STS教育理念在物理類(lèi)課程教學(xué)中的探索與實(shí)踐*

曹?chē)?guó)華，張寶慶

(1.河南理工大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，河南 焦作 454000；2.河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

1 引言

教育是一項(xiàng)綜合性的社會(huì)活動(dòng)，教學(xué)是教育的有效載體之一。先進(jìn)的教育理念可以凸顯教育的本質(zhì)屬性，有效的教學(xué)方法可進(jìn)一步促進(jìn)教與學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果，跟上飛速發(fā)展的社會(huì)時(shí)代需求。

社會(huì)在發(fā)展，科技日新月異，新學(xué)科和新知識(shí)不斷涌現(xiàn)。人類(lèi)在享受科技帶來(lái)的高度物質(zhì)文明的同時(shí)，也正受到與科技發(fā)展有關(guān)的環(huán)境、生態(tài)、人口、能源等社會(huì)問(wèn)題的困擾?？茖W(xué)技術(shù)是柄雙刃劍，其本質(zhì)、價(jià)值以及與社會(huì)的相互關(guān)系逐漸引起全球關(guān)注。大學(xué)是高等教育的主體，大學(xué)生是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的有生力量，培養(yǎng)適應(yīng)21 世紀(jì)現(xiàn)代化建設(shè)所需的綜合能力強(qiáng)、整體素質(zhì)高的復(fù)合型專(zhuān)業(yè)人才，是現(xiàn)今高?？滩蝗菥?、迫在眉睫的一項(xiàng)工作。早在1999 年，中共中央國(guó)務(wù)院就關(guān)于高等教育進(jìn)行深化改革作出了重要指示，國(guó)務(wù)院指出，大學(xué)生的人文素質(zhì)和科學(xué)精神的培育工作任重而道遠(yuǎn)，高等教育必須要重點(diǎn)關(guān)注當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、躬身力行的實(shí)踐本領(lǐng)、堅(jiān)持不懈的創(chuàng)業(yè)精神等多方面綜合素質(zhì)的培育[1]。2018 年全國(guó)教育大會(huì)的召開(kāi)也為高等教育的發(fā)展指明了方向。會(huì)議指出，要乘著新時(shí)代教育事業(yè)改革發(fā)展的春風(fēng)，在遵循教育規(guī)律發(fā)展的前提下，利用好學(xué)校辦學(xué)的優(yōu)勢(shì)，使高等教育的改革、教學(xué)質(zhì)量的提升、大學(xué)生綜合素質(zhì)的提高最優(yōu)化。

STS 指的是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）以及社會(huì)（Society），STS 的宗旨在于深入挖掘這三個(gè)概念之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，深入探究其背后隱藏的因果關(guān)聯(lián)，因而，能夠?qū)Ξ?dāng)前科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)非同步狀態(tài)進(jìn)行重新構(gòu)建[2]。STS 教育以全面提高每個(gè)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為核心，聚焦于科學(xué)技術(shù)的實(shí)際效能，將教學(xué)內(nèi)容與高端創(chuàng)新技術(shù)聯(lián)系起來(lái)，為社會(huì)提供各行業(yè)所需要的專(zhuān)精、專(zhuān)業(yè)人才。

物理學(xué)是理工科高等院校開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)課程，是研究物質(zhì)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。嘗試將STS 教育理念引入物理類(lèi)課程教學(xué)，對(duì)于促進(jìn)大學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)、科學(xué)本質(zhì)的理解，增進(jìn)對(duì)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的耦合認(rèn)知，以期為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)人才，充分釋放教育事業(yè)發(fā)展生機(jī)活力，更好的建設(shè)和諧幸福社會(huì)等方面都具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 物理學(xué)類(lèi)課程教學(xué)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)活動(dòng)中，教師往往是根據(jù)教學(xué)大綱要求，依照教材內(nèi)容開(kāi)展教學(xué)，教材幾乎成為整個(gè)教學(xué)過(guò)程的全部信息來(lái)源。教師過(guò)多地依賴(lài)教材上的信息，責(zé)任和任務(wù)被限制在完成指定教材所包含的教學(xué)任務(wù)上。此外，三維目標(biāo)指的是“知識(shí)與技能”、“過(guò)程與方法”、“情感態(tài)度以及價(jià)值觀”，但在實(shí)際課堂教學(xué)過(guò)程中，部分老師更注重學(xué)生“知識(shí)與技能”的獲取，對(duì)于“過(guò)程與方法”、“情感態(tài)度以及價(jià)值”這些難以量化的教學(xué)目標(biāo)，部分教師認(rèn)為無(wú)關(guān)大局[3-4]。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生往往產(chǎn)生通過(guò)自學(xué)教材就能獲得知識(shí)的想法，不能更好的了解到知識(shí)與社會(huì)的關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致缺乏學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)習(xí)效果，最終缺失科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)，影響了教和學(xué)之間的良性互動(dòng)，專(zhuān)業(yè)和社會(huì)之間的有機(jī)連接，需求和供給之間的良好契合。要想培養(yǎng)出社會(huì)所需要的具備創(chuàng)新意識(shí)的技術(shù)型人才，擺脫“教材框架”的束縛是物理教育的必由之路，引入科技知識(shí)和社會(huì)效應(yīng)，將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際生產(chǎn)生活緊密融合。改變現(xiàn)狀的關(guān)鍵在于如何更大程度提升教師的教育認(rèn)知，合理構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容體系。學(xué)校、社會(huì)、家庭三方也應(yīng)對(duì)此給予高度關(guān)注，互為支撐，攜手合作構(gòu)成一個(gè)教育整體。

3 教學(xué)體系構(gòu)建

3.1 實(shí)教師認(rèn)知提升

隨著教學(xué)改革的推進(jìn)，多種教學(xué)模式先后涌現(xiàn)。然而，無(wú)論是以教師為主學(xué)生為輔的傳統(tǒng)教學(xué)模式，還是翻轉(zhuǎn)課堂等新的教學(xué)模式，教師在課程教學(xué)中始終處于主導(dǎo)地位。教師對(duì)STS教育理念的認(rèn)知和自身的科學(xué)素養(yǎng)對(duì)教學(xué)效果有著至關(guān)重要的作用。目前高校教師中普遍存在著缺乏基本科學(xué)和技術(shù)素養(yǎng)的現(xiàn)象，教師“兩耳不聞窗外事，一心只教圣賢書(shū)”，不能更好的“睜眼看世界”。要想在STS教育中能夠有效地設(shè)計(jì)和開(kāi)展教學(xué)，教師需要提升自身的基本科學(xué)素養(yǎng)。教師要時(shí)刻秉持著“終身學(xué)習(xí)”的教育理念，在教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展與專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)的過(guò)程中，不僅要時(shí)刻更新自己學(xué)科的最新知識(shí)，也要時(shí)刻關(guān)注實(shí)時(shí)政事，將社會(huì)的變化體現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生能夠緊跟時(shí)代的步伐，適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。此外，教師要主動(dòng)與其他學(xué)科領(lǐng)域的同行進(jìn)行交流和建立聯(lián)系，取長(zhǎng)補(bǔ)短，還可以邀請(qǐng)各行各業(yè)的專(zhuān)家、專(zhuān)職人員舉辦“走進(jìn)校園”系列活動(dòng)，讓學(xué)生們?cè)趨⑴c活動(dòng)的過(guò)程中，能夠獲取關(guān)于各個(gè)行業(yè)各個(gè)專(zhuān)業(yè)的初步感受和直觀認(rèn)識(shí)，化“專(zhuān)業(yè)教育”為“通才教育”。物理學(xué)類(lèi)涵蓋知識(shí)范圍廣，因此物理學(xué)課程教師對(duì)這方面的要求更為明確。此外，教師還要關(guān)注學(xué)生的情感態(tài)度和價(jià)值觀，這就提倡教師給予學(xué)生更多的思考空間和動(dòng)手機(jī)會(huì)，讓學(xué)生參與到物理探究活動(dòng)中，使學(xué)生在動(dòng)手過(guò)程中獲得更深刻的物理體驗(yàn)，師生在互動(dòng)與交流中，也拉近了彼此之間心靈的距離。物理學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教師可以將教學(xué)“靶向點(diǎn)”立足于當(dāng)前最備受關(guān)注的熱點(diǎn)話(huà)題上，將學(xué)科熱點(diǎn)與最新理念融入到課堂教學(xué)中，讓學(xué)生在了解物理學(xué)科動(dòng)態(tài)的同時(shí)，也能培養(yǎng)學(xué)生們的創(chuàng)新思維和科學(xué)精神。以本校應(yīng)用物理學(xué)專(zhuān)業(yè)為例，專(zhuān)業(yè)教師大多從事教學(xué)工作的同時(shí)開(kāi)展相關(guān)科學(xué)研究工作，他們將自身的科研認(rèn)知和體會(huì)融入課堂后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣變的更為濃厚，知識(shí)理解能力加強(qiáng)、加深。我們有計(jì)劃的鼓勵(lì)并組織教師基于自己的科研方向提出課題，學(xué)生以興趣小組的形式參與到課題研究中。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生能將理論知識(shí)與科學(xué)研究聯(lián)系起來(lái)，并基于此發(fā)表了科技論文，申報(bào)了發(fā)明專(zhuān)利，取得了良好的教學(xué)效果。

3.2 教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建

STS物理課程的教學(xué)目標(biāo)就在于將科學(xué)教育與社會(huì)融為一體，使其相互滲透、互為基礎(chǔ)，互為補(bǔ)充。為契合這一目標(biāo)，教師可以深入挖掘?qū)I(yè)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，豐富實(shí)用內(nèi)容，適當(dāng)刪減晦澀難懂且實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域較弱的基礎(chǔ)原理和技術(shù)推理等知識(shí)，在遵循學(xué)生身心發(fā)展客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上，將學(xué)科熱點(diǎn)與最新理念編寫(xiě)進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)中，使學(xué)生在課堂上就可以了解到物理學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，讓學(xué)生能夠緊跟時(shí)代的步伐，適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。物理課程教學(xué)所涵蓋的教學(xué)內(nèi)容更為多元化，有機(jī)化和時(shí)代化。在教學(xué)過(guò)程中，將多個(gè)學(xué)科知識(shí)與物理知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，在物理教學(xué)過(guò)程中，引入相關(guān)的其他學(xué)科知識(shí)，例如經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境工程、教育學(xué)等學(xué)科知識(shí)，以形成多層次、多角度、多方面的知識(shí)體系，使學(xué)生打開(kāi)眼界，形成開(kāi)闊思維，提升感知和領(lǐng)悟能力。例如增加新能源與環(huán)保、新型半導(dǎo)體與超導(dǎo)、現(xiàn)代通信與激光、航空航天和納米技術(shù)等課程。

4 STS教育理念下教學(xué)探索實(shí)踐

我們?cè)诔浞址治鰬?yīng)用物理學(xué)專(zhuān)業(yè)課程體系、支持條件和師資隊(duì)伍的基礎(chǔ)上，在力學(xué)、傳感器原理與技術(shù)等課程以及畢業(yè)設(shè)計(jì)中同步滲透STS 教育理念，進(jìn)行了嘗試性的教學(xué)探索。下面列舉一些課程教學(xué)中的具體案例。

力學(xué)是物理學(xué)相關(guān)課程的第一章，是后續(xù)章節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)。力、加速度、動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒等概念和定律在科技和生活中具有廣泛的應(yīng)用。教師在講解動(dòng)量定理時(shí)以高速公路嚴(yán)禁超速超載為例進(jìn)行講解，學(xué)生能直觀地理解碰撞過(guò)程中動(dòng)量越大造成的損傷越大的道理，鍛煉他們結(jié)合生活現(xiàn)象深入思考，探究物理現(xiàn)象背后的原理的能力。

萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用的例子中，最能引起學(xué)生興趣的是在航天領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)理解三大宇宙速度的含義，使學(xué)生理解物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，樹(shù)立運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)觀和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)觀，并從中體會(huì)處理問(wèn)題時(shí)要抓住主要因素，忽略次要因素，進(jìn)而培養(yǎng)他們的科學(xué)思維。近年來(lái)我國(guó)航天事業(yè)蓬勃發(fā)展，在動(dòng)量守恒定律的教學(xué)過(guò)程中引入“神舟”七號(hào)載人飛船，探月計(jì)劃，探索火星的“天問(wèn)”等等，讓學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的正面影響，培養(yǎng)民族自信心。

傳感器原理與技術(shù)教學(xué)過(guò)程中，打破傳統(tǒng)的教師講學(xué)生聽(tīng)的模式，引入翻轉(zhuǎn)課堂。教師按照傳感器的用途分類(lèi)劃定任務(wù)，學(xué)生自由選擇任務(wù)組，組內(nèi)分工合作，責(zé)任明確，以小組為單位實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)。學(xué)生在執(zhí)行組內(nèi)任務(wù)時(shí)需進(jìn)行大量資料調(diào)研，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，教師實(shí)時(shí)給予學(xué)生指導(dǎo)和肯定。學(xué)生在整個(gè)過(guò)程中既了解基本知識(shí)也拓展了知識(shí)應(yīng)用領(lǐng)域，并直接了解到理論知識(shí)與生產(chǎn)生活實(shí)際之間的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)了學(xué)生獲取知識(shí)的能力，并提高了專(zhuān)業(yè)技能。

畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生畢業(yè)前進(jìn)行的綜合實(shí)踐教學(xué)，能檢驗(yàn)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論、知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力。我們將教師的科研課題引入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中來(lái)。2015 級(jí)應(yīng)用物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的兩位學(xué)生畢業(yè)論文參與到教師“碳量子點(diǎn)及其熒光特性的研究”物理研究當(dāng)中，導(dǎo)師把控著研究發(fā)展、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度等大方向，學(xué)生們則認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，踏實(shí)做好實(shí)驗(yàn)每一步，學(xué)生們從文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)操作，數(shù)據(jù)處理和分析等多個(gè)環(huán)節(jié)得到了訓(xùn)練。理論知識(shí)得到了運(yùn)用，實(shí)踐能力提到了提升。同時(shí)，學(xué)生們?cè)趨⑴c實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，能夠主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并向?qū)熖岢鰡?wèn)題，最終在導(dǎo)師的點(diǎn)撥下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探尋獲得問(wèn)題的答案，這樣“發(fā)現(xiàn)——提出——解答”的過(guò)程全面發(fā)展了學(xué)生的綜合能力。因此，很多學(xué)生會(huì)在論文致謝中表達(dá)自己參與實(shí)驗(yàn)研究的真切感悟：“畢業(yè)設(shè)計(jì)的這個(gè)過(guò)程，使我知道了真正的科研是什么，詳細(xì)的文獻(xiàn)調(diào)研準(zhǔn)備，細(xì)心的實(shí)驗(yàn)操作，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)處理分析等等，每一步都必不可少，以上過(guò)程知識(shí)的逐漸積累構(gòu)建了理解現(xiàn)今科技的基礎(chǔ)框架?！?/p>

5 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)對(duì)人才需求的改變對(duì)物理學(xué)類(lèi)課程教學(xué)提出了新的更高的要求。傳統(tǒng)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、方式及評(píng)價(jià)方式受到前所未有的挑戰(zhàn)。我們要擺脫傳統(tǒng)觀念的“枷鎖”，將時(shí)事與教學(xué)內(nèi)容高度融合，選擇科學(xué)、合理的教學(xué)方法，使教學(xué)事半功倍，使教育效果最佳化，最終大幅度提高教育質(zhì)量。隨著新時(shí)代社會(huì)發(fā)展步伐的加快和先進(jìn)教育理念的引入，STS 教育理念作為當(dāng)前最具科學(xué)性、可行性的教育觀念，被各個(gè)階段學(xué)校的學(xué)科教學(xué)所引用，教育界也因此刮起了一陣“STS”風(fēng)潮。物理教學(xué)貫穿整個(gè)基礎(chǔ)教育至高等教育，能夠培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，因而，其在教育改革中具有戰(zhàn)略性意義。STS 教育理念在物理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)成為未來(lái)物理教學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，時(shí)刻關(guān)注著社會(huì)的進(jìn)步、技術(shù)的突破、科技的創(chuàng)新，將社會(huì)各行各業(yè)的最新變革融入到教學(xué)內(nèi)容中，讓學(xué)生能夠緊跟時(shí)代的步伐，適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。