基于STSE教育理念的教學設計

張德培 蘇少華 唐佳鈺 林馨郁 劉堅輝 鄭淵方

摘? ?要：STSE教育理念著重關注科學發展，技術創新，社會生活，環境資源，契合初中物理課標要求，將其用來指導初中物理教學具有可行性。通過在初中“全球變暖與水資源危機”這一節課的教學中融入STSE教育理念，利用海水淡化教具展開探究活動，在傳授知識的同時，提升學生保護環境的社會責任感，提高學生的科學素養。

關鍵詞：STSE教育理念;初中物理教學;科學素養;海水淡化;保護環境

1? STSE理念與初中物理教學

1.1? STSE理念概述

STSE即科學（Science），技術（Technology），社會（Society），環境（Environment）的英文縮寫。馮化友先生說過STSE教育是STS的延伸，是科學教育與人文教育高度融合的新型教育[ 1 ]。STSE教育旨在打破以知識邏輯體系為核心的傳統教學，通過在真實的社會和生活情境中呈現科學和技術，以更全面的科學教育思維模式與價值觀，幫助學生綜合看待科學、技術、社會、環境的相互影響，樹立科學技術與社會生活、自然環境協調發展的觀念。

1.2? STSE理念指導初中物理教學的可行性

STSE教育主張科學教育要和當前的社會發展、社會生產、社會生活、生存環境等緊密結合，致力于讓學生學好本領并能參與科學技術決策，培養學生未來意識和參與意識，成為具有良好科學素養的人才[ 2 ]。當下初中物理教學以培養學生的科學素養為教學目標，提倡從生活走向物理，從物理走向社會和注意學科滲透，關心科技發展的課程基本理念[ 3 ]。初中物理知識內容較為基礎，涉及知識面較為廣泛，以STSE教育理念指導教學，可讓學生將所學的科學知識聯系實際，提升學生保護環境，推動可持續發展的社會責任感，提高學生的科學素養。

1.3? 基于STSE教育理念的一般教學模式

針對初中物理教學，本文基于STSE教育理念構建一般教學模式如圖1所示。該教學模式針對社會、環境、科學、技術要素依次設計教學環節，環環相扣。

環節一以社會生活為切入點導入新課易于激發學生的學習興趣。環節二針對環境問題的討論可在教學中滲透環境保護的意識。環節三在社會和環境問題中尋找科學問題，通過知識的映射關聯整合過程，基于問題情境建構科學模型，這是本教學模式的核心環節。環節四將科學模型與技術聯系的過程實質就是理論聯系實際的過程，充分關注學生素質的全面發展。

2? “全球變暖與水資源危機”教學設計

2.1? 設計背景

眾所周知，地球水資源的儲量還是很豐富的，但其中淡水資源僅占水資源總量的百分二點五[ 4 ]。一旦淡水資源枯竭，對農業、工業、城市發展將造成巨大破壞，從而對社會造成不可忽視的影響。因此，人們對于淡水的重視程度日益提高。海水淡化技術正是基于上述背景應運而生。目前海水淡化技術已有二十多種，其中利用太陽能進行海水淡化的膜蒸餾技術因其污染少和消耗的化石能源少等優點而成為熱門方向。海水淡化與科學、技術、社會、環境聯系緊密，以海水淡化技術為背景進行教學，與STSE教育理念和初中物理教學要求契合。滬科版九年級物理的“全球變暖與水資源危機”的教學內容主要包含“全球變暖”“水資源危機”“珍惜每一滴水”三個模塊的知識，與海水淡化技術的開發背景和應用意義相呼應，將其設計為STSE課程具有較好的典型性。

2.2? 設計思路

本節課的教學目標在于認識人與自然的關系和科技造成的影響，了解水污染與缺水問題，提升學生節約用水，保護環境的意識。教材里主要講述了全球變暖的危害和水資源危機。如果單單按照教材的內容進行講授，顯然沒法突出物理學的韻味。物理學的美就在于實驗，如果能將科學技術簡化為學生能接受的簡單模型，通過教師引導，讓學生基于問題自主建構理論模型，將有利于學生科學思維的培養;從理論模型建構到聯系前沿科技，這是理論到實際的提升;通過科學技術背后的社會意義的挖掘和重視環境意識的培養，這是傳授知識到關注學生全面發展的進階。

2.3? “全球變暖與水資源危機”的教學設計

由于實驗耗時長，模擬海水淡化實驗需在課前進行，如圖2所示。

海水淡化教具由海水淡化膜、泡沫板、燒杯、水槽、三角體透明房頂、冷凝水槽、模擬光源組成。其中海水淡化膜材料要求親光親水導熱性好。因為海水淡化技術需利用太陽能提高膜材料的表面溫度，進而加速膜材料里液態水的蒸發。為了保證這個過程持續不間斷，則要求材料可以吸水，為蒸發過程持續不斷提供液態水。所以要求材料具有親光性，親水性和良好的導熱性。海水淡化膜可利用碳粉打印機將碳粉打印到晾干的吸水紙上，即可保證膜材料的親光親水和良好導熱性。泡沫板的作用是支撐海水淡化膜，防止海水淡化膜吸水后過重沉到燒杯底。水槽和三角體透明房頂組成“海水淡化廠房”。在實驗過程中，將海水淡化膜、泡沫板、燒杯組裝好放入水槽，用透明膠帶將水槽和三角體透明房頂粘合，保證裝置的氣密性，防止氣態水分子逃逸出“廠房”。而冷凝水槽可降低“廠房”壁上的溫度，以促進氣態水在“廠房”頂上液化成液態水。啟動模擬光源，即可觀察到“海水淡化”的模擬過程。

教師可根據實際，提前進行模擬海水淡化實驗，以便開展后續的教學。

環節一：生活情境導入，提升社會意識

將國家節水標志通過碳粉打印機打印到吸水紙上制成海水淡化膜材料。導入新課時，讓學生觀察海水淡化膜上的圖案，如圖3，請同學解釋這個圖案的寓意。經過師生討論，可以得到結論：圓形代表地球，留白部分可看作一只手托起一滴水。再仔細觀察，可看到其實手是字母J和S的變形，寓意節水，表示節水需要公眾參與，鼓勵人們從自己做起，人人動手節約每一滴水;手又像一條蜿蜒的河流，象征滴水匯入江河[ 5 ]。以此導入新課，不僅可以活躍學生的思維，對以這個海水淡化膜為核心的實驗充滿了好奇，而且還能開門見山地揭示本節課的主題——保護環境，節約用水。

環節二：滲透情意教育，提倡環境保護

展示海水淡化教具，提問學生：為什么要發展海水淡化技術呢？讓學生結合生活經驗，意識到隨著人類社會的發展，全球變暖和水資源危機等環境問題越來越嚴重。教師可通過大量真實且震撼的圖片，讓學生直觀地感受人類對環境造成的嚴重破壞，從而反思人類肆意破壞環境的代價，以提升學生的環境保護意識。

環節三：知識關聯整合，建構科學模型

就缺水問題繼續提問：我們能不能針對缺水問題奉獻自己的一份力量？引導學生可多角度解決，一方面可減少淡水資源的浪費，如節約用水;另一方面可增加淡水資源的生成，如應用海水淡化技術將海水轉化為淡水。并讓學生做“小小工程師”，應用先前所學知識，師生共同設計海水淡化的原理。以海水淡化技術為背景，驅動學生對已有知識經驗進行回顧總結，甄別選擇與海水淡化相關的知識。通過知識的映射關聯，學生可得出海水淡化的原理就是液態海水到氣態水再到液態水的轉化。此時，學生可實現從掌握基礎知識到建構真實問題模型的進階。

環節四：強化思維訓練，聯系技術實踐

展示海水淡化實驗教具，讓學生觀察實驗現象，如圖4所示，講述實驗儀器和實驗原理。學生可觀察到海水淡化過程實際就是利用海水淡化膜，提高海水的蒸發效率，得到大量的水蒸氣。然后對水蒸氣進行冷凝得到液態淡水。

教師布置三個問題，讓學生設計方案解決。

問題一：本次實驗如何證明實現了“淡化效果”？

如圖5所示，取適量水槽收集的液體于試管，用鹽度計進行測量，測得密度值為1.001，參照液體密度和含鹽量對照表可得液體含鹽量為1.3（千分比）。取適量燒杯內的原溶液于試管，用鹽度計進行測量，測得密度值為1.022，參照液體密度和含鹽量對照表可得液體含鹽量為28.6（千分比）。比對數據可得，淡化后的液體的含鹽量比淡化前少了27.3（千分比），可見實驗的確實現了“淡化效果”。

問題二：本次實驗收集的水的質量是多少？

方案二：將收集的水倒入量筒測得液體體積，根據剛測得的液體密度和質量公式即可測得液體的質量約為100 g左右。

問題三：本次實驗至少利用了多少太陽能？

方案三：海水淡化膜吸收太陽能，轉化為熱能，以提高膜的溫度。忽略熱量損失，熱能的多少大致可以表征太陽能的多少。但由于熱能的計算在下一章才學習，所以問題三可以等學習完下一章的知識再進行探討。

學生對太陽能有一定的感性認知，但涉及太陽能的定量關系的知識水平要求較高。教師可利用轉換法，將復雜難測的太陽能轉換為簡單易測的熱能。根據滬科版九年級物理教材，在“溫度與物態變化”后學生才學習熱量與比熱容。因此本節課可留下伏筆，承上啟下，銜接前后的概念學習。

本次實驗以探究活動驅動學生參與實驗，通過學生親自測量實驗所需要的數據，解釋實驗現象，探索實驗意義，理論聯系實際，感受從實驗原理上升到科學技術的復雜過程，旨在提升學生的科學素養。

結論

初中物理還有很多可以結合STSE教育理念的主題。而在物理課堂中實施STSE教育需要教師關注社會時事，不斷更新教學理念，重視科學技術對社會環境帶來的影響，從而研究和探索出更多方式開展STSE教育，促進學生科學學習的同時更關注學生素質的全面發展。

參考文獻：

[1] 馮化友. 初中物理STSE教育資源的開發與利用[J]. 中學物理教學參考， 2016，45（16）：6-7.

[2] 謝淑海. 試論加拿大的STSE教育及其啟示[J]. 世界教育信息， 2009（2）：67-69.

[3] 中華人民共和國教育部. 義務教育物理課程標準[S]. 北京：北京師范大學出版社， 2012.

[4] 張家琦. 世界水資源爭端的熱點區域[J]. 地理教學， 2011（4）：4-5.

[5] 黃海艷， 蔣詠. 實施節水戰略應該提倡公眾參與[J]. 江蘇水利， 2002（10）：24-25.

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