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)進步和社會發(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)，能運用科學(xué)知識解決實際問題。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)到物理原理的簡單應(yīng)用再到物理模型的建立，逐步提升學(xué)生問題解決的能力。STSE試題緊扣社會前沿的科學(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)注社會熱點，對問題的性質(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際問題的能力以及科學(xué)素養(yǎng)和正確的價值觀。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（society）、環(huán)境（environ- ment）的縮寫，是把科學(xué)知識、技術(shù)、社會、環(huán)境緊密地結(jié)合起來的教育理念。STSE教育理念關(guān)注科學(xué)技術(shù)進步和社會發(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)，能運用科學(xué)知識解決實際問題。近年來，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、環(huán)境的試題，利用這類試題來培養(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“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、事實和條件，進行科學(xué)的邏輯推理并正確表達。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)、過程和情境，建構(gòu)具有物理學(xué)科特質(zhì)的實物或思維模型。三是物理觀察與實驗探究能力。能發(fā)現(xiàn)和提出問題，運用物理理論、實驗方法和儀器等，討論設(shè)計探究方案。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)問題、分析問題，創(chuàng)新物理實驗方法和方案設(shè)計，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驗基礎(chǔ)、思維方式、邏輯關(guān)系、數(shù)學(xué)表達、應(yīng)用價值等方面。近年來，以STSE教育理念為導(dǎo)向，注重考查物理知識的情境性，加強科學(xué)與技術(shù)、社會、環(huán)境的聯(lián)系，以實現(xiàn)運用科學(xué)原理與方法解決實際問題。

2020年浙江物理高考題選擇題方面，第2題以公交車的啟動、剎車、轉(zhuǎn)彎為情境，考查牛頓第一定律和曲線運動中力與運動的關(guān)系相關(guān)知識點，公交車處處可見，理論聯(lián)系社會生活實際。第9題以社會生活中高壓輸電中導(dǎo)線中的電流為研究對象，考查了電流周圍存在磁場，以及電流周圍磁場的疊加和方向的判斷，讓所學(xué)的知識同社會生活聯(lián)系起來。第10題以我國最先進的射電望遠鏡創(chuàng)設(shè)情境，考查牛頓力學(xué)中的平衡問題。這三題均為科學(xué)知識與STSE理念中的社會（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單的應(yīng)用。

第4題以當(dāng)下社會最為關(guān)注的熱點問題新冠肺炎為情境，引入紅外線體溫計，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)注的熱點問題，試題將學(xué)生的科學(xué)責(zé)任感調(diào)動起來，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題以無人機為情境，綜合考查了功能關(guān)系、電功率等相關(guān)知識點。無人機也是時下比較熱門的新興機器，而我國在無人機領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先水平，本題讓學(xué)生將現(xiàn)有的知識應(yīng)用到最新的實用技術(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年浙江高考題實驗題方面，第17題探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，第18題測定電源電動勢及內(nèi)阻都是教材上的典型實驗，源于書本但高于書本就在于對學(xué)生科學(xué)探究能力的細節(jié)考查，也都是學(xué)生實驗過程中容易出現(xiàn)的錯誤。

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年全國卷及部分省物理高考卷中涉及STSE試題的數(shù)目統(tǒng)計表?？梢钥闯稣憬碇蠸TSE試題數(shù)目較多，這些試題緊扣生活，以社會生活中最常見的現(xiàn)象、技術(shù)、科學(xué)前沿和熱點問題為切入點，更易達到與學(xué)生情感上的共鳴，即科學(xué)態(tài)度與責(zé)任?？疾閷哟畏置?，從學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)到物理原理的簡單應(yīng)用再到物理模型的建立，逐步提升學(xué)生問題解決的能力。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，高考題中出現(xiàn)了將物理知識與社會生活、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)過程中運用所學(xué)的知識去解決實際的生活問題，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)注社會熱點，對問題的性質(zhì)或規(guī)律去思考。例如2020年諾貝爾物理學(xué)獎授予了黑洞的發(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論有關(guān)知識，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。問題情境的創(chuàng)設(shè)途徑有很多——播放多媒體視頻也是一個不錯的途徑。例如交通事故合集視頻，可以讓學(xué)生思考和解決直線運動、圓周運動相關(guān)知識，事故視頻畫面也給學(xué)生警示作用，同時激發(fā)學(xué)生主動探究運動學(xué)相關(guān)知識，這也是核心素養(yǎng)中培養(yǎng)學(xué)生正確的價值觀的體現(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，在高考題中運用數(shù)學(xué)方法解決物理問題也較為常見，因為在平時的物理教學(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，如在平拋運動中可以利用其軌跡是二次函數(shù)的表達式，解決問題;在碰撞問題中，常用不等式關(guān)系，包括速度和能量在實際問題中的關(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中的運動，通過作圖及數(shù)學(xué)中的數(shù)列規(guī)律找到其運動規(guī)律;4. 數(shù)學(xué)歸納法，如“多次作用”的問題，指的是某些物理過程，在系統(tǒng)內(nèi)存在多次反復(fù)的過程，往往需要數(shù)學(xué)歸納法先總結(jié)出規(guī)律或者推導(dǎo)出一個通式，在此基礎(chǔ)上解決問題。學(xué)生對物理規(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，從而更好地運用數(shù)學(xué)方法去解決物理問題。

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?！缎抡n程標(biāo)準(zhǔn)》指出：學(xué)習(xí)是一種個性化行動。教育的重要性已被世界各國所認(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)志著我國基礎(chǔ)教育課程改革進入了新的階段，作為教師，應(yīng)當(dāng)在課堂教學(xué)環(huán)境中創(chuàng)設(shè)一個有利于張揚學(xué)生個性的場所，讓學(xué)生的個性在寬松、自然、愉悅的氛圍中得到釋放，展現(xiàn)生命的活力。然而長期以來，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，我們過多地強調(diào)知識的記憶、模仿，壓抑了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，最終使教學(xué)變得機械、沉悶、缺乏童心和靈性，缺乏生命活力。物理來源于生活，又服務(wù)于生活。為此我們要運用物理知識解決實際生活中的問題，使學(xué)生在實踐活動中加深對所學(xué)知識的理解。以學(xué)生為主題，首先是教師對問題的設(shè)置，問題的習(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。在發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題后，由教師引導(dǎo)，體現(xiàn)教師的“導(dǎo)”，問題遞進，暴露問題，讓學(xué)生自己解決問題，既有師生互動，又有生生互動，教學(xué)效果顯著。最后教師善于總結(jié)提煉知識點。高三復(fù)習(xí)的目的性強，為了使學(xué)生改正之前的錯誤觀念，更好地理解應(yīng)用功能關(guān)系。

面對新課程改革的挑戰(zhàn)，我們必須轉(zhuǎn)變教育觀念，多動腦筋，多想辦法，積極運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)生對問題的反映行為，及時做出準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)脑u價與應(yīng)對措施。

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)生解決實際問題的能力，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)律和概念就必須會分析實際問題，而試題中出現(xiàn)如社會生活問題、環(huán)境問題會使學(xué)生對所學(xué)的內(nèi)容有親近感，學(xué)以致用，才是我們希望達到的教學(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越重要的位置，它會使學(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課程在國內(nèi)中學(xué)物理課堂中的實踐，主要是物理科學(xué)與工程實踐的結(jié)合，并且由學(xué)生提出問題，進行一系列的探究和調(diào)查，開發(fā)對現(xiàn)象的解釋，提出證據(jù)及推理過程，使其對核心科學(xué)觀有更深刻的理解。反思傳統(tǒng)教學(xué)以知識的灌輸和習(xí)題的訓(xùn)練為主，說到底還是應(yīng)試教育，這對于學(xué)生的成長和思維方式的形成、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)無疑是毫無益處的。課堂時間有限，把這些有趣的探究實驗放到物理校本課中去實施，秉承STSE理念的宗旨——培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力。當(dāng)然要真正地實現(xiàn)STEM課程還需要一段時間的適應(yīng)和改善，在此過程中我們作為教學(xué)一線教師必將做出努力。