STSE教育在高中物理教學(xué)中的運用策略

STSE教育在高中物理教學(xué)中的運用策略打開文本圖片集隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們在研究和使用科技成果時的道德、倫理、文化等價值觀取向成為科技推進社會發(fā)展的關(guān)鍵因素。教育尤其是面向青少年的科學(xué)基礎(chǔ)教育，應(yīng)不僅傳承科學(xué)知識，還應(yīng)注重技術(shù)能力與科學(xué)價值觀的培養(yǎng)，從而促進科技不斷發(fā)展。從20世紀(jì)中后期開始，許多國家紛紛將“科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境”的內(nèi)容融入基礎(chǔ)科學(xué)教育中，在我國的新一輪課程改革中STSE也成了一個重要課題?？谝?、高中物理教學(xué)進行STSE教育的意義口1.STSE教育符合高中物理教學(xué)本身的特點口《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：“物理的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該是日常生活和生產(chǎn)的常見、常用知識，是今后學(xué)習(xí)文化、科學(xué)、技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代化所需要的預(yù)備知識。”教學(xué)目的也提到：“引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的初步知識及其實際應(yīng)用，了解物理學(xué)知識在科學(xué)技術(shù)和社會發(fā)展中的重要作用。”由此可見，物理教學(xué)不論內(nèi)容還是目的都蘊涵了STSE教育理念。同時，高中物理教學(xué)中的STSE素材也極為豐富，例如交通問題、能源問題、超導(dǎo)體、磁懸浮列車、航天科技、核能與核輻射等，在處理這些有關(guān)物理學(xué)科技帶來的社會、環(huán)境問題時，引導(dǎo)學(xué)生進行適當(dāng)思考、討論、應(yīng)用、拓展，有利于學(xué)生了解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境以及相關(guān)知識，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和社會責(zé)任感，培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力和解決環(huán)境問題的能力。2.STSE教育有利于學(xué)生的全面發(fā)展口針對這個問題，本項目強調(diào)在傳授科學(xué)知識、鍛煉科學(xué)技能的同時，幫助學(xué)生樹立社會價值觀和可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保意識，促使學(xué)生成長為具有科學(xué)素養(yǎng)、主動參與有關(guān)科技決策并有可持續(xù)發(fā)展意識的新型公民。3.加強STSE教學(xué)有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣口學(xué)習(xí)物理并不要求人人成為物理學(xué)家，但需要人人具備較高的科學(xué)素養(yǎng)，懂得如何認(rèn)識科學(xué)、理解科學(xué)、對待科學(xué)，以更好地尊重科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)、發(fā)展科學(xué)，更好地分析、適應(yīng)迅猛發(fā)展變化的時代。然而，高中生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)已經(jīng)很重，他們在升學(xué)的重壓下訓(xùn)練答題技巧，拼盡全力爭取獲得高分。STSE教育會讓高中生不勝重負(fù)嗎？他們有時間和能力顧及時事、關(guān)愛公眾、放眼世界嗎？他們能理解和接受嗎？帶著這些問題，筆者曾于研究前期對所任教的2022屆高三某班級（共46位學(xué)生）進行過調(diào)查，問題是“學(xué)習(xí)高中物理的主要目的是什么？”結(jié)果如下（圖1）：此調(diào)查結(jié)果只反映本校學(xué)生的情況，不能代表高中生整體，而且欠缺橫向（多校調(diào)查）和縱向（本校歷屆學(xué)生調(diào)查）的數(shù)據(jù)對比，因此不能說明太多問題，但也能從中發(fā)現(xiàn)幾個問題：第一，有大約1/3的學(xué)生不把應(yīng)試分?jǐn)?shù)作為學(xué)習(xí)主要目的;第二，部分學(xué)生認(rèn)識到物理與自然、社會、科技等關(guān)系密切，并把物理學(xué)習(xí)作為了解自然、社會、科技等的重要途徑。第二點反映了學(xué)生對STSE教育理念有一定的認(rèn)同和期待。口高中物理注重培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維，但教學(xué)僅局限于抽象模型的深入研究，忽視問題分析的廣度和綜合度，在社會實際的分析應(yīng)用方面往往不及文綜科目。STSE理念提倡跨學(xué)科交叉互補，物理課不僅要幫助學(xué)生縱向深度研究模型，教師還應(yīng)在教授物理知識的同時培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，在講解原理的同時引導(dǎo)學(xué)生思考相關(guān)社會問題，拓寬視野。二、高中物理進行STSE教學(xué)的兩種策略口.選取相關(guān)的科技社會環(huán)境問題逐點拓展STSE教學(xué)口如前所述，新課程注重增加有關(guān)科技前沿進展的內(nèi)容。如在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》必修1“相互作用與運動規(guī)律”主題的活動建議中，設(shè)計了聽講座、看錄像等活動，旨在了解宇航員的生活，了解在人造衛(wèi)星上進行微重力條件下的實驗，嘗試設(shè)計在人造衛(wèi)星或宇宙飛船上進行微重力條件下的實驗等內(nèi)容。又如必修2“能源的開發(fā)與利用”中，談到2003年8月美國東部大停電給社會生活帶來的影響;必修2的“經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性”，介紹了相對論、光電效應(yīng)、原子光譜和量子論等的基礎(chǔ)內(nèi)容;選修系列中大量有關(guān)現(xiàn)代科研裝置的介紹（如質(zhì)譜儀、回旋加速器）等。這些內(nèi)容有利于學(xué)生了解科學(xué)家、科學(xué)史、現(xiàn)代技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究方法和精神?？傊?，在相關(guān)社會環(huán)境問題內(nèi)容的教學(xué)中，教師要適時而合理地開展STSE教學(xué)，讓學(xué)生了解物理對科學(xué)、文化、經(jīng)濟和社會發(fā)展所起到的推動作用，不僅提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，增強創(chuàng)新意識和實踐能力，還滲透社會意識、環(huán)境意識、發(fā)展意識，激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)熱情，以適應(yīng)未來科技進步、社會可持續(xù)發(fā)展的需求。.針對基礎(chǔ)知識教學(xué)的難點系統(tǒng)運用STSE教學(xué)策略口現(xiàn)行的教材中有關(guān)社會環(huán)境問題的內(nèi)容雖然不少，但筆者認(rèn)為這些并不是STSE教學(xué)的全部，STSE教學(xué)應(yīng)滲透到基礎(chǔ)知識教學(xué)中，針對基礎(chǔ)知識教學(xué)的難點運用STSE教學(xué)策略，讓滲透的渠道更豐富，同時提高基礎(chǔ)知識教學(xué)的效率。針對學(xué)生易產(chǎn)生錯誤的地方，找一些生活中的現(xiàn)象和事實，或做一些與一般認(rèn)識相悖的實驗使學(xué)生產(chǎn)生探究興趣。這些實驗可以是教材中原有的（如平行四邊形定則的探究實驗），也可以是教師改進的（如設(shè)計了雙層雙軌運動合成演示實驗來演示運動的合成與分解），還可以是師生共同設(shè)計的（如制作水火箭，進行射程比賽，更清楚地了解拋體運動的規(guī)律）。在建立新概念后，應(yīng)將其反復(fù)應(yīng)用于實際研究中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新概念能更好地解決實際問題，從而加深認(rèn)識。如在建立了“時間”概念后，可通過“火車時刻表”或者“飛機時刻表”讓學(xué)生找出從某地到某地所需的時間和到某地的時刻，學(xué)生在解決這個實際問題時會加深對“時間”“時刻”的理解。另外，多讓學(xué)生搜集積累有關(guān)的科學(xué)史話、科技信息、現(xiàn)代科研成果等資源，引導(dǎo)他們思考物理科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，以及物理對社會、生活、環(huán)境的影響。如在學(xué)習(xí)完必修2第四章后，讓學(xué)生以能源的開發(fā)與利用為主題寫一份關(guān)于物理與社會、生活關(guān)系的議論文。案例：（1）運動的合成與分解方面有一些常用的演示實驗，為更客觀和清晰地演示合運動情況設(shè)計了本實驗。實驗把電學(xué)實驗加入到力學(xué)實驗中，采用電動機帶動小車做勻速直線運動，而且電動機采用直流電路（單刀單擲開關(guān)）控制，基本避免了人為不穩(wěn)定因素帶來的誤差，增加可控性。讓學(xué)生對以下兩種情況獲得直觀清晰的認(rèn)知：兩個分運動都是勻速直線運動時，合運動也是一條勻速直線運動;兩個分運動分別是勻速直線運動和勻加速直線運動時，合運動是一條曲線運動。（2）在探究安培力的方向時，讓學(xué)生在觀察演示實驗的基礎(chǔ)上，以實物模型的方式，加以記錄和總結(jié)，促使學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)力的方向規(guī)律。（3）在學(xué)習(xí)完高一必修部分后，結(jié)合學(xué)校的校本課程，讓學(xué)生設(shè)計并制作“小型三維模擬地震臺”，要求在一個或多個維度上模擬出地震時的地面震動情況。最好的一組學(xué)生運用可調(diào)速的三個馬達(dá)帶動一塊塑膠板，利用齒輪和橡皮筋的推拉實現(xiàn)了三個維度上（上下、左右、前后）的震動，制作過程運用到切、磨、鋸、量等技術(shù)，通過這次活動，學(xué)生的物理學(xué)習(xí)積極性明顯提高。三、高中物理課堂開展STSE教學(xué)的基本模式口通過在物理教學(xué)中開展STSE教學(xué)，探索如何引導(dǎo)學(xué)生以物理視角觀察分析自然、社會、環(huán)境等問題，筆者總結(jié)了“二三三”模式。.基本含義（2）三種主要的教學(xué)策略。課堂實驗（演示探究或分組探究）、分組討論、課外拓展。（3）三個突出。學(xué)中做、學(xué)中思、學(xué)中用。.流程圖.運用原則（1）客觀性原則一方面，要根據(jù)需要進行STSE教學(xué)，不是每堂課都必須開展。另一方面，在引導(dǎo)學(xué)生對社會、環(huán)境問題進行分析時，素材必須真實，從問題發(fā)現(xiàn)到解決都要以客觀事實為依據(jù)。（2）綜合性原則（3）實踐性原則（4）發(fā)展性原則STS