陳善珂 侯偉杰 邵渭泉

青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院 山東青島 266071

0 引言

當(dāng)今世界，國際競爭愈演愈烈，國家高質(zhì)量發(fā)展急需高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。同時，我國每年面臨大量高校畢業(yè)生無法就業(yè)的問題。創(chuàng)新型人才來自高質(zhì)量高效率的基礎(chǔ)教育，中國新一輪教育改革旨在破解以中高考為導(dǎo)向的傳統(tǒng)教育難以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的難題。STEAM 教育以其高度的跨學(xué)科整合特征受到國內(nèi)外教育界的普遍關(guān)注，成為教育改革的重要參照及開展課程整合的模板[1]。

2022年發(fā)布的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，物理課程“培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力”。2022 版課標(biāo)規(guī)定的義務(wù)教育物理課程“實(shí)驗(yàn)探究”一級主題強(qiáng)調(diào)物理課程的實(shí)踐性，“跨學(xué)科實(shí)踐”一級主題體現(xiàn)物理學(xué)與日常生活、工程實(shí)踐、社會發(fā)展等方面的聯(lián)系[2]。STEAM 教育理念與新課標(biāo)要求和教育改革高度契合，將STEAM 教育理念應(yīng)用到中學(xué)物理教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。

1 文獻(xiàn)收集與研究方法

1.1 文獻(xiàn)收集

在CNKI 數(shù)據(jù)庫高級檢索欄中，以主題“STEAM（or STEM）”和“初中物理（or 高中物理）”為條件進(jìn)行檢索，設(shè)定截止時間為2021年12月31日，對檢索到的文獻(xiàn)進(jìn)行篩選、整理，并將文獻(xiàn)有關(guān)信息以refworks 格式導(dǎo)出，共獲得有效文獻(xiàn)95 篇，其中，碩士學(xué)位論文63 篇，期刊論文32 篇。所得文獻(xiàn)的時間跨度為2014年至2021年。

1.2 研究方法

研究采用文獻(xiàn)計(jì)量法、知識圖譜法和文獻(xiàn)分析法。文獻(xiàn)計(jì)量法可以對STEAM教育融入中學(xué)物理教學(xué)研究的年發(fā)文量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，能夠分析和預(yù)測未來此研究的趨勢及方向。

用CiteSpace 軟件統(tǒng)計(jì)繪制科學(xué)圖譜，可以對關(guān)鍵詞進(jìn)行詞頻分析、聚類分析[3]，得出當(dāng)前此研究的研究熱點(diǎn)。通過文獻(xiàn)分析法了解STEAM教育融入國內(nèi)中學(xué)物理教學(xué)研究的理論和實(shí)踐內(nèi)容，統(tǒng)計(jì)STEAM 教學(xué)設(shè)計(jì)案例和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例，掌握研究現(xiàn)狀，總結(jié)研究成果，為后續(xù)研究提供借鑒。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 發(fā)文情況分析

用CiteSpace 對導(dǎo)出的文獻(xiàn)進(jìn)行發(fā)文量統(tǒng)計(jì)，設(shè)置時間切片為一年，將得到的數(shù)據(jù)復(fù)制到WPS 表格軟件中，繪制年度發(fā)文量統(tǒng)計(jì)圖。由圖1 可以看出，STEAM教育融入國內(nèi)中學(xué)物理教學(xué)的研究起源于2014年，2018年后研究呈快速上升態(tài)勢，說明STEAM教育融入中學(xué)物理的研究得到越來越多學(xué)者的關(guān)注。

圖1 STEAM 融入中學(xué)物理教學(xué)年發(fā)文統(tǒng)計(jì)圖

2.2 關(guān)鍵詞及聚類分析

關(guān)鍵詞是文章主題內(nèi)容的高度概括，分析關(guān)鍵詞可以把握該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，關(guān)鍵詞的頻次反映了學(xué)者對該節(jié)點(diǎn)的關(guān)注程度，關(guān)鍵詞的中心度衡量該關(guān)鍵詞在研究領(lǐng)域內(nèi)的樞紐作用[4]。用CiteSpace 對導(dǎo)出的文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞分析，并按頻次進(jìn)行排序得到表1。通過分析可知STEAM 融入國內(nèi)中學(xué)物理教學(xué)的研究熱點(diǎn)主要集中在“教學(xué)設(shè)計(jì)”“核心素養(yǎng)”“教學(xué)模式”“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”等方面。說明將STEAM教育融入中學(xué)物理教學(xué)可以提升教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。

表1 高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)表

對STEAM教育融入國內(nèi)中學(xué)物理教學(xué)文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞聚類生成可視化圖譜（圖2）。圖中聚類模塊值（Q 值）等于0.654 8，Q ＞0.3 意味著聚類結(jié)構(gòu)顯著，平均輪廓值（S 值）等于0.901 4 大于0.7，表示聚類是高效率令人信服的[5]。除表1 中列的關(guān)鍵詞外，“校本課程”開始成為研究的熱點(diǎn)，說明在教育改革的背景下，很多學(xué)校通過開發(fā)STEAM 教學(xué)案例來豐富本校的校本課程，提升教學(xué)質(zhì)量。

圖2 關(guān)鍵詞聚類圖

2.3 STEAM 教學(xué)設(shè)計(jì)案例與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

對所選文獻(xiàn)中的教學(xué)案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并劃分知識模塊得表2，并作出各知識模塊占比統(tǒng)計(jì)圖（圖3）。由表2 和圖3 可見，力與運(yùn)動知識模塊的STEAM 教學(xué)案例最多，有48 例，約占62%的比重。分析原因，一方面是力與運(yùn)動是物理學(xué)的基礎(chǔ)，此部分知識在中學(xué)物理知識體系中占比最大，涉及的實(shí)驗(yàn)最多。

表2 STEAM 融入中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)案例統(tǒng)計(jì)

圖3 各知識模塊占比統(tǒng)計(jì)圖

知識模塊 案例統(tǒng)計(jì) 教學(xué)設(shè)計(jì)（前三） 頻次另一方面，此部分知識STEAM 案例的教學(xué)設(shè)計(jì)較容易實(shí)施，學(xué)生易于接受。

關(guān)于凸透鏡的案例最多，有6 次。分析原因，一方面，在很多光學(xué)儀器中都有凸透鏡，與工程聯(lián)系密切，可以據(jù)此形成比較典型的STEAM 教學(xué)案例。另一方面，凸透鏡的成像規(guī)律是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，記憶難、理解難。通過STEAM 教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生在動手操作中將知識內(nèi)化，可以達(dá)到很好的學(xué)習(xí)效果。

表3 為文獻(xiàn)中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。通過對STEAM創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)，可以豐富教學(xué)資源庫，為教師利用已有資源，創(chuàng)新開發(fā)新案例提供借鑒。可以為開辟課后物理第二課堂提供幫助，將學(xué)生從試題、試卷中“拯救”出來，通過問題教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、興趣教學(xué)等方式提升學(xué)生動手能力、跨學(xué)科知識整合能力，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，以達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

表3 基于STEAM 理念的中學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

3 總結(jié)與展望

1）STEAM 教育理念進(jìn)入中國后產(chǎn)生了廣泛的影響，為我國教育改革和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供了很好的可借鑒的思路，STEAM 教育已得到國內(nèi)研究者的普遍認(rèn)同并在中國基礎(chǔ)教育體系中得到廣泛推崇。

在國外研究成果基礎(chǔ)上進(jìn)行批判吸收，建立適應(yīng)中國國情的STEAM 教育理論與實(shí)踐體系任重道遠(yuǎn)。《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》出臺后，關(guān)于STEAM 教育理念融入初中物理的研究會迎來新一輪的研究熱潮并將持續(xù)下去。

2）國內(nèi)STEAM 教育的師資力量還很薄弱，需建設(shè)專業(yè)STEAM 教師團(tuán)隊(duì)，提升物理教師的跨學(xué)科整合能力。當(dāng)前我國中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室配套設(shè)施不足，區(qū)域資源不平衡等限制了STEAM 教育在中學(xué)的實(shí)施。

3）研究發(fā)現(xiàn)，STEAM教育融入中學(xué)物理可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。目前，STEAM 課程資源開發(fā)滯后，多為教師個人單獨(dú)研究，沒有形成STEAM 課程研發(fā)團(tuán)隊(duì)。建立高質(zhì)量、面向中學(xué)階段具有可行性的STEAM 課程資源庫，政府、社會、學(xué)校應(yīng)給予有力支持。

4）需加大對力與運(yùn)動以外其他知識模塊教學(xué)設(shè)計(jì)的開發(fā)。另外，需建立多元的，學(xué)前、學(xué)中、學(xué)后的三級學(xué)習(xí)質(zhì)量評價體系，評測STEAM 融入物理教學(xué)的教學(xué)效果，促進(jìn)STEAM 教育中國化向更深層次發(fā)展。