中职物理项目教学显化STEAM教育的实施与建议——以书房电路项目为例

杨永和江苏省P水中等专业学校，南京211200摘要：采用STEAM模式教学不仅能帮助学生掌握相应的学科知识，培养学生的创新意识，而且能提高学生的动 手能力，促进学生核心素养的养成+然而，在我国中职物理教学中(STEAM教育尚未得到广泛应用'文章以书房电路设计 和安装为例，探索中职物理教学显化STEAM教育的实施策略，以期为我国STEAM教育发展提出建议0关键词：项目学习；STEAM教育实施策略；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码:A文章编号：1003-6148(2019)8-0069-4中等职业学校物理课程的任务是全面贯彻 STEAM教育是培养综合性人才的教育模式,科

落实党的教育方针，落实立德树人根本任务，服 学和数学都是较为抽象、深奥的思辨性学科，技

务发展,促进就业,帮助学生能从物理学的视角 认识自然，认识物理学与社会生产、生活的关系,

术、工程则是贴近现实生活的应用型学科,艺术 是哲学与科学的抽象实体，其不但具有审美功

经历科学实践过程,学会科学研究方法,养成科 能，还具有实用功能#如果将这几门学科融会贯

学思维习惯，增强创新意识和实践能力。但是，传 通,不仅能培养学生的探索学习能力,而且能培

统的中职物理教学偏重知识和技能目标的达成, 很难完成党和政府赋予的重任$ STEAM教育不

养学生的思考与解决问题的能力、沟通合作能 力、创意革新能力、科技实践能力等。仅能帮助学生掌握相应的学科知识，而且能激发 学生的创新意识,培养学生的动手能力,促进学 生核心素养的养成$为了培养学生的核心素养,

1.2

策略STEAM理念下中职物理教学项目的开发依据STEAM理念，将中职物理课程二次开

我们不妨在STEAM理念的指导下合理采用项目 教学法开展中职物理教学$发#因地制宜地将物理与信息技术、电气工程、数 学及艺术有机融合,把其改造成适合STEAM教

1 1.1

中职物理教学显化STEAM教育的理性思考STEAM 理念的内涵为了促进学生在科学、技术、工程、艺术和数

育的形式，为后续教学做铺垫#在进行项目化加 工时,既要强调多学科知识的综合应用,又要符

合学生的实际情况，保证设计的项目能够正常实

学领域的发展和提高，培养学生的综合素养，从 施#教师在设计时要重视培养学生应用数学、物

而提升其竞争力，美国政府提出了 STEAM教育$ & STEAM \"是科学(Science)、技术(Technology)、工

理及信息技术知识解决问题的能力，从而使学生 对学科知识有更深层次的认识。为了有效地开展

程(Engineering)、艺术(Arts)及数学(Mathemat-

ics)首字母的组合。STEAM教育具有跨学科的特

教学，开发的实施项目要体现基础性、综合性、应 用性、创新性#笔者以“恒定电流”单元复习为例，

征,同时具有情境性、设计性、实证性、趣味性等# 探索项目的开发策略。收稿=期：2019-06-18基金项目：本文为南京市教育科学“十三五”规划课题“基于STEAM理念中职物理教学项目的开发研究”(课题批准 号:L/2018/046)的阶段性成果。作者简介：杨永和(1976-)，男，高级讲师，主要从事中职物理教学工作。Vol.37 No.530物理教学探讨；37卷总第530期8.2019 , 70 ,Journal of Physics Teaching2019年第8期1.2.1

基于学生的最近发展区，选择项目涉及

的知识点为了让开发出来的项目既能培养学生的动 手能力，又能培养学生的思维能力。我们要充分

了解学生的现有水平,预测通过教学,学生所能 获得的潜力。适当选择一些具有一定难度的问

题,以调动学生的积极性，让其多方面的能力得 以培养。为了选准项目涉及的知识和技能，笔者

在开发“恒定电流”教学活动前，对学生进行了如

下分析：(1) 知识方面:学生已经学过电功与电功率、闭 合电路欧姆定律、串联电路和并联电路、电阻定律；(2) 操作技能方面:学生已经学过试电笔、多

用电表的使用；已经掌握了常见电器的应用及连

接，已能按照电路原理图连接电路；(3) 制作与工程方面:学生已经参加过电工 技能实训,能根据相关规范加工线槽和导线；(4) 艺术(外观)方面:学生已经参加过电工

技能实训，能按照布线图整齐、匀称、间距合理地

安装元器件*(5) 环境方面:学生在参加技能训练时已经

学习了 “7S”管理体系，即“整理”(Seiri)、“整顿” (Seiton )、\"清扫 ”(Seiso )、\"清洁 ” (Seiketsu )、\"素 养 ”(Shitsuke )、\"安全 ”(Safety )、\"节约\"(Save)。1.2.2 基于课程标准，确定项目的应用领域《课程标准》是我们开展物理教学的指导性文

件，我们开发的项目应用领域要与课程标准的要 求吻合。中职物理《课程标准》要求学习“恒定电 流”时，学生需要掌握的主要知识点有:电阻定 律、电功、电功率、串联电路、并联电路、闭合电路

欧姆定律等；基本技能有：观察并能识别常见的 电路元器件，了解它们在电路中的作用，会使用 多用电表；了解串联、并联电路电阻的特点；理解

电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生

产、生活中的电热现象；能分析和解决家庭电路 中的简单问题，能将安全用电和节约用电的知识 应用于生活实际。家庭照明电路的安装涉及到的物理知识:部 分电路欧姆定律+闭合电路欧姆定律+串联电路 和并联电路、电阻定律、多用电表的使用等。涉及到的数学知识:计算导体的长度+计算

总电流、圆面积的计算。涉及到的操作技能：线槽加工、导线加工、电 路的静态检测及电路的带电检测。涉及到的工程问题：线槽布置要求横平竖 直、分布均匀、变换走向时应垂直;连接导线时导

线头要顺时针弯成“U”型或“针”型，固定在电器

的接线柱或孔内(多股导线搪锡或接线帽连接)；

线槽内布线还应遵循左零右相的原则，尽量不要

交叉；所有接点要紧固、不反圈、不压绝缘皮、不 露铜太长。艺术(外观)要求:各元件的安装位置应整 齐、匀称、间距及布局合理。笔者将本章涉及到的知识和技能目标有机

融合到书房照明电路的安装项目中，从而将物理 学科知识与数学、工程、技术及艺术有机融合。此课选用“安装照明电路一书房电路”作 为教学项目的原因如下：首先，此项目中涉及到 了“恒定电流”几乎所有的知识点；其次，此项目

涉及到数学计算、工程技术，以及艺术的知识与 元素；再次，此项目涉及到的新知识也在学生的 最近发展区，加之学校有相应的器材和工具，能

确保此项目的有效实施。1.2.3 规定项目的实施要求，体现项目的创新性

为了给学生创造一个能自主思考、分析和实

践的空间，体现创新性，同时避免学生在实施项 目时走“捷径”，达不到预期结果，笔者对项目的 实施过程做了必要的规定。比如，在确定“书房电 路”项目时，对项目的实施提出了明确而具体的

要求。某人的书房面积为10平方米，现需要对电

路进行改造，具体要求如下:需要单独安装单相 电度表、漏电保护器、空气开关、安装白炽灯一

盏、需要进行两地控制、安装三相插座一个。请你 根据所学知识帮忙设计室内电路,选择相应导线

和器材，并在电工板上按规范进行安装。2 显化STEAM教育理念的项目实施策略实践表明，基于STEAM理念的物理教学基

本思路可以确定为：首先，根据学习的内容，结合 学生和老师的实际情况精心设计“项目”;其次， 引导学生学习与项目相关的知识和技能;最后，

利用所学的知识和技能解决“工程问题”。在解

决问题的过程中，学生将不断在“知识”学习和解 决“工程问题”中循环，最终利用所学知识找到解

决问题的合理方案,其具体教学流程如图1所示。37卷总第530期物理教学探讨Vol.37 No.5302019年第8期Journal of Physics Teaching8.2019 . 71 .目的实施流程现就以“书房电路”为例，阐述项目的实施过 程：1.项目方案(书房电路安装)的分析与设计(1) 引导学生学习与项目相关的知识为了保证项目能顺利开展，根据学生的最近 发展区，引导学生梳理实施项目所需的知识，必要 时需要给学生补充一些新知识。实施书房电路项 目，学生必须掌握：电阻定律、电功、电功率、串并

联电路的特点、闭合电路欧姆定律、万用表的使用 以及基本的安全用电知识。对于单相电度表、漏电

保护器、空气开关，学生没有系统学习过,最好引

导学生借助网络教学平台学习它们的工作原理， 认读其基本参数并掌握这三种元器件的连接方 法。并且需要给学生补充元器件的布局规则及接线

的工艺要求，补充书房照明灯泡功率的选择标准。(2) 引导学生根据项目要求，设计原理图 学生在教师的引导下，查阅相关资料，根据具体的项目要求，设计书房电路的原理图。如图2。(3)引导学生根据项目需要，选用所需器材

为了便于施工，老师指导学生将原理图转化 为布线图(如图3)，并引导学生根据布线图选择 所需器材及工具。由布线图可知，该项目需要以

下器材:单相电度表、配电箱、漏电保护器、空气开关(2个)、电源插座、灯开关、灯座、白炽灯泡、(4)引导学生根据项目要求,计算相关参数 引导学生根据电功率公式计算出各支路中

的额定电流，根据电阻定律计算出导线载流大

小，并选择合适的导线及空气开关的型号；根据

并联电路的特点计算总电流的大小，并选择合适 的单相电度表、漏电保护器。根据房间面积大小 及书房光照标准，选择灯泡的功率。根据布线的

长度及直径，计算线槽和各类导线的实际长度。2.书房电路的安装及评价(1) 小组合作，实施项目① 检查元件并将各元件牢固安装在配线板

上：各元件的安装位置应整齐、匀称、间距及布局 合理；② 线槽加工:使用钢锯加工线槽，拐弯处以

45°拼角对接；③ 导线加工:使用剥线钳、绝缘胶布等工具

与材料将所给的多芯塑料软线截断，然后再按照 相关工艺规范进行导线的剥削、连接与绝缘恢复；④ 按规范连接导线：横平竖直，分布均匀，变

换走向时应垂直，连接时导线头要顺时针弯成

“U”型或“针”型固定在电器的接线柱或孔内(多 股导线搪锡或接线帽连接)；线槽内布线还应遵

循左零右相的原则，尽量不要交叉；所有接点要

紧固、不反圈、不压绝缘皮、不露铜太长。(2) 项目评估STEAM课程设计强调对知识的应用和对学

科之间关系的关注，学生需要不断地评估自身的 兴趣点和技能。评价过程要改变以往单一的方

式，强调多元评价主体、形成性评价、面向学习过

程的评价，由学生本人、同伴、教师对学生学习过 程的态度、兴趣、参与程度、任务完成情况以及学

习过程中完成的作品等进行评估。本案例中，强 调了项目实施的过程评价，项目实施过程中每

Vol.37 No.530物理教学探讨；37卷总第530期8.2019 , 72 ,Journal of Physics Teaching2019年第8期一个环节都制定了切实可行的评分标准,并按照 能熟练使用万用表，并能用万用表的电阻档 进行正确检测，会检测判断断路故障与短路故 障$正确使用万用表测电阻对安装的电路进行静

标准打分。特别强调了对学生的职业素养和安全 意识的培养，如果项目实施过程中出现安全事

故，考核就不及格$严格按照企业管理的“7S”标 态检测，完成表1中的检测记录。准考核学生，帮助学生养成良好的职业素养 ②静态检测正常后，在监考教师的监控下正

确使用试电笔对安装的电路进行通电检测，完成

具体评估过程如下：①检测安装电路能否实现预设的功能。表1表2中的检测记录。通电前静态检测记录表主要现象记录检测步骤检测操作内容输入

电阻火线通断零线通断地线通断检测

插座 灯座 支路支路插座 灯座 插座 配电箱 结论支路支路支路接地1合上空气开关1、漏电保护器、空气开关2、电灯开关在第一步操作的基础上断开空气开关1在第一步操作的基础上断开空气开关2在第一步操作的基础上断开电灯开关234表2通电检测记录表检测主要现象记录检测操作内容电表转 电灯发

光情况试电笔试电情况插座右孔检测 结论步骤动情况灯座螺纹极1234合上空气开关 1、漏电保护器、空气开关 2、电灯 开关在第一步操作的基础上断开空气开关1在第一步操作的基础上断开空气开关2在第一步操作的基础上断开电灯开关(3)项目改进项目完成并进行评估后,往往需要对项目的某

况进行知识拓展，以保证项目的顺利实施$教师在项目实施过程中可以给予学生适当的引导。如些方面进行改进。如果安装的书房电路没有达到预 期效果，或者电路不通，则需重新审核原来设计的

果有些学生不是很配合，因某些环节不能正常完 成，从而影响了整个项目，则建议把每位学生的

电路是否存在缺陷，或者电路安装过程有没有问 题。经过反复改进，直到电路能实现预设的功能。个人表现与小组整体的表现相结合，这样可以给

学生一定的压力，也能使组内的同学互相督促完 成任务。项目实施过程中，要注重培养学生解决 实际问题的能力，引导学生独立分析问题，提出

从学生展示的作品来看，基本达到了本次课

预设的目标,具体表现如下：学生能根据电功率的计算公式计算各支路

方案，构建模型，设计实验，评估改进$为了让学 生有成就感，可将学生的最终作品进行展示$

参考文献：的电流大小；能根据并联电路的特点计算出总电

路的电流,并选择适合的元器件$学生能根据布

线图计算出所用线槽及导线的长度；学生能根据 要求进行线槽加工、导线加工，并对电路进行静 态检测；学生能根据艺术要求，整齐、匀称、间距 合理地布置元器件，规范地连接导线；学生所接

[1] 夏小刚，郑..基于工程实践的STEAM项目设计与实

施 以\"3D打印 桥的设计与制作”为例[J].中小学 数字化教学,2018(1):56-58.[2] 王佳琪，陈晨,钟鸣.物理实验探究中的STEM思S

电路能实现预设的功能。以单透镜望远镜制作与探究为例[J].湖南中学物理,

3 中职物理教学凸显STEAM理念的建议在日常教学中要重视中职物理学科知识与

2019(1):81-84.[3] 钟柏昌，张丽芳.美国STEM教育变革中\"变革方程”的

作用及其启示[J],中国电化教育,2014(4):18-24.其他学科知识的有机融合，开发的项目不仅要符 合学生的最近发展区，而且要有新颖性，以激发

[4] 杨永和.基于STEM教学模式的中职物理教学设计[J].

中小学数字化教学,2017 (2) :51-53.学生的兴趣。在项目实施前，老师要根据实际情 (栏目编辑 张正严)