高中物理原子能教學滲透STSE教育的路徑探討

陶夢雨 陸建隆

(南京師范大學教師教育學院,江蘇 南京 210097)

1 普通高中物理課程標準(2017版)中STSE教育的凸顯

2017年末,歷時5年(2013—2017)修訂研制的普通高中物理課程標準正式發布.除了大家所熟知的物理學科核心素養、全新的模塊化教學內容以及分層次教學質量標準外,加強STSE教育也是2017版新課標的一大亮點.作為物理核心素養4大要素之一的“科學態度與責任”, 新課標對STSE的重視關乎著未來物理教學的發展.如何在高中物理教育中滲透好STSE教育思想值得關注和探索.

1.1 什么是STSE教育?

STSE是指科學(Science)、技術(Technology)、社會(Society)和環境(Environment)的首字母縮寫.[1]本次新課標所強調的STSE,更加關注科學、技術、社會與環境之間的相互關系,強調科學、技術在社會發展、生產生活、自然環境中的應用與價值.旨在提高社會群眾資源節約和環境保護的意識,培養具有更高科學素養和社會責任感的全面發展的新型公民.[2]

1.2 為什么說2017版新課標著重強調STSE教育?

2017版新課標當中,課程性質、課程目標、課程內容與實施建議等諸多部分相較于2003版改動很多.下面我們就從這些新舊課標中都有所探討的內容,具體來看STSE教育在課標表述上的演變.

首先,在“課程性質”部分,2017版課標明確提出了STSE,并且在精神培養部分較原2013版課標補充提出了科學態度和社會責任感．而關于“課程目標”,2003版課標主要關注科學、技術與社會之間的聯系,且重點在物理學在其中起到的積極作用方面的了解,關于可持續發展一帶而過.而2017版則把STSE關系以及保護環境、可持續發展特別列入學科核心素養,在目標上也明確為“認識”層面,環境教育尤為凸顯.從學科核心素養在2017版課標中的核心地位來看,STSE作為“科學態度與責任”的重要內容更凸顯了2017版課標對STSE教育的重視.

在“課程內容”和“實施建議”部分,2003版關注STS(科學·技術·社會)教育，沒有談到環境教育,必修模塊甚至對STS也沒有明確的課程內容要求.而2017版無論是必修、選擇性必修還是選修,每個模塊的課程內容都關于STSE有明確要求.對STSE關系的認知直接影響到物理核心素養的培養,因此,2017版在教學建議和教材編寫建議中都有關于STSE教育落實的建議.

通過新舊課標的對比,我們可以看到新時代背景下環境教育不容忽視的地位.從2003版中很少出現的可持續發展和環境教育要求,到2017版明確提出并反復強調的STSE關系認識,足見2017年版新課標對物理課程中環境教育的重視、對STSE教育的重視.由此可以預見,在中學物理教育中落實強化STSE教育必將是未來的發展方向.這既是對2003年版課程標準中STS教育實踐寶貴經驗的繼承和發揚,也是結合了國際教育課程改革優秀成果的具有國際視野的更大突破,更是中國新時代發展下對教育事業前進方向的必然需求.

2 高中物理原子能教學中開展STSE教育的內容選擇與路徑

在高中物理原子與原子核專題中原子能發展的受制因素很多,例如，社會群眾的心理,經濟發展的需求,技術水平的支持等等.這其中就包含了很多STSE元素值得我們去探究.尤其是核安全主題涉及到環境保護和安全的問題,運用STSE教育手段落實原子能教育正是培養物理核心素養的好機會.核裂變等微觀領域的現代物理知識為學生構建了現代“物理觀念”中物質觀念與能量觀念;對核安全問題的辯證思考鍛煉了學生的批判性思維能力、敢于質疑和創新;原子能發展涉及到科學、技術、社會與環境,對培養學生科學態度與價值觀、形成促進可持續發展的社會責任感大有幫助.

那么原子能主題下究竟有哪些STSE資源,我們又如何在教學中進行STSE資源的滲透呢?下面我們根據2017版新課標的內容要求分別對STSE資源融入教學途徑進行探討.

表1 STSE資源融入高中物理原子能教學的內容與途徑

3 原子能教學中凸顯STSE教育的設計探討

從科學、技術、社會和環境這4個維度來看,“核廢料處理”是一個落實強化STSE教育的優質教育題材.如表1所示，從科學維度分析,“核廢料處理”需要考慮放射性元素的輻射強度和半衰期問題;從技術上來看,“核廢料處理”所涉及的玻璃固化、水泥固化、火箭載物技術都有待提升,技術上對核廢料處理的發展束縛很大;從社會維度上分析,“核廢料處理”的安全性、處理物的放射性對社會公民生命健康、社會經濟發展都具有較大的潛在威脅;從環境的維度上講,“核廢料處理”受地理環境約束、處理不當將極大地破壞環境,想要追求可持續發展就不能忽視核廢料處理問題.

下面筆者以“核廢料處理”為例,具體探討課堂教學中滲透STSE教育的設計.

3.1 目標設計

核廢料因其元素半衰期不同,放射性強度存在較大差異.因此可以借助對核廢料的分類來幫助學生更好地理解原子及其性質,從物理學角度形成正確的物質觀念.讓學生通過對已有核廢料處理方式的學習,了解不同等級射線危害的防護措施.通過引導學生對已有方案的改良以及思考提出新方案,鍛煉創新精神和批判性思維能力,進而為科學思維的培養奠定基礎. 通過核廢料處理問題的研究,綜合考慮科學、技術、社會和環境因素,幫助學生更好地認識STSE關系,形成科學態度與責任意識.

3.2 教材分析

在高中物理原子與原子核部分談到“核電站”相關內容時,教材上只是利用一句話簡單介紹了一下“核廢料處理”,因此大多數物理教師選擇和教材一樣一句帶過即可. 如果將“核廢料處理”有關知識的合理展開,不僅完善了整個核電站工作的介紹,對 “放射性的應用與防護”這一節中“輻射與安全”部分的“防護措施”也是一種補充.這樣既解答了學生對核電站廢料去向的困惑,又從核電站這一產業角度將放射性的防護在生產實踐中的具體方式做了介紹,還能夠培養學生的STSE精神、提高物理核心素養.

3.3 教學重、難點

根據新課標“原子與原子核”主題對該部分內容要求“了解放射性核原子核衰變,知道射線的危害與防護”,教學的重點應該放在核廢料的分類以及對現有處理途徑的介紹上.而核廢料處理受技術水平制約、自然環境限制,且多方面因素綜合考慮對學生的思維能力要求較高.因此,本環節教學的主要難點將主要集中在讓學生提出創造性見解上.

3.4 教學過程設計

針對上述分析,我們通過表2對“核廢料處理”的教學過程做了初步設計,借此課題的教學嘗試滲透STSE教育.

表2 高中物理教學滲透STSE教育的體現

隨著時代的進步發展,科學與技術、社會、環境之間的聯系越來越緊密,STSE教育正是新課標針對科技、社會、環境大變化下做出的改進.

除了上文列舉的原子能課題之外,物理學中還有很多可以用于STSE教育的主題.結合之前教學的經驗,筆者在文章中列舉了STSE資源融入課堂方式的建議.此外,物理教育中STSE資源的融入還有更多方式值得我們去探索和研究,例如開設講座、視頻教學等等.針對不同的科學主題,靈活選用教學方法滲入STSE元素,對學生物理核心素養的提升將大有幫助.