(shè)計依據(jù)新課程標準和教材內(nèi)容，分析單元內(nèi)容的整體地位和作用，整理單元的核心概念和思想方法，依托情境式、項目式和探究式學(xué)習(xí)方

法，將大單元重要概念有機整合學(xué)習(xí)，以學(xué)生和活動為中心，形成系統(tǒng)性、進階性的整體結(jié)構(gòu)式教學(xué)設(shè)計。大單元教學(xué)可以在更高的角度認知知識的內(nèi)在聯(lián)系，在深度學(xué)

[3]

習(xí)和綜合實踐過程，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和綜合能力。（二）STEAM教學(xué)理念

STEAM課程的特點是注重多學(xué)科內(nèi)容的整合，學(xué)習(xí)過程中不僅僅是提倡學(xué)習(xí)科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）

五個學(xué)科的知識，STEAM教學(xué)理念更加注重的是一種新的教學(xué)或?qū)W習(xí)方式，提倡基于項目[4]

和活動的學(xué)習(xí)，教學(xué)模式更傾向于通過解決問題來學(xué)習(xí)和運用不同學(xué)科的知識，在做中學(xué)，[5]

從而實現(xiàn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。三）STEAM教學(xué)理念與大單元教學(xué)理念的融合探討

、教育理念相似性探討通過上述概念描述，可以發(fā)現(xiàn)兩種理念均依托于情景式、項目式和探究式學(xué)習(xí)方法，提

（1倡以學(xué)生為中心，設(shè)計系列活動環(huán)節(jié)，將知識的學(xué)習(xí)融入到實際問題解決的過程中，通過做

中學(xué)，做中思，在實踐中更加深刻地認識核心概念。這種相似性為兩者的融合提供了可能性。、融合的教育意義

大單元教學(xué)理念側(cè)重將整單元知識進行整合形成有機整體概念，而STEAM教學(xué)理念更側(cè)重于不同學(xué)科的知識融合，兩者關(guān)系是STEAM

教學(xué)理念相對更寬泛。將STEAM

教育理

念融合到大單元教學(xué)中，可以豐富探究活動，設(shè)計及制作環(huán)節(jié)可以鍛煉學(xué)生的實踐能力，學(xué)[5]

習(xí)過程更貼近解決實際問題的真實過程，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。3、融合可實施性探討

雖然兩者從理論上具有融合的可能性和較好的教育意義，考慮兩者融合的具體實施過程，也應(yīng)該深入思考可能面臨的實施性問題及解決方案。

（1）師資力量整合

將STEAM項目融合到大單元教學(xué)，教學(xué)設(shè)計需要較高的STEAM項目工程技術(shù)等綜合素養(yǎng)，高中教學(xué)分科明顯，單學(xué)科老師很難完成全部的指導(dǎo)工作。目前的解決辦法主要有

“雙師課堂“和”三師課堂”，即由不同學(xué)科的老師共同承擔(dān)項目指導(dǎo)任務(wù)，有機配合，共同促

進項目活動的成功開展。2）課時的安排

（由于STEAM項目的融合特性，項目活動的完成需要經(jīng)歷學(xué)習(xí)、討論、設(shè)計、制作和反

思等環(huán)節(jié)，再結(jié)合物理本學(xué)科教學(xué)目標和任務(wù)，在一定程度上會增加課時量。解決的策略主要有：①適當(dāng)降低STEAM項目的工程設(shè)計的復(fù)雜程度；②將物理學(xué)科知識的學(xué)習(xí)盡量融合

到項目制作過程；③調(diào)研類活動和小組討論活動可以適當(dāng)放在課外時間完成。二、STEAM教學(xué)理念應(yīng)用于高中物理大單元教學(xué)設(shè)計實施策略

（一）教學(xué)設(shè)計流程

、確定大單元教學(xué)項目大單元教學(xué)項目的選取應(yīng)該具有以下特點：①項目來源應(yīng)該來自真實生活情境；②項

目實施過程需要用到大單元所涉及的概念和知識；③項目具有一定的設(shè)計性和可實施性；1[6]

④完成項目所需課時不大于大單元教學(xué)總課時量。

設(shè)計符合大單元教學(xué)目標的STEAM項目主要的步驟如下：第一、分析學(xué)情，系統(tǒng)分析學(xué)生已具有的學(xué)科素養(yǎng)和有待提升能力，這為后面教學(xué)各環(huán)節(jié)設(shè)計提供針對性參考，選取

的項目對學(xué)生要要符合學(xué)情的，具有可現(xiàn)實性和挑戰(zhàn)性；第二、深挖教材，依據(jù)新課程標準和教學(xué)大綱，結(jié)合教材內(nèi)容，對大單元知識體系做出梳理和整合，對重難點和核心概念

做出分析和解決方案，這為整個大單元教學(xué)提供核心依據(jù)，項目的實施環(huán)節(jié)需要用到大單元教學(xué)內(nèi)容，最好是可以在項目活動中突破單元教學(xué)的重難點；第三、確定目標，單元教

學(xué)目標不同于傳統(tǒng)的每節(jié)小目標，它具有提綱挈領(lǐng)的作用，為整個大單元的教學(xué)提供明確的努力方向；第四、課時規(guī)劃，根據(jù)大單元涉及的知識點難易和重要程度，合理設(shè)計課

時，選取的STEAM項目要能夠在規(guī)定的課時時間內(nèi)基本完成。、設(shè)計STEAM項目活動

STEAM項目活動的設(shè)計要緊密聯(lián)系大單元知識。第一，每個活動內(nèi)容設(shè)計有明確的目標，嚴格按照課程標準要求，在活動環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)課程知識，能夠鍛煉學(xué)生核心素養(yǎng)；第

二，相鄰活動之間有一定的關(guān)聯(lián)和層次遞進，使整個大單元教學(xué)有系統(tǒng)系和層次性。第三，活動時間要能夠把控，能夠在課時要求范圍內(nèi)完成。

（二）活動評價與總結(jié)

評價方式應(yīng)該多種評價體系綜合應(yīng)用，項目活動環(huán)節(jié)要有過程性評價記錄表，作為學(xué)生成長過程的記錄性材料。結(jié)合自評和他評，設(shè)計多維度評價內(nèi)容，總結(jié)性評價、等級性

評價和闡述性評價并舉，側(cè)重發(fā)展性評價，達到通過評價來激勵學(xué)生更好發(fā)展的目的。評價活動一定要為學(xué)生提供自我展示的小舞臺，讓辛苦付出的成果得以展示和交流，

在交流的同時進行評價和反思，提升學(xué)生的語言表達能力和自我成就感。教師就整體教學(xué)過程學(xué)生的表現(xiàn)進行總結(jié)和鼓勵，對學(xué)生作品提出改進意見，由學(xué)生

之間討論交流，優(yōu)化方案設(shè)計。三、教學(xué)案例展示——以《相互作用——力》為例

項目名稱：屹立不倒的玄機一、大單元知識結(jié)構(gòu)分析圖1《相互作用》單元知識結(jié)構(gòu)分析

核心概念主題概念

重要概念?相互作用觀

?力與運動的關(guān)系?共點力

?平衡態(tài)

基礎(chǔ)概念??胡克定律

牛頓第三定律???重力、彈力

摩擦力?平行四邊形定則

作用力與反作用力??合力與分力

矢量和標量圖

2

《相互作用》概念層級分析圖

二、物理情境021年7月25日臺風(fēng)“煙花”登陸并對華東地區(qū)造成持續(xù)強風(fēng)暴雨的影

2響，合肥防汛抗旱指揮部發(fā)布緊急預(yù)警通告，要求市民不要在橋梁、廣告牌、

大樹等附近躲避。由此，開始思考物體的穩(wěn)定性問題，展開研究物體受分析及重心與物體穩(wěn)定的科學(xué)實踐探究。

三、課程設(shè)計（一）知識圖譜

表

1

跨學(xué)科知識圖譜

學(xué)習(xí)主題屹立不倒的玄機

學(xué)參與本次項目學(xué)習(xí)的是高一上學(xué)期的學(xué)生。習(xí)知識儲備方面，學(xué)生初中已經(jīng)學(xué)習(xí)力學(xué)基礎(chǔ)物理

者教學(xué)內(nèi)容，能夠?qū)ξ矬w進行簡單的受力分析，知道牛特頓運動定律，可以處理簡單的共點力平衡問題，但對

征多力平衡分析和力矩的認知還停留在初中簡單的二分力平衡和杠桿原理水平，對于涉及斜面體受力分析和

析力矩等復(fù)雜的情境很難分析清楚，在解決實際問題時往往不知所措；數(shù)學(xué)幾何知識相對充分，能夠找到規(guī)

則圖形的幾何中心，熟練使用二位坐標系，但對三維坐標及立體圖形的認知相對薄弱。

科學(xué)素養(yǎng)方面，學(xué)生有一定的科學(xué)探究意識和能力，有一定的動手制作技能，能獨立思考、合作交流，

在教師的引導(dǎo)下可以提供一定的設(shè)計方案，有初步的解決問題能力。

課時安排8課時

跨S(Science)1.學(xué)會重力、彈力和摩擦力的概念和定量分析；

2.理解牛頓第三定律；學(xué)科學(xué)

科知3.學(xué)會確定重心位置的研究方法；

4.學(xué)會共點力平衡的計算及應(yīng)用分析；識

T(Technology)

1.簡單的

EXCEL數(shù)據(jù)處理技術(shù)和智能手機拍攝技術(shù)；

圖技術(shù)譜2.常用手工工具的使用；

3.材料的加工和組裝；E(Engineering)1.設(shè)計并制作研究重心位置的實驗裝置；

工程2.設(shè)計并制作研究物體穩(wěn)定性影響因素的實驗裝置；

.設(shè)計并制作廣告牌模型；3A(Arts)

1.考慮作品的美觀性和藝術(shù)性；藝術(shù)

2.利用本項目知識自主設(shè)計手工藝品；3.關(guān)于人為建筑的社會性思考；

M(Mathematics)1.利用坐標系計算重心的位置；數(shù)學(xué)

2.利用直角坐標系進行力的正交分解；3.三維立體圖的透視和轉(zhuǎn)化能力；

表

1

跨學(xué)科知識圖譜

1（二）課時具體安排

表

2

課時安排表序號活動名稱

課時

具體內(nèi)容

分配環(huán)節(jié)一基礎(chǔ)力學(xué)概念

3課時

1.學(xué)習(xí)重力、彈力的概念（第1課時）；

學(xué)習(xí)2.學(xué)習(xí)摩擦力的相關(guān)概念（第2課時）；

.學(xué)習(xí)牛頓第三定律（第3課時）；環(huán)節(jié)二尋

找

重

心

的

位

2課時

1.

一維狀態(tài)找重心（第4課時）；

2.二維狀態(tài)找重心（第5課時）；3置環(huán)節(jié)三重心與平衡

2課時

1.

調(diào)查了解廣告牌的主要結(jié)構(gòu)和功能并

設(shè)計合理的廣告牌的草圖（第6課時）；2.制作廣告牌模型，并對其穩(wěn)定性設(shè)計做

論述；利用吹風(fēng)機模擬臺風(fēng)，測試廣告牌的穩(wěn)定性，并對廣告牌傾倒時提出一定的

預(yù)警方案（第

7課時）；環(huán)節(jié)四評價交流與總

1課時

將小組作品進行展示和交流，進行評價環(huán)

結(jié)反思節(jié)，總結(jié)反思后提出改進方案（第8課時）。

（三）項目開展流程圖

圖

3

項目開展流程圖

四、部分活動設(shè)計展示示例活動1一維狀態(tài)找重心

【自制教具】等質(zhì)量一維質(zhì)心位置研究

圖

4

等質(zhì)量一維質(zhì)心位置研究圖

5

不等質(zhì)量一維質(zhì)心位置研究

一維多質(zhì)點系的重心位置研究圖

6

多質(zhì)點系一維質(zhì)心位置研究

示例活動

2

二維狀態(tài)找重心（深入學(xué)習(xí)，將理論推廣至一般情況）圖

7

兩維質(zhì)點系質(zhì)心位置研究

【自制教具】自制二維重心探究教具，在泡沫板上繪制坐標，插圖釘改變重

心位置，請同學(xué)們根據(jù)實驗器材，設(shè)計合理的實驗過程，記錄數(shù)據(jù)，分析總結(jié)。示例活動

3

體驗重心對穩(wěn)定性的影響

【趣味實驗】教師展示兒童玩具“平衡小鳥”，讓學(xué)生觀賞和思考。

【原理再現(xiàn)】要求學(xué)生按照上面的裝置的原理，設(shè)計一個工藝品，要求美觀穩(wěn)定。

圖8“平衡小鳥”研究展示過程圖

9

原理再現(xiàn)展示圖

示例活動

4

物體重心位置與穩(wěn)定性的關(guān)系探究圖

10

探究重心位置與穩(wěn)定性關(guān)系裝置圖

【自制教具】實驗預(yù)設(shè)主要過程：

①探究重心高度與穩(wěn)定程度的關(guān)系（逐漸增大斜面的傾角，觀察傾倒順序）

現(xiàn)象：底面積相同，高度越高，越容易翻倒。圖

11

底面積相同不同高度的穩(wěn)定性探究

②探究底面積與穩(wěn)定程度的關(guān)系（高度相同，底面積小的先翻倒）

圖

12

相同高度

不同底面積的穩(wěn)定性探究③探究傾倒時重心的位置（通過裝置旁邊的豎直簽表示重力方向）

現(xiàn)象：每次過左側(cè)邊的豎直簽經(jīng)過對角線，即當(dāng)過重心的重力線經(jīng)過質(zhì)點時，物體便會翻倒。

圖

13

傾倒瞬間重心位置的特點研究示例活動5自制廣告牌并測試

頭腦風(fēng)暴】【創(chuàng)新設(shè)計】

【初步制作】

【測試修改】【【完成作品】【反思拓展】

表

3

裝置設(shè)計記錄表裝置設(shè)計記錄表

小組序號記錄人序號材料名稱材料尺寸

數(shù)量

用途

1234567裝置設(shè)計

結(jié)構(gòu)草圖（初步方

案）裝置設(shè)計

結(jié)構(gòu)草圖（調(diào)整方

案）裝置功能

介紹和穩(wěn)定性論證

裝置設(shè)計的創(chuàng)新點

五、交流和評價

【展示環(huán)節(jié)】【自評環(huán)節(jié)】【互評環(huán)節(jié)】

表

4

成果分享記錄表成果分享記錄表（陳述性評價）

記錄人小組序號

組別設(shè)計性

穩(wěn)定性功能性

待改進

教師評語小組1

小組2小組3

小組4四、結(jié)語

STEAM教學(xué)理念與物理大單元教學(xué)的結(jié)合，有效融合項目教學(xué)法，通過對大單元結(jié)構(gòu)的深度剖析，整合出核心概念，設(shè)計合理的項目活動，在實際的物理情境中，讓小組討

論交流，在合作中解決實際問題，使學(xué)生在項目教學(xué)中綜合應(yīng)用物理和其他學(xué)科知識，進[7]

而提高團結(jié)合作能力。STEAM

教學(xué)理念的融入在一定程度上改變傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式，促進學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，學(xué)生親身參與實驗過程的設(shè)計和器材的制作，在思考和

解決實際問題的同時學(xué)習(xí)相關(guān)知識點，通過科學(xué)的研究過程，學(xué)習(xí)綜合運用科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）、藝術(shù)（A）和數(shù)學(xué)（M）等方面知識的方法，提高學(xué)生解決綜合類問

題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維和綜合實踐能力。參考文獻

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