科教興國戰(zhàn)略背景下STSE教育理念在物理實驗課教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用研究
——以《牛頓第三定律》為例

●李 銘牛 昱吳云飛張海豐

一、研究背景

STSE分別代表著科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境，是這些詞語的英文單詞首字母縮寫，這種教育理念最先由西方的教育學(xué)者提出，上世紀末期，由于環(huán)境日漸惡劣，教育學(xué)者提出STSE教育理念來取代之前的STS教育理念，并以此理念作為培養(yǎng)國民科學(xué)素養(yǎng)的主要載體。而后，因科教興國戰(zhàn)略方針的確立，我國也開始了教育的新探索，環(huán)境問題的嚴峻，也使得STSE教育映入教育學(xué)者的眼簾。經(jīng)過20多年的不斷完善，有了今天的STSE教育理念雛形，但我國的STSE教育仍處于初期階段，因此，可參考的案例也較少。

物理實驗向來是物理理論的基礎(chǔ)，實驗的重要性無需多表，本文基于“牛頓第三定律”知識點的基礎(chǔ)上設(shè)計了一則水火箭的小實驗，既與生活密切相關(guān)，又蘊含著物理知識點，使學(xué)生能夠感受到物理與生活息息相關(guān)。在教學(xué)過程中貫穿STSE教育理念，不僅能夠使學(xué)生對知識點更加印象深刻，更能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)效率，為他們在科學(xué)道路上的遠行開辟道路。

二、研究內(nèi)容

本文研究重點是基于STSE教育理念設(shè)計水火箭的實驗課并開展教學(xué)，為了讓學(xué)生們能更符合新課標下的培養(yǎng)標準，將研究內(nèi)容大致分為：一是查閱相關(guān)文獻，對國內(nèi)有關(guān)STSE教育理念及發(fā)展趨勢進行剖析，在此基礎(chǔ)上分析基于STSE教育理念設(shè)計物理實驗的可行性。二是對本節(jié)實驗的相關(guān)物理理論以及STSE教育理念進行分析，找出STSE教育理念在本節(jié)水火箭實驗中的體現(xiàn)。三是拓展STSE教育理念在高中物理實驗課中的體現(xiàn)與結(jié)合的可能性，推測實踐過程中可能遭遇的困難，并找出解決的方法，爭取能夠為后續(xù)的實驗教學(xué)提供參考。

三、教學(xué)設(shè)計思路

一是在開始實驗前播放神舟十三號載人飛船發(fā)射視頻，向?qū)W生講述我國火箭發(fā)展史，進行思政教育，進而引出關(guān)于火箭的知識，從視頻中體現(xiàn)科技發(fā)展為人類帶來的益處，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。二是分析火箭發(fā)射所蘊含的物理知識點，講解關(guān)于牛頓第三定律與反沖運動的物理知識，引出水火箭實驗。三是提前告知學(xué)生實驗所需要的器材，要求學(xué)生準備。介紹進行水火箭實驗所需要的器材，將學(xué)生分組，并帶領(lǐng)各小組進行實驗。此實驗過程簡單，器材易得，制作過程中能夠加深師生之間的感情，學(xué)生之間的配合度；還可以讓學(xué)生感受到物理與生活的緊密度，提高對物理的學(xué)習(xí)興趣。四是對實驗過程進行總結(jié)，并要求學(xué)生書寫實驗報告，教師審閱。

四、教學(xué)實施過程

（一）導(dǎo)入知識點

1.教師利用多媒體播放神舟十三號載人航天飛船發(fā)射視頻，向?qū)W生提問中國最早的火箭是什么時候發(fā)射的，講述最早的火箭的研發(fā)過程和構(gòu)造，解釋發(fā)射的原理。最早的載人火箭這個想法是元末明初時期中國的陶成道，被稱為萬戶的人，也是航天夢第一人。他最早做出的火箭是將47個自制小火箭綁在椅子上，自己坐在椅子上，雙手拿著風(fēng)箏，點火發(fā)射，利用火箭發(fā)射對風(fēng)箏的推力使自己能飛起來，但可惜實驗中火箭發(fā)生了爆炸，萬戶也因此喪命。但他設(shè)想的實驗原理卻是可行的。這個實驗原來也就是后來火箭發(fā)射的原理——牛頓第三定律和反沖運動。

2.牛頓第三定律：相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。

3.設(shè)計意圖：播放學(xué)生感興趣的火箭發(fā)射視頻來吸引學(xué)生的注意力，再結(jié)合歷史故事激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將STSE教育理念滲入物理教學(xué)中來，學(xué)生也更能感受物理與生活的緊密相連，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。用故事激勵學(xué)生的實驗動力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；用火箭的發(fā)展史視頻讓學(xué)生感受到祖國的強大和發(fā)展的速度，實現(xiàn)思政教育與課堂教育的完美結(jié)合。

（二）實驗過程

1.學(xué)生完成自主分組。

2.教師在實驗前著重說明實驗的注意事項：瓶不能對人，實驗要在相對空曠的場地進行，實驗組裝完成后，對廢棄的邊角料不能隨意丟棄，注意愛護環(huán)境，發(fā)射時除發(fā)射人員外盡量遠離水火箭，避免濺到一身水，也避免發(fā)射方向掌握不好造成傷人事件。然后教師向?qū)W生演示水火箭實驗裝置的組裝過程：飲料瓶子中裝少量的水，瓶口一端與打氣裝置相連，將氣體打入到飲料瓶內(nèi)，自行設(shè)計瓶身機翼并粘貼好，最后在寬闊的場地上開始實驗。

3.同學(xué)們根據(jù)老師操作自行分組實驗，各小組需要自制最少一個水火箭。并對噴射距離進行記錄數(shù)據(jù)。改變水火箭中水的含量重復(fù)試驗。

4.設(shè)計意圖：學(xué)生們可以自己選擇分組進行實驗，有利于培養(yǎng)學(xué)生之間的感情，自己動手組裝實驗器材也能更好地提起學(xué)生實驗的興趣，自己完成設(shè)計機翼等小裝飾的過程也更有利于開發(fā)學(xué)生的想象力，在完成實驗的同時，提高了學(xué)生的動手能力，更能夠養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)，嚴謹?shù)目茖W(xué)實驗態(tài)度。在教室講述與環(huán)境保護等相關(guān)的知識，也是將STSE教育理念與新授實驗課相結(jié)合的教學(xué)方式方法，學(xué)生在學(xué)習(xí)新實驗的同時，也能了解到保護環(huán)境的重要性，以及不愛惜環(huán)境會帶來的危害；實驗設(shè)計簡單，操作方便，也更能體現(xiàn)出物理實驗與生活息息相關(guān)，學(xué)生也會對物理實驗多一分熱愛，這也是STSE教育理念的教學(xué)目標之一。

（三）影響實驗的因素

猜想會影響實驗結(jié)果的因素，并用控制變量法改變變量探究這些因素是否對水火箭的發(fā)射距離有影響。首先學(xué)生們提出自己的猜想，然后教師在學(xué)生們猜想的因素中選取出較為實際的猜想（火箭頭，火箭機翼，瓶身重量，瓶中水的重量。）

五、總結(jié)實驗

對各組制作的水火箭的外形打分，并針對多次實驗后改良的火箭發(fā)射距離遠近來一場比賽，確定影響水火箭發(fā)射的因素，總結(jié)這些因素對水火箭發(fā)射距離的影響。

設(shè)計意圖：孩子們都有好勝心理，組織比賽不僅可以趣味教學(xué)，更可以激發(fā)孩子的勝負欲，讓孩子對設(shè)計實驗等更有興趣，在興趣中進步，對此次試驗理解也一定更為深刻。完成實驗的同時，還能夠與學(xué)生之間建立更好的友誼，促進師生交流。這也能將STSE教育理念更好地融入到物理實驗中來，對STSE教育理念本土化也更有幫助。

六、布置作業(yè)，鞏固知識

課下完成實驗報告，寫清實驗步驟以及注意事項。思考除課上總結(jié)因素以外是否還有其他因素對水火箭的發(fā)射距離造成了影響，并且通過自主試驗驗證猜想，并在次日與教師討論研究所觀察到的因素是否真的對實驗結(jié)果有影響。

設(shè)計意圖：實驗報告的編寫不僅可以提高學(xué)生的語言組織能力，還能夠加深學(xué)生對知識的理解，完成從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維，還可以養(yǎng)成認真嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，培養(yǎng)良好的科學(xué)素養(yǎng)。

七、教學(xué)策略與方法

（一）教學(xué)策略

1.主要應(yīng)用示范模仿法，通過教師對實驗的正確示范，學(xué)生們有目的地進行模仿，以此掌握實驗技巧的方法。但也要注意，實驗過程中，要讓學(xué)生多思考，而不只是單純地模仿，在自己的思考中做出屬于自己的水火箭。

2.自主學(xué)習(xí)策略：這種策略是教學(xué)設(shè)計的中心環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵方法。本次實驗中，在完成實驗的基礎(chǔ)上，思考其他影響實驗結(jié)果的因素，布置了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的任務(wù)，讓學(xué)生能夠獨立探索，對于養(yǎng)成學(xué)生的自主性，自律性能起到很大的作用，也符合新課改下培養(yǎng)學(xué)生的主要方向，更能體現(xiàn)出學(xué)生的主體地位，將STSE教育理念與實驗課更好地結(jié)合在一起。

（二）教學(xué)方法

演示法：教師通過實物、教具或視頻等方式，是學(xué)生能獲取到有效知識的方法，也是近代教學(xué)中常用的方法。方式簡單，便于操作，也能使學(xué)生更直觀地感受到所講授的知識點，對鍛煉學(xué)生的抽象思維能力大有益處。但也要注意，應(yīng)用這種方法時要注意結(jié)合實際，做到符合教學(xué)要求以及學(xué)生的現(xiàn)實狀況，在演示過程中，教師也要加強對學(xué)生的引導(dǎo)，使學(xué)生能更好地完成對知識點的掌握。

實驗教學(xué)法：教師指導(dǎo)學(xué)生通過正確的實驗步驟以及實驗器材觀察實驗現(xiàn)象，在實驗現(xiàn)象中找到蘊含的新知識或者是驗證知識的方法。這種教學(xué)法在物理中是常用且有效的方法之一，而本次實驗中主要應(yīng)用的是分組實驗教學(xué)法。這樣的教學(xué)方法也更能鍛煉學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生養(yǎng)成認真嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，并且對知識掌握的更為熟練，且能夠印象更為深刻。這種方法考驗學(xué)生動手能力的同時也要求教師認真負責(zé)，因為要在實驗開始前準備好實驗應(yīng)用的器材，并且能保證每個小組都能夠完成實驗，更要在實驗開始前，講解實驗所有的注意事項，并在實驗中保證學(xué)生的安全。

八、小結(jié)

此節(jié)實驗課，課程氣氛極其活躍，學(xué)生們積極發(fā)表自己的觀點，從實驗的結(jié)果來看，學(xué)生們不僅動手能力強，而且環(huán)保意識高，符合STSE教育理念的培養(yǎng)觀；對知識的編排符合學(xué)生現(xiàn)有的水準，習(xí)題的布置有利于加深學(xué)生印象，并能夠鍛煉學(xué)生開放性思維。但在實驗的設(shè)計上來說，實驗存在潛在的危險，不適合一些調(diào)皮的學(xué)生操作，不過實驗的難度小，趣味性高，對于剛進入高中階段的學(xué)生來說能夠更好地讓他們認識物理，認識到物理與生活息息相關(guān)。簡單的趣味實驗，也更能激起學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。但因為STSE教育理念在我國仍處于起步階段，這節(jié)實驗課也是簡單的探索，涉及到的科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境等方面的知識還不夠全面，在未來仍然需要不斷的探索與實驗，以便于STSE教育理念能在我國初級教育階段更好地得到應(yīng)用。