基于STS 教育的大學(xué)物理課程教學(xué)研究與實(shí)踐

賈竹君

(湖南科技學(xué)院 電子工程系，湖南 永州425199)

大學(xué)物理課程是大學(xué)理科專業(yè)的一門基礎(chǔ)必修課。對(duì)于大一大二學(xué)生來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)課程不僅僅是為所學(xué)專業(yè)提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)，更重要的是從中獲得科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力。STS 是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)和社會(huì)(Society)三者的簡(jiǎn)稱，它們之間彼此聯(lián)系又相互影響［1］?？茖W(xué)指導(dǎo)技術(shù)，技術(shù)服務(wù)社會(huì)，社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展再次不斷創(chuàng)新和完善科學(xué)，同時(shí)科技又是一把雙刃劍，科技最終受惠于社會(huì)，而高科技也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響，這就是STS 教育［2］。大學(xué)物理是關(guān)于自然界最基本形態(tài)的一門學(xué)科，它研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和相互作用以及它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是其它自然學(xué)科的基礎(chǔ)，自然界的一切運(yùn)動(dòng)都可歸結(jié)為物理學(xué)的研究范疇。物理學(xué)的基本概念和技術(shù)已被應(yīng)用到了所有的自然科學(xué)領(lǐng)域［3］。把STS 教育融會(huì)貫通到大學(xué)物理教學(xué)之中，是提高課程教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑，是科學(xué)教育回歸自然的體現(xiàn)。

1 基于STS 教育的大學(xué)物理課程教學(xué)實(shí)踐效果

本教學(xué)團(tuán)隊(duì)在2006 ～2009年間探究過(guò)在大學(xué)物理教學(xué)中滲透STS 教育的策略和實(shí)施步驟，并進(jìn)行了實(shí)踐研究［1］，但主要涉及的是師范類非物理專業(yè)如數(shù)學(xué)教育專業(yè)、化學(xué)教育專業(yè)等，這些專業(yè)的學(xué)生的特點(diǎn)是基礎(chǔ)知識(shí)比較扎實(shí)，思維敏捷，推理能力較強(qiáng)，是未來(lái)的初高中教師。實(shí)踐研究的內(nèi)容是大學(xué)物理(下冊(cè))中的電磁學(xué)，取得了較好的效果。按照實(shí)施計(jì)劃，我們?cè)陔娮庸こ滔?013 級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2 個(gè)班再一次進(jìn)行了實(shí)踐研究，內(nèi)容是大學(xué)物理(上冊(cè))的力學(xué)和熱力學(xué)部分。在實(shí)施實(shí)踐教學(xué)之前和之后對(duì)學(xué)生進(jìn)行試卷測(cè)試，試卷分別叫前測(cè)試卷和后測(cè)試卷，每卷均為20 道題，總分100 分。2 個(gè)班共89 人，89 份前測(cè)試卷全部收回，后測(cè)試卷89 份回收86 份。前、后測(cè)試卷主要調(diào)查學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)三者關(guān)系和相互影響的認(rèn)識(shí)以及科學(xué)意識(shí)、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)興趣、科學(xué)價(jià)值觀等的變化。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，由前測(cè)試卷中學(xué)生對(duì)STS 知識(shí)了解過(guò)少，甚至沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)，到后測(cè)試卷中了解了STS 的內(nèi)涵這就是一個(gè)進(jìn)步。學(xué)生們普遍意識(shí)到環(huán)境對(duì)人們生存和生活的重要性，對(duì)后測(cè)試卷中提到的是否修建核電站，有20%的學(xué)生表示反對(duì)，比2009年的問(wèn)卷偏高(原來(lái)是12%)，估計(jì)日本的核泄漏事件留下了陰影。與2009年的師范專業(yè)學(xué)生相比，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)性不如師范生，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，但動(dòng)手能力更強(qiáng)，做實(shí)驗(yàn)時(shí)更易入手，對(duì)科技的領(lǐng)悟力更快，對(duì)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)相互之間的影響更關(guān)注。值得欣慰的是，兩屆學(xué)生后測(cè)試卷中對(duì)學(xué)習(xí)物理的興趣都提高了10 個(gè)百分點(diǎn)。

我們首先對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行了深入的研究，了解哪些內(nèi)容的理論性更強(qiáng)，哪些內(nèi)容更與實(shí)踐相關(guān)，哪些內(nèi)容在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上更能與科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)相互滲透，然后制訂出切實(shí)可行的教學(xué)計(jì)劃，最后按計(jì)劃實(shí)施教學(xué)，在教學(xué)中滲透STS 教育。

2 基于STS 教育的大學(xué)物理課程教學(xué)內(nèi)容

我們以《大學(xué)物理》(匡樂(lè)滿主編，北京郵電大學(xué)出版社)第一冊(cè)為例，主要內(nèi)容是力學(xué)和熱力學(xué)。根據(jù)非物理專業(yè)《大學(xué)物理教學(xué)大綱》，經(jīng)過(guò)仔細(xì)閱讀和討論得出了基于STS 教育的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容，如表1 所示。

表1 基于STS 教育的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容

3 基于STS 教育的大學(xué)物理課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

找出大學(xué)物理教學(xué)與STS 教育內(nèi)容滲透的結(jié)合點(diǎn)后，我們制訂出了教學(xué)計(jì)劃［4］。除在常規(guī)教學(xué)中滲透STS教育外，還舉辦專題講座，成立科技創(chuàng)新小組，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，撰寫調(diào)查報(bào)告、問(wèn)題探究報(bào)告等，取得了較好的教學(xué)實(shí)踐效果。

3.1 舉辦專題講座

我們首先給學(xué)生進(jìn)行了一次STS 教育專題講座，向?qū)W生介紹STS 教育及信息高速公路對(duì)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響;客觀分析“信息高速公路”帶來(lái)的正反兩個(gè)方面的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響，即“信息高速公路”不僅將深刻改變社會(huì)經(jīng)濟(jì)形態(tài)和結(jié)構(gòu)，而且將永久改變?nèi)藗兊纳?、工作和相互溝通的方式?］，但它也可能帶來(lái)許多明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，如社會(huì)變得更加脆弱、道德滄喪、人的行為異化、隱私權(quán)進(jìn)一步受到嚴(yán)重侵害等。如美國(guó)“棱鏡門”事件，“人肉搜索”，各種電信和網(wǎng)絡(luò)詐騙。

3.2 在常規(guī)教學(xué)中滲透STS 教育

根據(jù)表1 中基于STS 教育的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容，我們?cè)诔Ｒ?guī)教學(xué)中根據(jù)具體內(nèi)容章節(jié)滲透STS 教育，包括理論、實(shí)驗(yàn)和習(xí)題，貫穿整個(gè)學(xué)期;重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并在教學(xué)過(guò)程中隨時(shí)補(bǔ)充新的科技內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。比如講第一章離心運(yùn)動(dòng)時(shí)，描述其利與弊。聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)、媒體上報(bào)道江西省兩女童被洗衣機(jī)絞死事件，告誡學(xué)生一定要正確、小心用電，使用洗衣機(jī)后拔斷電源線。第三章狹義相對(duì)論中，STS 內(nèi)容有科學(xué)家愛(ài)因斯坦的故事、宇宙的奧秘(宇宙速度和膨脹宇宙)、月球探測(cè)等，并且結(jié)合我國(guó)月球車玉兔號(hào)成功著陸月球表面這一重大事件，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情和科技探究能力。

3.3 成立科技創(chuàng)新開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

我們將“楊氏模量的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)實(shí)行開(kāi)放教學(xué)，因?yàn)闂钍夏Ａ繙y(cè)量?jī)x用到了光杠桿放大原理，還要用望遠(yuǎn)鏡觀看平面鏡內(nèi)反射的標(biāo)尺像，趣味性比較強(qiáng)。此時(shí)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)全校所有學(xué)生開(kāi)放，起到科普教育的作用。同時(shí)，針對(duì)“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)，我們給學(xué)生提供必要的器材，要求學(xué)生利用課余時(shí)間用兩種不同的方法測(cè)量，最后寫出誤差比對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.4 成立興趣小組

以寢室為單位成立興趣小組，收集各種科技信息，每?jī)芍軈R總一次。一學(xué)期來(lái)，大家收集到很多的科技信息和科技動(dòng)態(tài)，比如有:比特幣、智能手表、谷歌眼鏡、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)直流電動(dòng)機(jī)、可穿戴設(shè)備、云服務(wù)、手機(jī)桌面軟件、特斯拉汽車公司推出的TeslaModelS 純電動(dòng)汽車、蘋果兩款最新的iPhone 手機(jī)，iPhone 5s 和iPhone 5c。“狗幣”(Dogecoin)是一種更奇葩的虛擬貨幣、無(wú)人機(jī)投遞(Prime Air)等等。

3.5 開(kāi)展問(wèn)題探究

調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，選定了2 個(gè)題目給學(xué)生探究，一個(gè)是“在車上體驗(yàn)力和運(yùn)動(dòng)”，選自行車、電動(dòng)車、摩托車、汽車都行，發(fā)現(xiàn)力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理。另一個(gè)把講座“解讀人體的能量來(lái)源及其轉(zhuǎn)化”改為問(wèn)題探究，人為什么要吃飯?冬天為何要烤火取暖?胖子和瘦子是怎么來(lái)的?并要求寫出研究報(bào)告。

3.6 撰寫調(diào)查報(bào)告

聯(lián)系社會(huì)生活實(shí)際，了解科技對(duì)社會(huì)、生產(chǎn)、生活的影響，是STS 教育的精髓所在。我們給出“物理污染知多少”課題，要求學(xué)生調(diào)查周圍環(huán)境中的物理污染，遠(yuǎn)的如某居民區(qū)污染調(diào)查，某工廠污染調(diào)查;近的如校園污染調(diào)查，某棟學(xué)生宿舍樓污染調(diào)查?？梢圆扇?shí)地考察、參觀訪問(wèn)、資料查找等形式進(jìn)行，寫出調(diào)查及整治報(bào)告。從撰寫的調(diào)查報(bào)告看，學(xué)生們通過(guò)這次調(diào)查，對(duì)“物理污染”有了很深刻的認(rèn)識(shí)，知道物理污染包括噪聲污染、振動(dòng)污染、放射性污染、電磁輻射污染、熱污染和光污染，了解了這些污染的危害以及防治措施，學(xué)到了很多與生活實(shí)際緊密相關(guān)的知識(shí)，并明確表示“減少物理污染，從我做起，從現(xiàn)在做起”，以后會(huì)更關(guān)注自己所處的環(huán)境。

4 結(jié)論與啟示

通過(guò)一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)基于STS 教育的大學(xué)物理教學(xué)與傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)相比，在教學(xué)內(nèi)容上，更注重物理學(xué)知識(shí)與其它學(xué)科以及技術(shù)、社會(huì)的內(nèi)在聯(lián)系;在教學(xué)的時(shí)間和空間上，不再局限于指定的時(shí)間和教室;在課堂教學(xué)形式上，不再是“填鴨式”教學(xué)，而是以討論課、研究課為主;教學(xué)的方式和方法由單一性轉(zhuǎn)為綜合性的教學(xué)方式和方法;教學(xué)的主體由教師轉(zhuǎn)為學(xué)生，學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)，參與教學(xué)活動(dòng)的全過(guò)程;學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中不斷增強(qiáng)好奇心和興趣，學(xué)生的創(chuàng)造能力、科學(xué)探究能力和實(shí)踐能力大幅度地提高。實(shí)施基于STS 的物理教育可以成功地實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育與人文教育的整合，培養(yǎng)具有科學(xué)精神與人文精神的新型高素質(zhì)人才，以填補(bǔ)科學(xué)與人文之間的鴻溝。

實(shí)施基于STS 教育的物理教學(xué)過(guò)程中遇到的最大困難和障礙是:實(shí)施STS 教育之后，物理教學(xué)的容量加大了，這需要教師在課下付出更多的時(shí)間和精力用于搜集資料和備課，對(duì)教師提出了更高的要求。另外，也要系部領(lǐng)導(dǎo)重視，可適當(dāng)增加教師的教學(xué)工作量，提高教師的積極性。教學(xué)評(píng)價(jià)也要多樣化，不再局限卷面評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，而要把小論文、小制作、調(diào)查報(bào)告等納入評(píng)價(jià)體系中，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)多元化。

目前，我國(guó)的STS 教育的探索與實(shí)踐開(kāi)展得如火如荼。但在大學(xué)物理教學(xué)中滲透STS 教育的實(shí)踐還處于初步階段，尚有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究，例如有關(guān)STS 教育內(nèi)容的選取、難度的把握、教學(xué)過(guò)程中使用的度、教學(xué)模式的進(jìn)一步改進(jìn)、成果的評(píng)定、問(wèn)卷調(diào)查的有效性分析等。

［1］付三玲，郭 衛(wèi)，劉書華，等.STS 教育思想應(yīng)用于物理教育的探討［J］.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004(6):8－9.

［2］歐陽(yáng)虹.理科教學(xué)中滲透STS 教育思想的探討［J］.棗莊學(xué)院學(xué)報(bào)，2000(5):74 －75.

［3］匡樂(lè)滿.大學(xué)物理(第一冊(cè))［M］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2013.

［4］方麗梅.關(guān)于“STS 教育”滲透到大學(xué)物理教育中的思考［D］.重慶:四川師范大學(xué)，2004.

［5］顧月海.職業(yè)學(xué)校物理教學(xué)中開(kāi)展STS 教育初探［J］.安徽冶金職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005(3):84 －86.