STSE教育理念在高中物理試題中的應(yīng)用及啟示

莊琳

STSE教育理念關(guān)注科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展需求，與物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”很好地契合，因此在物理教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和多樣化學(xué)習(xí)，能運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。本文以2020年浙江物理高考部分試題為例，分析STSE教育理念在試卷中的應(yīng)用及教學(xué)啟示。在浙江物理高考題中，依托“核心素養(yǎng)”和STSE教育理念的試題占比較多，從學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)到物理原理的簡(jiǎn)單應(yīng)用再到物理模型的建立，逐步提升學(xué)生問(wèn)題解決的能力。STSE試題緊扣社會(huì)前沿的科學(xué)技術(shù)，這就給高三物理復(fù)習(xí)課堂一些啟示，可以讓學(xué)生關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)，對(duì)問(wèn)題的性質(zhì)或規(guī)律去思考。

新課標(biāo)中以“核心素養(yǎng)”培養(yǎng)為理念，注重培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及科學(xué)素養(yǎng)和正確的價(jià)值觀。而STSE教育理念是提高學(xué)生核心素養(yǎng)的重要方法。STSE是英文科學(xué)（science）、技術(shù)（technology）、社會(huì)（society）、環(huán)境（environ- ment）的縮寫，是把科學(xué)知識(shí)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境緊密地結(jié)合起來(lái)的教育理念。STSE教育理念關(guān)注科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展需求，與物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”很好地契合，因此在物理教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和多樣化學(xué)習(xí)，能運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。近年來(lái)，在物理高考題中也有效地體現(xiàn)出以科學(xué)聯(lián)系技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的試題，利用這類試題來(lái)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)是考試中的一種手段。結(jié)合《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)“物理學(xué)科核心素養(yǎng)”的要素及內(nèi)涵的闡釋，綜合相關(guān)學(xué)者的研究，我們認(rèn)為，物理學(xué)科關(guān)鍵能力包括：一是物理概念理解與推理能力。理解物理概念規(guī)律及區(qū)別聯(lián)系、適用條件，根據(jù)概念和規(guī)律、事實(shí)和條件，進(jìn)行科學(xué)的邏輯推理并正確表達(dá)。二是綜合分析與物理模型建構(gòu)能力。能獲取和加工信息，綜合分析物理狀態(tài)、過(guò)程和情境，建構(gòu)具有物理學(xué)科特質(zhì)的實(shí)物或思維模型。三是物理觀察與實(shí)驗(yàn)探究能力。能發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題，運(yùn)用物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和儀器等，討論設(shè)計(jì)探究方案。四是同伴合作與物理創(chuàng)新能力。能與同伴開展合作、交流和共享，能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)方法和方案設(shè)計(jì)，創(chuàng)新建構(gòu)物理模型。

下面以2020年浙江物理高考部分試題為例，分析STSE在試卷中的應(yīng)用及教學(xué)啟示。

1. 基于2020年浙江物理高考卷中的STSE試題分析

浙江物理高考試題突出實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、思維方式、邏輯關(guān)系、數(shù)學(xué)表達(dá)、應(yīng)用價(jià)值等方面。近年來(lái)，以STSE教育理念為導(dǎo)向，注重考查物理知識(shí)的情境性，加強(qiáng)科學(xué)與技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)用科學(xué)原理與方法解決實(shí)際問(wèn)題。

2020年浙江物理高考題選擇題方面，第2題以公交車的啟動(dòng)、剎車、轉(zhuǎn)彎為情境，考查牛頓第一定律和曲線運(yùn)動(dòng)中力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，公交車處處可見，理論聯(lián)系社會(huì)生活實(shí)際。第9題以社會(huì)生活中高壓輸電中導(dǎo)線中的電流為研究對(duì)象，考查了電流周圍存在磁場(chǎng)，以及電流周圍磁場(chǎng)的疊加和方向的判斷，讓所學(xué)的知識(shí)同社會(huì)生活聯(lián)系起來(lái)。第10題以我國(guó)最先進(jìn)的射電望遠(yuǎn)鏡創(chuàng)設(shè)情境，考查牛頓力學(xué)中的平衡問(wèn)題。這三題均為科學(xué)知識(shí)與STSE理念中的社會(huì)（society）相聯(lián)系，都是從學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)到物理情境的較為簡(jiǎn)單的應(yīng)用。

第4題以當(dāng)下社會(huì)最為關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題新冠肺炎為情境，引入紅外線體溫計(jì)，考查了電磁波譜中紅外線的特性和應(yīng)用。新冠肺炎是全民關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，試題將學(xué)生的科學(xué)責(zé)任感調(diào)動(dòng)起來(lái)，并提醒學(xué)生保持生態(tài)環(huán)境的平衡，才是人類持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。這恰是“核心素養(yǎng)”中“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”與STSE理念中的環(huán)境（environment）緊密結(jié)合。

第16題以無(wú)人機(jī)為情境，綜合考查了功能關(guān)系、電功率等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。無(wú)人機(jī)也是時(shí)下比較熱門的新興機(jī)器，而我國(guó)在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先水平，本題讓學(xué)生將現(xiàn)有的知識(shí)應(yīng)用到最新的實(shí)用技術(shù)中。本題創(chuàng)設(shè)的物理情境體現(xiàn)了STSE理念中的技術(shù)（technology）。

2020年浙江高考題實(shí)驗(yàn)題方面，第17題探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，第18題測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻都是教材上的典型實(shí)驗(yàn)，源于書本但高于書本就在于對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力的細(xì)節(jié)考查，也都是學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

可見在浙江物理高考題中，依托“核心素養(yǎng)”和STSE教育理念的試題占比較多，圖1為2020年全國(guó)卷及部分省物理高考卷中涉及STSE試題的數(shù)目統(tǒng)計(jì)表。可以看出浙江卷中STSE試題數(shù)目較多，這些試題緊扣生活，以社會(huì)生活中最常見的現(xiàn)象、技術(shù)、科學(xué)前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題為切入點(diǎn)，更易達(dá)到與學(xué)生情感上的共鳴，即科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。考查層次分明，從學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)到物理原理的簡(jiǎn)單應(yīng)用再到物理模型的建立，逐步提升學(xué)生問(wèn)題解決的能力。教育課程的最終目標(biāo)就是教學(xué)生解決問(wèn)題。

2. 2020年浙江高考試題分析的教學(xué)啟示

2.1高三物理教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)

近年來(lái)，高考題中出現(xiàn)了將物理知識(shí)與社會(huì)生活、科學(xué)技術(shù)、環(huán)境相結(jié)合的STSE題型，這就要求學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的生活問(wèn)題，使物理更加具象化、生活化。因此在高三復(fù)習(xí)課堂中，不僅要從簡(jiǎn)單原理的應(yīng)用入手，而且更多地應(yīng)該去創(chuàng)設(shè)物理情境，再引導(dǎo)學(xué)生去建立物理模型。STSE試題緊扣社會(huì)前沿的科學(xué)技術(shù)，在高三復(fù)習(xí)課堂中可以讓學(xué)生關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)，對(duì)問(wèn)題的性質(zhì)或規(guī)律去思考。例如2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了黑洞的發(fā)現(xiàn)者和銀河系中心超大質(zhì)量致密天體的發(fā)現(xiàn)者，創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生去思考天體及相對(duì)論有關(guān)知識(shí)，一方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，一方面是STSE與物理核心素養(yǎng)的緊密聯(lián)系。問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)途徑有很多——播放多媒體視頻也是一個(gè)不錯(cuò)的途徑。例如交通事故合集視頻，可以讓學(xué)生思考和解決直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)，事故視頻畫面也給學(xué)生警示作用，同時(shí)激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)知識(shí)，這也是核心素養(yǎng)中培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀的體現(xiàn)。

2.2物理高考題中的數(shù)學(xué)要求

物理題的解決離不開數(shù)學(xué)工具，在高考題中運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決物理問(wèn)題也較為常見，因?yàn)樵谄綍r(shí)的物理教學(xué)中，不僅要注重物理思維的培養(yǎng)，也要求學(xué)生掌握數(shù)學(xué)方法去解決問(wèn)題。2020年浙江物理高考試題涉及數(shù)學(xué)方法的試題為第13題、21題、23題，主要涉及數(shù)學(xué)中的幾何法、圖像法、分類討論法等。物理試題中常用的數(shù)學(xué)方法主要有：1. 圖像法，如v-t圖像、x-t圖像等等;2. 函數(shù)法，如在平拋運(yùn)動(dòng)中可以利用其軌跡是二次函數(shù)的表達(dá)式，解決問(wèn)題;在碰撞問(wèn)題中，常用不等式關(guān)系，包括速度和能量在實(shí)際問(wèn)題中的關(guān)系;判定結(jié)果的準(zhǔn)確性;3. 解析幾何法，如帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)作圖及數(shù)學(xué)中的數(shù)列規(guī)律找到其運(yùn)動(dòng)規(guī)律;4. 數(shù)學(xué)歸納法，如“多次作用”的問(wèn)題，指的是某些物理過(guò)程，在系統(tǒng)內(nèi)存在多次反復(fù)的過(guò)程，往往需要數(shù)學(xué)歸納法先總結(jié)出規(guī)律或者推導(dǎo)出一個(gè)通式，在此基礎(chǔ)上解決問(wèn)題。學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的掌握及概念的形成離不開數(shù)學(xué)思維及方法，因此我們必須將物理和數(shù)學(xué)很好地結(jié)合，從而更好地運(yùn)用數(shù)學(xué)方法去解決物理問(wèn)題。

2.3物理高考題與復(fù)習(xí)課的啟示

從高考題中我們發(fā)現(xiàn)，要又快又好地完成題目并非“題海戰(zhàn)術(shù)”就能解決的。《新課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：學(xué)習(xí)是一種個(gè)性化行動(dòng)。教育的重要性已被世界各國(guó)所認(rèn)可并受到前所未有的關(guān)注，新課程標(biāo)準(zhǔn)的提出與正式頒布，標(biāo)志著我國(guó)基礎(chǔ)教育課程改革進(jìn)入了新的階段，作為教師，應(yīng)當(dāng)在課堂教學(xué)環(huán)境中創(chuàng)設(shè)一個(gè)有利于張揚(yáng)學(xué)生個(gè)性的場(chǎng)所，讓學(xué)生的個(gè)性在寬松、自然、愉悅的氛圍中得到釋放，展現(xiàn)生命的活力。然而長(zhǎng)期以來(lái)，我們的課堂忽視了學(xué)生情感、想象、領(lǐng)悟等多方面的發(fā)展，我們過(guò)多地強(qiáng)調(diào)知識(shí)的記憶、模仿，壓抑了學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，最終使教學(xué)變得機(jī)械、沉悶、缺乏童心和靈性，缺乏生命活力。物理來(lái)源于生活，又服務(wù)于生活。為此我們要運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際生活中的問(wèn)題，使學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。以學(xué)生為主題，首先是教師對(duì)問(wèn)題的設(shè)置，問(wèn)題的習(xí)題化，研究學(xué)情，讓學(xué)生在課前先完成兩道例題，體現(xiàn)的就是學(xué)生的練習(xí)，這樣可以更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，分層教學(xué)，突出重點(diǎn)。在發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問(wèn)題后，由教師引導(dǎo)，體現(xiàn)教師的“導(dǎo)”，問(wèn)題遞進(jìn)，暴露問(wèn)題，讓學(xué)生自己解決問(wèn)題，既有師生互動(dòng)，又有生生互動(dòng)，教學(xué)效果顯著。最后教師善于總結(jié)提煉知識(shí)點(diǎn)。高三復(fù)習(xí)的目的性強(qiáng)，為了使學(xué)生改正之前的錯(cuò)誤觀念，更好地理解應(yīng)用功能關(guān)系。

面對(duì)新課程改革的挑戰(zhàn)，我們必須轉(zhuǎn)變教育觀念，多動(dòng)腦筋，多想辦法，積極運(yùn)用合理的物理課堂教學(xué)模式，也使學(xué)生的行為隨課堂的變化得到及時(shí)調(diào)整。教師只有不斷地學(xué)習(xí)，才能根據(jù)課堂中學(xué)生對(duì)問(wèn)題的反映行為，及時(shí)做出準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)與應(yīng)對(duì)措施。

3. 總結(jié)

高中物理基于STSE教育理念的試題考查有助于提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和科學(xué)責(zé)任感，這也是與物理“核心素養(yǎng)”高度契合的。本文通過(guò)分析2020年浙江高考物理試卷部分試題，分析了STSE教育理念在試題中的應(yīng)用及重要性。學(xué)生要掌握物理規(guī)律和概念就必須會(huì)分析實(shí)際問(wèn)題，而試題中出現(xiàn)如社會(huì)生活問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題會(huì)使學(xué)生對(duì)所學(xué)的內(nèi)容有親近感，學(xué)以致用，才是我們希望達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)。STSE教育理念在高中物理的教學(xué)和考查中占有著越來(lái)越重要的位置，它會(huì)使學(xué)生得到更全面的發(fā)展，為高中物理教學(xué)和考查注入新的活力。STSE課程在國(guó)內(nèi)中學(xué)物理課堂中的實(shí)踐，主要是物理科學(xué)與工程實(shí)踐的結(jié)合，并且由學(xué)生提出問(wèn)題，進(jìn)行一系列的探究和調(diào)查，開發(fā)對(duì)現(xiàn)象的解釋，提出證據(jù)及推理過(guò)程，使其對(duì)核心科學(xué)觀有更深刻的理解。反思傳統(tǒng)教學(xué)以知識(shí)的灌輸和習(xí)題的訓(xùn)練為主，說(shuō)到底還是應(yīng)試教育，這對(duì)于學(xué)生的成長(zhǎng)和思維方式的形成、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)無(wú)疑是毫無(wú)益處的。課堂時(shí)間有限，把這些有趣的探究實(shí)驗(yàn)放到物理校本課中去實(shí)施，秉承STSE理念的宗旨——培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。當(dāng)然要真正地實(shí)現(xiàn)STEM課程還需要一段時(shí)間的適應(yīng)和改善，在此過(guò)程中我們作為教學(xué)一線教師必將做出努力。