李 茹 马丽娟

(南京高等职业技术学校,江苏 南京 210019)

1 引言

职业教育的重要任务是努力提高学生的综合素养,培养经济和社会发展需要的创新型技能人才,服务地方产业的转型升级。新一轮的教育改革也提倡职业学校教师指导学生进行积极主动、富有个性的学习,鼓励学生通过质疑、调查和探究,在实践中学习,培养学生的创新思维。职业教育作为我国教育的重要组成部分,应在教育教学方式上进行改革,适应新时代对人才提出的要求。

2 STEAM教育简介

STEAM教育兴起于国外,是指综合科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)、数学(Mathematics)的教育,目的是培养高素质的工程技术人才。国内外学者通过深入研究,证明STEAM教育更有利于培养全面发展的创新人才。

在高职物理课堂中开展基于STEAM理念的教学改革,对于培养高素质应用型人才具有必要性。教师可以利用物理课程，把电气工程、土木工程等工程技术学科、文学艺术学科及数学学科等的知识进行整合,形成融科学、工程技术、文学艺术、数学于一体的STEAM课堂模式,改变传统物理课堂单一的知识讲授模式。基于STEAM教育理念的物理课程可以充分利用工程学科鼓励学生动手实践,利用数学发展学生的逻辑思维能力,利用文学艺术激发学生的想象力,三者共同作用形成合力,培养学生的创新能力和利用工程技术解决实际问题的能力,帮助学生形成专业核心素养和综合素养,为学生的终身发展奠定基础。

3 基于STEAM理念的五年制高职物理教学设计

根据STEAM的教育理念,五年制高职物理课程可以选择当前的科技热点或者具有一定难度的问题,设计出适合高职学生的学习项目,将科学、技术、工程、艺术和数学进行有机融合,以解决问题为导向,让学生在探究与实践过程中学习。笔者以“电磁感应”教学为例,在高职物理课程中融入STEAM理念进行实践研究,既关注学生对物理知识的掌握,又通过跨学科知识的整合，引导学生发现、分析和解决问题，提高学生的综合素质和创新能力。

3.1 教学内容及学情分析

学生学习了“电磁感应”一章的内容之后,已经掌握了电磁学的基本知识,此时设计STEAM学习项目比较合适,一方面可以检验学生物理学习的效果,另一方面,学生在探究的过程中可以充分应用工程技术、艺术和数学方面的知识,实现跨学科知识的综合应用。

无线充电技术是近年来广泛采用的一种充电方式,是当前的热点技术,无线充电手机的出现和普及,使得学生对无线充电方式并不陌生，对这个学习项目具有较强的积极性和主动性。在开展STEAM学习项目之前,学生已经学习过电磁学的相关知识,在电学实验中掌握了连接电路、使用万用表等实验技能，在数学课上也学过高等数学。

3.2 教学设计

物理学科本身与技术、工程、艺术和数学有较强的互通性和相关性,在高职物理课程中融入STEAM教育,可以设计探究性学习项目,通过问题引导的方式将项目分解为多个小问题,每个小问题的解决都需要掌握物理原理,并运用工程技术、艺术和数学等相关知识,不断找出解决问题的合理方案,在探究中推进STEAM教育的顺利进行。笔者设计了“探究无线充电技术”的STEAM学习项目,安排在“电磁感应”一章的教学中。

3.2.1 探究物理原理

物理学探究自然界中各种现象,从而得到科学性、规律性的认识。学生对于生活中的无线充电设备,充满了好奇，探究欲望强烈。在“探究无线充电技术”的STEAM学习项目中,第一部分的问题就是让学生应用所学的“电磁感应”知识，探索无线充电技术中蕴含的物理原理。

问题1:你在生活中了解到有哪些设备使用了无线充电技术?

问题2:这些无线充电的产品和充电器有怎样的外形?你从它的外观能猜测出它里面可能有什么装置吗?

问题3:根据我们学过的知识,要想产生感应电流,需要什么条件?

问题4:互感现象是怎样产生的?

问题5:变压器的工作原理是什么?

STEAM教育强调知识与生活的联系,在实际的情境中对现实问题进行探索和发现。这一系列问题会激发学生的学习兴趣和探究的热情,引导学生探索无线充电技术的物理原理。

3.2.2 结合工程技术

工程技术是指人们将科学知识或技术发展的研究成果应用于生产、改造自然的手段和方法,无线充电技术是电磁感应原理的应用。在“探究无线充电技术”项目中,第二部分的任务是让学生搭建电路,完成探究性实验,并鼓励学生设计一个无线充电的作品。这一部分的学习可以让学生以小组合作方式进行,在项目研究中注重师生互动和生生互动。

本项目需要的主要实验仪器有:可调交流电源、制作变压器的铁芯、滑动变阻器、开关、小灯泡、万用电表、导线等。

问题6:根据变压器的工作原理,画出变压器工作的电路图。

问题7:影响变压器的输出电压的因素有哪些?设计电路,验证自己的猜想。

问题8:变压器可以产生感应电流,给了你怎样的启发?线圈在实现手机无线充电功能时存在哪些问题?如果去掉铁芯,副线圈中的输出电压会发生怎样的变化?改变副线圈与原线圈的距离、角度等,探究副线圈输出电压的变化。

问题9:生活中的电磁炉给了你怎样的启发?据此改进线圈,设计一个能实现无线充电功能的电路,并探究影响充电效率的因素。

STEAM教育提倡跨学科的融合,鼓励学生将掌握的知识应用于实践,让学生在动手动脑中培养创新思维能力。通过系列问题将物理与工程技术学科相融合,引导学生思考并完成一系列的实验设计和操作。学生在探究和实验的过程中,不断发现、分析和解决实验中遇到的各种问题,初步完成无线充电产品的制作。

3.2.3 领略艺术魅力

科学和艺术是人类文明的两大基石,都是人类创造力和想象力的结晶,而且两者本身也是相通的,就像硬币的两个面,在呈现方式上各有千秋。比如,科幻小说是一种文学艺术形式,很多科技在实现之前都曾出现在科幻小说之中。再比如,自然界中存在着大量对称之美，这种美不仅在实际的物体中有所体现,在科学规律中也随处可见。奥斯特发现了电流的磁效应之后,很多科学家由此受到启发,猜想：既然电能生磁,那么磁是否也能生电呢?于是就有了法拉第电磁感应定律的发现。“探究无线充电技术”项目的第三部分就是启发学生对产品进行艺术加工。

问题10:根据产品美学,分析目前市场上无线充电产品的外观,并尝试进行无线充电产品的外观设计,画出设计图。

问题11:针对无线充电技术的应用及未来的发展前景,畅想未来世界中无线充电技术会给人类带来哪些高科技产品,写一篇科幻小说。

STEAM教育注重多角度、多维度、多学科的综合教育,鼓励学生发现自然界和生活中的美,重视发展学生的想象力

和创造力,人文艺术在STEAM教育中具有不可或缺的重要作用。让学生欣赏和设计无线充电产品外观，并畅想未来世界,将科学、工程技术和人文艺术相融合,可提高学生的艺术修养和人文素养。

3.2.4 运用数学表达

数学是研究科学的重要工具,用数学语言来表达的物理原理是非常简洁和优美的。“探究无线充电技术”项目的第四部分是通过介绍麦克斯韦电磁场理论,让学生体验数学在科学研究中的重要作用。

问题12:法拉第发现了电磁感应现象,他给出的数学表达式是什么?

问题13:麦克斯韦在法拉第电磁感应定律的基础上做了怎样的假设,进一步完善了电磁场理论?

教师向学生介绍麦克斯韦电磁场理论,并给出麦克斯韦方程组,让学生感受数学思想和方法之美。

学生在物理原理探究、实验的设计和操作中都需要运用数学和逻辑推理,对电磁场理论的深入认识也离不开数学工具的应用。在STEAM教育中实现各学科与数学的融合,除了可提高学生运用数学的能力,更关键的是提高了学生的逻辑推理能力,使学生的思维严谨、具有逻辑性。

4 结语

目前,高职学校的教育还存在一些问题,例如高职学生的学习基础相对薄弱,学习兴趣不高;职业学校的教学模式以传统的教师讲授为主,学生学习的主体地位不明显;物理的课程目标侧重知识和技能,难以培养学生的综合素养和创新能力。这些问题已严重制约了职业学校高素质技能型人才的培养,很难满足新时代对高职人才的培养要求。因此,高职物理亟需在教学设计上做出创新,以满足时代和社会发展的需要。基于STEAM教育理念,将物理与工程技术、人文艺术、数学相融合,设计一系列STEAM学习项目,可实现跨学科的综合教育,希望可以探索出高职物理课程改革的新路。