STSE教育理念在高中物理試題中的應用及啟示

莊琳

STSE教育理念關注科學技術進步和社會發(fā)展需求，與物理學科核心素養(yǎng)中“科學態(tài)度與責任”很好地契合，因此在物理教學中應引導學生自主學習和多樣化學習，能運用科學知識解決實際問題。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用及教學啟示。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，從學習情境的創(chuàng)設到物理原理的簡單應用再到物理模型的建立，逐步提升學生問題解決的能力。STSE試題緊扣社會前沿的科學技術，這就給高三物理復習課堂一些啟示，可以讓學生關注社會熱點，對問題的性質或規(guī)律去思考。

新課標中以“核心素養(yǎng)”培養(yǎng)為理念，注重培養(yǎng)學生的分析能力和解決實際問題的能力以及科學素養(yǎng)和正確的價值觀。而STSE教育理念是提高學生核心素養(yǎng)的重要方法。STSE是英文科學（science）、技術（technology）、社會（society）、環(huán)境（environ- ment）的縮寫，是把科學知識、技術、社會、環(huán)境緊密地結合起來的教育理念。STSE教育理念關注科學技術進步和社會發(fā)展需求，與物理學科核心素養(yǎng)中“科學態(tài)度與責任”很好地契合，因此在物理教學中應引導學生自主學習和多樣化學習，能運用科學知識解決實際問題。近年來，在物理高考題中也有效地體現(xiàn)出以科學聯(lián)系技術、社會、環(huán)境的試題，利用這類試題來培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)是考試中的一種手段。結合《普通高中物理課程標準（2017年版）》對“物理學科核心素養(yǎng)”的要素及內(nèi)涵的闡釋，綜合相關學者的研究，我們認為，物理學科關鍵能力包括：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，進行科學的邏輯推理并正確表達。二是綜合分析與物理模型建構能力。能獲取和加工信息，綜合分析物理狀態(tài)、過程和情境，建構具有物理學科特質的實物或思維模型。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計，創(chuàng)新建構物理模型。

下面以2020年浙江物理高考部分試題為例，分析STSE在試卷中的應用及教學啟示。

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、思維方式、邏輯關系、數(shù)學表達、應用價值等方面。近年來，以STSE教育理念為導向，注重考查物理知識的情境性，加強科學與技術、社會、環(huán)境的聯(lián)系，以實現(xiàn)運用科學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、轉彎為情境，考查牛頓第一定律和曲線運動中力與運動的關系相關知識點，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)設情境，考查牛頓力學中的平衡問題。這三題均為科學知識與STSE理念中的社會（society）相聯(lián)系，都是從學習情境的創(chuàng)設到物理情境的較為簡單的應用。

第4題以當下社會最為關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用。新冠肺炎是全民關注的熱點問題，試題將學生的科學責任感調動起來，并提醒學生保持生態(tài)環(huán)境的平衡，才是人類持續(xù)發(fā)展的關鍵。這恰是“核心素養(yǎng)”中“科學態(tài)度與責任”與STSE理念中的環(huán)境（environment）緊密結合。

第16題以無人機為情境，綜合考查了功能關系、電功率等相關知識點。無人機也是時下比較熱門的新興機器，而我國在無人機領域一直處于領先水平，本題讓學生將現(xiàn)有的知識應用到最新的實用技術中。本題創(chuàng)設的物理情境體現(xiàn)了STSE理念中的技術（technology）。

2020年浙江高考題實驗題方面，第17題探究加速度與力、質量的關系，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生科學探究能力的細節(jié)考查，也都是學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。可以看出浙江卷中STSE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、科學前沿和熱點問題為切入點，更易達到與學生情感上的共鳴，即科學態(tài)度與責任。考查層次分明，從學習情境的創(chuàng)設到物理原理的簡單應用再到物理模型的建立，逐步提升學生問題解決的能力。教育課程的最終目標就是教學生解決問題。

2. 2020年浙江高考試題分析的教學啟示

2.1高三物理教學的情境創(chuàng)設

近年來，高考題中出現(xiàn)了將物理知識與社會生活、科學技術、環(huán)境相結合的STSE題型，這就要求學生在物理學習過程中運用所學的知識去解決實際的生活問題，使物理更加具象化、生活化。因此在高三復習課堂中，不僅要從簡單原理的應用入手，而且更多地應該去創(chuàng)設物理情境，再引導學生去建立物理模型。STSE試題緊扣社會前沿的科學技術，在高三復習課堂中可以讓學生關注社會熱點，對問題的性質或規(guī)律去思考。例如2020年諾貝爾物理學獎授予了黑洞的發(fā)現(xiàn)者和銀河系中心超大質量致密天體的發(fā)現(xiàn)者，創(chuàng)設情境引導學生去思考天體及相對論有關知識，一方面激發(fā)學生的學習興趣，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，可以讓學生思考和解決直線運動、圓周運動相關知識，事故視頻畫面也給學生警示作用，同時激發(fā)學生主動探究運動學相關知識，這也是核心素養(yǎng)中培養(yǎng)學生正確的價值觀的體現(xiàn)。

2.2物理高考題中的數(shù)學要求

物理題的解決離不開數(shù)學工具，在高考題中運用數(shù)學方法解決物理問題也較為常見，因為在平時的物理教學中，不僅要注重物理思維的培養(yǎng)，也要求學生掌握數(shù)學方法去解決問題。2020年浙江物理高考試題涉及數(shù)學方法的試題為第13題、21題、23題，主要涉及數(shù)學中的幾何法、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，常用不等式關系，包括速度和能量在實際問題中的關系;判定結果的準確性;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)學中的數(shù)列規(guī)律找到其運動規(guī)律;4. 數(shù)學歸納法，如“多次作用”的問題，指的是某些物理過程，在系統(tǒng)內(nèi)存在多次反復的過程，往往需要數(shù)學歸納法先總結出規(guī)律或者推導出一個通式，在此基礎上解決問題。學生對物理規(guī)律的掌握及概念的形成離不開數(shù)學思維及方法，因此我們必須將物理和數(shù)學很好地結合，從而更好地運用數(shù)學方法去解決物理問題。

2.3物理高考題與復習課的啟示

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”就能解決的。《新課程標準》指出：學習是一種個性化行動。教育的重要性已被世界各國所認可并受到前所未有的關注，新課程標準的提出與正式頒布，標志著我國基礎教育課程改革進入了新的階段，作為教師，應當在課堂教學環(huán)境中創(chuàng)設一個有利于張揚學生個性的場所，讓學生的個性在寬松、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生情感、想象、領悟等多方面的發(fā)展，我們過多地強調知識的記憶、模仿，壓抑了學生的主動性和創(chuàng)造性，最終使教學變得機械、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，使學生在實踐活動中加深對所學知識的理解。以學生為主題，首先是教師對問題的設置，問題的習題化，研究學情，讓學生在課前先完成兩道例題，體現(xiàn)的就是學生的練習，這樣可以更好地了解學生的學習情況，分層教學，突出重點。在發(fā)現(xiàn)學生的問題后，由教師引導，體現(xiàn)教師的“導”，問題遞進，暴露問題，讓學生自己解決問題，既有師生互動，又有生生互動，教學效果顯著。最后教師善于總結提煉知識點。高三復習的目的性強，為了使學生改正之前的錯誤觀念，更好地理解應用功能關系。

面對新課程改革的挑戰(zhàn)，我們必須轉變教育觀念，多動腦筋，多想辦法，積極運用合理的物理課堂教學模式，也使學生的行為隨課堂的變化得到及時調整。教師只有不斷地學習，才能根據(jù)課堂中學生對問題的反映行為，及時做出準確、恰當?shù)脑u價與應對措施。

3. 總結

高中物理基于STSE教育理念的試題考查有助于提升學生解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生的探究精神和科學責任感，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用及重要性。學生要掌握物理規(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)境問題會使學生對所學的內(nèi)容有親近感，學以致用，才是我們希望達到的教學目標。STSE教育理念在高中物理的教學和考查中占有著越來越重要的位置，它會使學生得到更全面的發(fā)展，為高中物理教學和考查注入新的活力。STSE課程在國內(nèi)中學物理課堂中的實踐，主要是物理科學與工程實踐的結合，并且由學生提出問題，進行一系列的探究和調查，開發(fā)對現(xiàn)象的解釋，提出證據(jù)及推理過程，使其對核心科學觀有更深刻的理解。反思傳統(tǒng)教學以知識的灌輸和習題的訓練為主，說到底還是應試教育，這對于學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)學生創(chuàng)新精神和實踐能力。當然要真正地實現(xiàn)STEM課程還需要一段時間的適應和改善，在此過程中我們作為教學一線教師必將做出努力。