“力學”課程滲透STS教育的初探

方秀珍+方子喬

【摘 要】本文指出在高校力學課程中滲透STS教育的重要性，并針對力學課程初步探討了滲透STS教育的方法，以便為“力學”課程適應科學研究、技術發展、社會進步發揮更好的作用而提供借鑒。

【關鍵字】STS教育 力學課程

【基金項目】華北科技學院教研基金資助課題（課題編號HKJY201437），課題名稱：“力學”教學如何滲透STS教育，課題類別：指導類

【中圖分類號】G421 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）34-0069-02

STS（science， technology and society）是一門研究科學、技術、社會三者關系的復雜而龐大的系統學科，它是一個跨學科的新的研究領域。提及STS教育可能不僅學生就連部分教師們都沒有聽說過，當然更談不上將其滲透到自己的日常教學中。其實可以這樣來理解STS教育，它是將分塊化的教育模式改革為模糊邊界的教學模式。STS教育不僅著眼于理科生學習人文文化，也著眼于文科生學習科學文化，使其科學、技術成為社會的科學、技術。

隨著科學、技術和社會的發展，先后經歷了無科學思想的機會技術、無科學思想的自主技術和有科學思想的自主技術。社會中的人們隨著社會的發展從科學決定論、社會決定論發展到了科學、技術和社會互動階段。科學轉化為技術，技術推動社會前進，而前進的社會又促進科學的發展。

大學是培養掌握科學的人才，怎樣才能培養出適應社會發展，掌握技術，能參與科學技術決策，并能制定科學技術決策和評估科學技術決策的新一代世紀人才呢？現在就把STS教育引入到我們大學的課程中去，把STS教育作為培養新一代人才的一項智力內容，可能會起到意想不到的收獲。

我正在教授大學理工科二年級的《材料力學》。在沒有引入STS教育之前，我主要是按照大綱要求完成相應的教學任務，分析清楚大綱要求的重難點，做好相應知識的講解和練習，課后整理好作業中發現的問題，并及時處理學生的答疑工作等。而隨著STS教育的引入，我清楚了我的教學有欠缺的地方，沒教授相應的本學科與社會之間的關系、本學科如何轉化成適應社會的技術、引入本技術帶來的社會問題和如何看待科技引起的社會問題等。

對于STS教育最重要的一點就是讓學生帶著問題去探索科學知識，首先給出問題的整體概況，然后離散該問題分部分探討，最后將討論的結果進行整體整合。

下面以我教授《材料力學》中的軸向拉壓桿強度的問題為例，說明下我在教學中滲入STS教育的初步探討。

首先，引入問題，了解概況。你坐在圖1的椅子上安全嗎？如果放在其上的重量逐漸加重可以嗎？椅腿能再細些嗎？椅腿能再粗些嗎？椅腿可以矮些嗎？椅腿可以高些嗎？還可以提出問題嗎？

其次，離散問題，分析問題。我們的目的是想讓具有與之類似的結構安全，使您購置或設計或使用類似的結構時知道衡量它的哪些方面。如果椅子不承重，無所謂安全的問題，而當其承受載荷時可以得到椅腿的受力分析圖，如圖2。根據圣為南原理，圖2上下的分布力都可以簡化為一個合力，如圖3。如果椅腿可伸縮，在圖3的受力下，椅腿要收縮，椅子的高度變矮。椅腿簡化為等截面的桿件，受力情況不變，簡化的力學模型圖如圖4。

接著，引入具體問題。60公斤的學生坐在其上，凳腿高40cm，凳腿簡化為空心圓柱，其外徑為5cm，內徑為46cm，所用材料為彈簧鋼65，屈服極限為 ，密度為 ，彈性模量為 ，請問該學生坐上安全嗎？最主要的方面就是凳腿不能破壞，其次是凳腿保持原有平衡能力不被破壞，再次就是凳腿縮短量非常小。

然后，分析問題。構件的承載能力的安全問題主要考慮強度、剛度和穩定性的問題。凳腿橫截面上的應力是由于60公斤的學生和本身的自重產生的。經過應力分析后，凳腿的下端面A受的正應力最大，為了抵抗壓應力，而滿足強度要求，所以工程實際中的凳腿下端面A的面積制成了（如圖1）直徑為25cm圓截面。這樣可減低壓應力，而保證凳腿的下端面A不被壓壞。經過最大承載能力分析后，此凳腿可以承載的最大質量為2358Kg，也就是說同時有大約393位60公斤重的學生坐在該凳子上，此時凳腿才會發生破壞，出現危險。因此，坐在此凳子上的學生，只要正確坐姿（保證施加壓力），不會壓壞凳腿。經過變形分析，凳腿的壓縮變形量為52nm，相當于52根頭發絲的粗細。因此坐在該椅子上，不會感覺到有突然下沉的感覺。

最后，拓展問題，發現問題，總結問題。工程實際中應用此結構的例子無處不在，例如家庭里的帶有支持腿或支撐柱的各類家具，建筑中的門前或廳里的支撐柱，每人身體上的大小腿結構，地下工程中隧道或巷道等的支護等等。

最終，學生們會形成一清晰的分析問題的思路，并且發現學習的問題就在身邊，不僅可以學習理論，還可以解決問題，而不是為了學習而學習，從而失去了目標，茫然不知所措。

STS教育應該是完成了從社會中來到社會中去的過程，當然如果所有課程湊這樣了教授，可能需要很長的課時，現實要求短期用掌握的知識為社會服務，反過來在社會碰到的問題在到理論中去解決，然后再到社會中去驗證。因此，在教學中，雖然節節課都可以滲透STS教育，但是課時有限，只能變相延長課時。在我校的力學課程，首先可以選幾次有典型性的知識點的問題作為專題講座；其次，通過學生自己課余社會性的調查發現問題；最后，通過力學模型的制作來檢驗解決問題的能力。

參考文獻：

[1]孟邵紅.STS教育：科技進步與社會發展的融合點[J].黑龍江高教研究，2001，102（4）：15-17.

[2]陳凡，陳佳. 我國當代科技與社會（STS）研究的現狀及發展[J].自然辯證法研究，2001，27（12）：15-19.

作者簡介：

方秀珍，1977年2月5日出生，女，出生地為吉林省梅河口市，現工作單位為華北科技學院基礎部力學教研室教師，職稱為講師，學位為碩士研究生，畢業于東北大學理學院固體力學專業。現在所從事的研究方向是復合材料層合板基于遺傳算法理論的鋪設角的優化設計以及復合材料層合板后屈曲問題的探究。