STSE教育在軍事院校《材料科學與社會》課程中的實踐*

楊曉娜, 李 奇, 張 暉,姜 松

(1 河南農業大學理學院,河南 鄭州 450002; 2 解放軍信息工程大學基礎部,河南 鄭州 450002)

STSE是科學(science)、技術 (technology)、社會 (society)、環境(environment)的英文縮寫[1-2]。20世紀60年代末，美國首先推出了STS教育，經歷了70年代的鞏固階段和80年代的進一步發展階段，90年代，STS課程改革帶動了世界范圍內的科學教育改革。20世紀以來，科學技術的飛速發展對國家的經濟、文化和軍事的發展做出了巨大的貢獻，也帶來了一系列的環境問題，環境保護已成為當今社會發展的重大課題，環境教育也成為公民科學素養教育的一個重要組成。因此，美國在1996年頒布的《國家科學教育標準》中首次提出STSE教育觀念。

科學素養是運用科學知識，確定問題和作出具有證據的結論，以便對自然世界和通過人類活動對自然世界的改變進行理解和作出決定的能力。1983 年美國著名學者 Jon.D.Miller提出“三維度模型”界定科學素質：(1)對科學知識與概念術語的理解；(2)對科學規范與科學方法的理解；(3)了解、認識科學對社會的影響[3]。

分析STSE教育產生的背景及其教育思想，審視科學素養的內涵，可以發現STSE教育實踐與科學素養的培養具有相當程度的一致性。科學素養的過程與社會、文化背景密切相關，而在獲得科學素養的過程中，認知因素與社會、文化因素又會復雜地結合在一起。此外，STSE教育強調學習者根據自己的經驗，在社會的大背景下去理解科學技術的存在、發展及其對人類社會和生態環境的影響，為學習者的未來工作和生活做出基本的科學知識和科學能力準備。可以說，STSE更關注科學教育活動中“人”的因素，追求的是公民“科學素養”的普遍提高[4]。STSE教育對自然科學與人文科學課程跨度的把握，客觀世界的整體與彼此之間聯系的體現，謀求全面提高學生的科學素養，提供了最合適的范例。

1 《材料科學與社會》選修課的現狀

通識選修課[5-6]是高校對學生開設的一類自由選擇性課程，是高校培養復合型、創新型人才的有效途徑。課程的開設旨在開闊學生視野，增加學生知識儲備，提高學生分析問題、解決問題的能力，并實現人文教育、科學精神、創新思維與相關知識的融合。我國教育由于實施文理分科，理工分家，導致學生所受的科學教育匱乏，科學素養亟待提高。同時，高校科學教育一直存在單純重視科學知識傳授而忽視科學方法訓練、科學態度熏陶、科學精神培養的問題。

材料學科是一門與化學、化工、軍事、環境保護等多個學科相互交叉的綜合性學科。《材料科學與社會》課程則是研究材料的發展及其應用對人類社會文明和進步的相互關系。課程內容主要涉及科學、技術、社會、環境等之間的關系，是實施STSE教學法的理想載體。科學技術的發展，尤其是化學化工技術的發展，不斷催生新的先進材料，先進材料的應用又推動社會的文明和進步，同時穿插在這個過程中出現的環境問題及解決方案。將STSE 教育理念潛移默化中引入到《材料科學與社會》課程教學中，對大學生進行科學素質的訓練，以培養具有創新精神和實踐能力的人才。

目前，《材料科學與社會》選修課在教學過程中主要存在以下幾方面的問題。首先，學生結構復雜，基礎差異較大。選課學生涵蓋了各個專業的不同學生。來自不同學院的學生的基礎知識儲備存在較大差異。如何選擇合適的課程內容和教學方法，使選修課程的所有學生都選有所學，這對授課教師提出了較高的要求。其次，本課程理論學時較短，課程設置內容較多，怎么在有限的時間內讓STSE教學理念貫徹整個教學活動中，也是教師要充分考慮的問題。

2 《材料科學與社會》中滲透STSE教育的意義

2.1 建設美麗新中國的需要

十九大報告里明確指出，要加快生態文明體制改革，建設美麗中國。雖然全國貫徹綠色發展理念的自覺性和主動性增強了，忽視生態環境保護的狀況明顯改變了，能源資源消耗強度大幅下降了。但是，必須清醒看到，我們的工作還存在許多不足，也面臨不少困難和挑戰，主要是生態環境保護任務任重而道遠。而生態環境問題與材料的生產與應用也存在有直接或間接的關系，社會經濟如何在環境、科學與技術的協調下發展，高等教育要求學生能夠對這些問題有一定的認知。而STSE教育理念要求學生認識到科學、技術、社會和環境之間的關系，可見，這一理念與國家的發展目標是相契合的。

2.2 提升教學效果的需要

STSE教育提倡教學內容與社會、科學、環境等有效聯系，可以讓學生真正體會到“學有所用”，讓他們真正的喜歡學習、熱愛學習，從而有效的提升教學效果。例如，在講授材料中的化學鍵時，提到了分子間力，可以用問題引入：壁虎為什么具有攀巖附壁的能力？引起學生的思考和興趣，進而介紹壁虎的超強黏附力源于腳掌上大量剛毛與物體表面的分子間作用力，并通過美國Autumn教授的實驗進行解釋說明。接著給學生展示石墨的層狀晶體結構，并引導學生分析石墨中層與層之間的力以及同層之間的力的不同，得出層與層之間的力是一種弱作用力，即分子間力。有趣的是，科學家們通過非常巧妙的方法破壞了石墨層與層之間的分子間力而獲得了單層的石墨晶體，即石墨烯。石墨烯在科技以及軍事上的應用很多，給學生舉例分析。講解時一環扣一環，既加深了學生對化學知識和材料知識的理解，又讓他們認識到這些基礎知識與科學、社會、軍事方面的緊密聯系，這樣必將激發學生的學習興趣，提升教學效果。

2.3 滿足軍隊院校教學的需要

軍隊院校的選修課程不僅要傳授學生知識，還要側重知識與軍事的聯系。在《材料科學與社會》的教學中，課程內容增加材料科學在軍事中的應用，為學生提供必要的知識儲備，以便他們能夠運用科學的理論、方法來分析軍事武器、戰場環境中的相關問題。比如，軍用武器裝備的精良化和現代化需要軍用新材料方面的相關理論。教學中會涉及壓片陶瓷在反坦克武器、碳化硅陶瓷在裝甲材料中、稀土材料在激光測距儀中的應用等等，很好地滿足軍校學生的學習需求。

2.4 增強環保意識的需要

良好生態環境是實現中華民族永續發展的內在要求，是增進民生福祉的優先領域。隨著經濟的發展，社會的進步，人們逐漸認識到了環境保護的重要性，環保意識逐漸提高。STSE教育對于提高學員的環保意識具有重要的意義。在介紹建筑材料主題內容時，筆者以綠色建筑材料的發展及應用為例，強調環保精神和綠色發展的概念，對提高學生的環保意識效果明顯。

2.5 滲透科學精神的需要

STSE教育代表了一種全新的科學教育的思維模式與價值觀，其終極目標是培養學生的科學素養，在選修課的教學中滲透科學精神對學生科學素養的培養具有重要的意義。作為高素質人才培養基地的大學課堂，不能簡單地將傳授科學知識作為主要任務，而是應該在對學生進行知識教育和能力培養的同時，重視培養他們的科學精神，使大學不僅是進行高等教育的場所，更能成為先進思想和精神的發源地[7]。在介紹稀土材料主題內容時，筆者以稀土元素的發現史為主線進行教學，強調科學精神和科學素養的培養，教學效果良好。

3 STSE在《材料科學與社會》教學中的教學策略

3.1 課程基本理念

本課程的教學堅持以學生為本、注重創新意識和科學素質培養的指導思想，體現“精基礎、強近代、重應用”的教學理念。

3.1.1 精基礎

課程教學過程中要注意強調選修課的特色，把握好教學內容的深度和廣度，精選材料科學的基礎教學內容，重點對材料與社會的互動發展、材料與人類生活、材料科技與可持續發展、材料的軍事應用等部分進行論述，使學生深刻理解人類文明史就是材料的發展史，提高學生的學習興趣。

3.1.2 強近代

材料學科的發展日新月異，有限的課堂教學遠遠不能滿足學生學習知識的需要，所以，《材料科學與社會》選修課的教學內容應該表現出時代特色，將近代社會發展的新成果不斷引入教學中，跟上時代發展步伐，使學生了解材料的發展和進步[8]。

3.1.3 重應用

由于材料和其他學科的相互交叉，大大促進了其他基礎學科和應用科學的發展，目前國際上受到普遍關注的幾個問題——能源的開發與利用、功能材料的研制、環境的保護等都與材料密切相關。因此，增加材料在現代生活和軍事中應用的實例，使材料科學面向社會發展、科技進步、軍事應用、學生的生活和興趣，加強材料與科學、技術、社會和軍事的聯系，盡可能讓學員在有限的學時內擴大知識面。

3.2 充分利用問題式教學模式

傳統的“教師講學生聽”的“滿堂灌”教學模式不適合選修課的教學，由于選修課的課時較少，內容較多，部分內容必須以學生自學為主，教師引導為輔的教學方法。筆者采取網絡化問題教學模式來實施，在這個教學模式中，問題的設置是關鍵，直接關系到能不能激發學生的學習興趣。因此，在設置問題時，一般是從生活中與材料相關的基礎性知識問題出發，再深入到綜合性問題的提出，最后提升到應用性問題的設置。這樣設置的問題層層遞進，驅使學生不斷地去思考、查閱相關資料、分析問題、討論結果、直到解決問題，很好地激發學生的學習興趣。例如，在講稀土材料這一專題前，給學生布置以下問題：(1)夜晚的世界為何如此絢爛多彩？(2)為什么可以利用醫療器械準確診斷疾病？(3)汽車尾氣排放是如何控制的？(4)氫能利用的關鍵是什么？在這些基礎問題提出之后，進一步將問題延伸。如：(5)如何用稀土制作汽車尾氣的三效催化劑？(6)稀土催化劑的優點是什么？等等。這些實際問題的提出，可以促使學生不斷地去思考和查閱相關文獻資料，提高學生對課程的興趣，拓寬學生的視野。同時，學生在解決這些問題時會發現，材料學科的很多問題與化學等其他課程關系緊密，從而提高學生對相關學科的認識。

為了方便進行問題的討論，開課初對教學班進行分組，每組10人，推薦組長1名，專門負責組織小組成員的學習和討論情況。課上再由教師進行解答并對學生給出的結果點評，這種問題式教學模式可以有效加深學生對材料知識的理解，同時，把基本知識與現實生活中的材料的應用聯系起來，可以有效提高學生的學習興趣。

3.3 探索改善學習的多元化評價模式

STSE教育強調科學、技術、社會和環境之間的關系，突出科學教育的人文背景，這對傳統科學教育的評價提出了新的挑戰。根據STSE教育的理念，借鑒國外的評價模式，以及開設通識選修課的教學目標，我們采用改善學習的多元化評價模式[8]。評價模式改變以往的學生評價重知識輕科學素養現狀。評價的內容不僅僅局限于獲得的科學知識，同時注重對社會生活中與自然科學密切相關的重大問題的認識，運用科學知識解決問題的能力等。基于當下豐富的信息資源，筆者將STSE的教育由課堂延伸到課外，通過新聞、微信等媒體所提供的科學知識，找到材料學科與科學、技術、環境、軍事等知識的聯系，讓學生進行思考，筆者通過布置不同選題或自選題，由學生自行選擇。選題確定后，筆者要求學生積極搜集相關資料，結合自己小組選題制作相關多媒體課件。筆者會將課程中的 2～3節課留給學生，由小組選定成員在規定的時間內做口頭展示匯報，其他小組成員就講解內容進行討論并給出一定的分數，筆者根據其他小組學生給出的平均分數，同時結合學生平時課堂表現和最后作業情況給出最終分數。這種課程評價方式綜合鍛煉了學生搜集資料、 整理資料、 分析問題的能力，同時也鍛煉了學生的口頭表達能力。評價過程貫穿整個學習，強調真實地描述教學活動和學習活動中實際發生的事情，以及學習對學生認知和人格發展的影響。通過對各個專題學生作業的反饋，筆者發現在高等學校通識選修課程中實施STSE教育，提高了學生的科學素養，培養了學生的綜合應用知識和分析、解決問題的能力，促進了科學教育與人文教育的結合。

4 結 語

在現行條件下，選修課《材料科學與社會》的課堂上引入STSE教育的理念是可行的，教學效果是明顯的。通過實施STSE教育，將科學教育與科學、技術、環保和社會緊密相連，使學生在真實的技術和社會情境中形成科學素養和增強社會責任感。同時，學生的學習興趣以及分析問題、解決問題的能力有了明顯提高，學生能從不同的角度去理解材料與化學化工科技、社會、環境以及軍事之間的關系。本文提到了一些STSE教育的實施方法，在今后的教學中，還有待進一步的探討和挖掘。可以預見，STSE教育在大學選修課的教學中有著很好的發展前景。