STSE視野下物理課外實驗開發的四個方向

【摘要】STSE教育依托真實的情境，讓學生針對社會熱點發表意見，使其認識到科學和技術在社會生活和生產、在環境能源方面的綜合應用，并親歷實驗設計及動手操作的過程，有助于增強學生的科學態度與責任，提高學生科學探究的能力。文章提出了STSE視野下初中物理課外實驗開發的流程，結合案例闡述了STSE實驗開發的四個方向：挖掘教材中的科學世界或STSE欄目、課內演示實驗化身課外STSE探究實驗、教材中的課后習題改編為STSE實驗、源于生活的STSE實驗。在實踐后提出加強STSE理論學習、搭建校園活動平臺、采用多元化評價、開放學校實驗室等實施建議。

【關鍵詞】初中物理；STSE；課外實驗；開發方向；案例

【中圖分類號】G633.7【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2022）14—0065—05

STSE是科學——技術——社會——環境（Science-Technology-Society-Environment）的簡寫，STSE教育是科學與人文的跨學科教育。STSE教育培養“以人為本”的科學素養，凸顯環境社會的重要性[1]。隨著科技的快速發展，也帶來了能源、資源、材料、環境、健康等問題，并嚴重威脅著人類的生存和發展。為了世界的可持續發展，STSE教育勢在必行[2]。我國于2020年提出力爭到2030年達到CO2排放量峰值，力爭到2060年實現碳中和，這是實現生態文明和美麗中國目標的主要措施。初中物理與生活息息相關，以實驗為基礎，課外實驗是物理課堂的延伸，也是提高學生學習興趣的過程性評價手段，具有因地制宜的特點。開發STSE視野下的物理課外實驗，以點帶面在物理教學中滲透STSE教育，符合中國學生發展核心素養，滿足新時代對人才的需求。

一、問題的提出

（一）滲透STSE教育是物理課程標準的要求

2011年版初中物理課程標準中提到，要“從生活走向物理，從物理走向社會”，培養學生將物理學知識、技能應用于實踐的能力，培養學生關心科學技術的發展意識，認識科技發展給社會帶來的兩面性[3]。STSE教育的宗旨則是培養能正確了解和認識科技發展的兩面性，且能起到監督作用的公民和培養關注社會和環境的科學技術人才。兩者之間具有異曲同工之處。

課程標準提到要引導學生關注學校所在區域的相關問題；倡導利用周圍的物品、材料和器具進行實驗，利用日常用品做實驗，具有簡便、直觀等優點；開展生活實驗、趣味實驗和課外實驗等各式各樣的物理實驗活動，力求簡明易做、安全環保[3]。開發并開展STSE課外實驗，可以彌補部分學校實驗室條件有限的不足。

2017年版普通高中物理課程標準中也提出物理學科核心素養包括了物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任[4]。運用STSE理念指導物理教學，讓學生針對社會公共話題發表看法，有助于培養學生的科學態度與責任。學生在設計小實驗、動手驗證的過程中，能體驗到科學探究的一般過程。

（二）STSE課外實驗契合“雙減”要求

2021年中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于進一步減輕義務教育階段學生作業負擔和校外培訓負擔的意見》（以下簡稱《意見》），《意見》中提到要減輕作業負擔，鼓勵彈性、分層、個性化作業，提高課后服務的質量，開展科普、勞動、興趣小組和社團活動[5]。

基于此，課外實驗開展方式可以是家庭實驗或學校社團活動。家庭實驗屬于“非常規實驗”“個性化作業”，實驗用具和場景都是源自家庭，取材方便，廢物利用，能鍛煉學生的理性思維，與STSE教育理念不謀而合。教師可以通過學生社團活動激發學生學習物理的興趣，鼓勵學生在網上查閱資料，并以辯論賽、角色扮演、小調查、頭腦風暴的形式讓學生討論熱點話題，利用實驗室器材動手操作STSE課外實驗，從而實現“知行合一，全面發展”的目的，落實立德樹人的根本任務。

（三）STSE課外實驗是勞動教育的有效組織形式

2020年3月，中共中央國務院頒布的《關于全面加強新時代大中小學勞動教育的意見》中指出，要把勞動教育納入人才培養全過程，貫通高校、中學、小學各階段，貫穿家庭、學校、社會各方面，緊跟社會變化趨勢、學生生活實際[6]。STSE課外實驗形式多樣，學生在動手操作時樹立了勞動精神和勞動觀念，提高了勞動能力。例如，在學習光學知識后教師可以開展自制便攜式投影儀、潛望鏡、針孔照相機，探究樹蔭下的光斑形狀等STSE課外實驗，讓學生初步體會到工匠精神。在講授與“密度”相關的課程內容后，可以讓學生在家中榨取各種水果汁，調制彩虹色飲品，制作彩虹色的冰棍，激發學生的學習興趣。

二、STSE課外實驗開發的一般步驟

基于學情，課外實驗的STSE情境由教師創設，以問題和任務雙驅動的形式發布要求，學生自主設計實驗方案（如圖1所示）。方案要聯系生活實際，在此過程中促進科學思維的發展。學生在家庭中尋找的實驗材料以簡易化、生活化為宜，實驗現象可視化，實驗結論能夠應用于生活當中。教師點評并表彰，優秀案例運用到課堂中，閉環回路，持續性提高課堂教學的高效性，促進學生深度學習。

三、STSE視野下物理課外實驗的開發方向

（一）挖掘教材中的“科學世界”或STS欄目

人教版初中物理教材中幾乎每一節都有“科學世界”或STS欄目，“科學世界”以拓展性知識為主，介紹了當代的一些新型材料或者科學技術的應用，比如超聲波測距、半導體和超導體、材料的力學性能等。STS欄目與科學、技術和社會相關，同時還涉及到環境方面，比如“電冰箱與臭氧層”就介紹了氟利昂對臭氧層的破壞，以及對地球生態環境造成的威脅。

因此，利用教材中“科學世界”或STS欄目中的素材開發課外實驗，既可以拓寬學生的知識面，也可以讓學生了解物理與科學、技術、社會、環境的密切關系，培養其關注現代科技的意識，使學生深刻地認識到物理源于生活，又服務于社會[7]。

以人教版八年級上冊第三章第4節STS欄目“水循環”為例，該欄目介紹了水循環形成的自然現象及水資源與人類的關系，使學生認識到水資源的珍貴，形成節水意識。教師可以引導學生調查生活中的節水措施、節水技術等，或引導學生查閱人工降雨的原理，帶領學生嘗試自己動手制作“云”等自然現象（如圖2所示）。設計實驗步驟如下：

手工制作礦泉水瓶的帶孔橡皮塞？在瓶中裝入適量的水？將瓶塞、橡膠管、打氣筒組裝起來？用打氣筒向瓶中打氣，觀察觀察瓶中和瓶口的人造云。

（二）課內演示實驗化身課外STSE探究實驗

初中物理是一門以實驗為主的學科，教材中安排了大量演示實驗和探究實驗，但受課堂時間限制、天氣制約等客觀因素的影響，有的實驗在課堂上現象并不明顯。如果改為教師播放實驗視頻，雖能直觀呈現實驗現象和實驗結果，但難以培養學生的科學思維和科學探究精神，長此以往會磨滅學生的好奇心和興趣。因此，可以將演示實驗合理布置為課前或課后任務，學生基于STSE情境，結合課本知識，設計實驗動手探究，實現“做中學，學中做”的目的。下面以八年級上冊三個演示實驗為例簡述操作（見表1）。

（三）教材中的課后習題改編為STSE實驗

教材中的“動手動腦學物理”部分，既有書面的習題，也有聯系社會生產生活和科學技術的實踐類、社會調查類的習題。教師應從“動手動腦學物理”課后習題中充分挖掘出適合學生完成的STSE課外實驗，利用習題考查學生的課堂表現，提高學生的綜合能力。

（四）源于生活的STSE實驗

STSE教育強調科學與社會生活的聯系，初中物理與生活息息相關。教師要培養學生善于發現、善于觀察、勇于表達、勇于探究的精神，以課堂為主陣地，選擇STSE素材，引入社會話題、生活場景激發學生的探究欲望，提高他們的社會責任感。

1.案例一：“噪聲的監測”。人教版八年級上冊第二章第4節中，教材以“分貝”為單位表示聲音強弱的等級，并給出了“人對不同強度的聲音的感覺”的小資料，使學生對各個分貝值有了直觀的體驗。在自習課上筆者利用“班級優化大師”里的“噪音器”小工具提醒學生保持安靜，教室里有噪聲產生時，屏幕上的分貝刻度就會發生改變。學生被這“噪音器”吸引，筆者抓住這一教育契機，引導學生思考如何檢測噪聲，了解目前檢測噪聲的技術，將物理與生活聯系起來。

某小組成員通過觀察和查閱資料后發現檢測噪聲的方式有很多，比如小區里會用圖3所示的一體化“揚塵檢測系統”，圖4所示的“噪聲檢測儀”則比較小巧，便于攜帶。該小組選擇了利用手機中的噪聲檢測app來檢測不同場景下的噪聲強度，如圖5所示。結果顯示，書城聲音的平均分貝值為56dB，適合工作學習，說明書城現場秩序維持較好，但和閱覽室要求40dB還有差距；而奶茶店內聲音平均分貝值為72dB，較為吵鬧。該實驗數據直觀，操作簡便，加深了學生對噪音強弱的認識。

2.案例二：“水力飛碟”。在人教版八年級物理下冊第七章第1節中，“力的作用是相互的”這一知識點較為抽象，教師可以引導學生思考這一知識點在日常生活中的應用，完成一個小實驗并錄制成小視頻。

某同學觀察到草地上的噴水器會自動旋轉，猜想噴頭受到了水的反作用力。為了驗證猜想，該學生通過查閱資料，利用吸管、礦泉水瓶等常見的生活用具完成了“水力飛碟”的制作，如圖6-7。他在塑料瓶身鉆了4個小孔，插上吸管并用膠帶纏繞密封，再鉆2個孔穿上繩子，將瓶子提起來，打開水龍頭向瓶中注水，發現吸管中水噴出的方向和繩子轉動的方向相反。該課外實驗不僅形象闡釋了“力的作用是相互的”，也說明物理知識是“有用的”。

四、開展STSE課外實驗的建議

（一）加強STSE理論學習

我國STSE研究起步雖晚但發展迅速。STSE教育符合建構主義原理和生活教育理論，在2019年新版的高中物理化學生物教材中進一步滲透了STSE教育理念。2022年教育部即將頒布新的義務教育階段課程標準和教材，教育部張卓玉老師指出新課標包括四個概念：大觀念、大任務、真實性、實踐性。STSE教育順應教育改革趨勢，為國家培養綜合型和創新型人才奠基。教師要加強STSE理論學習，從課堂情境創設、課堂話題討論到課后作業布置都要進一步滲透STSE理念，持之以恒，潛移默化。

（二）搭建校園活動平臺

學校和教師要善于“借力”，按照“雙減”和勞動教育的文件指引，以多樣化校園活動搭建STSE學生實驗展示平臺。例如，在校園科技節中聯合化學、生物、小學科學學科開展“我是小小實驗家”的活動，加深學生對STSE理念的理解，調動學生的積極性[8]。在周末、法定節假日布置STSE課外實驗綜合性作業代替書面作業，讓作業成為作品，發揮作業的育人功能。教師評選出優秀作品以公眾號、年級美篇等形式進行推廣，或以展板形式在校內展出。同時，還可以讓學生在寒暑假時設計物理項目式STSE課外實驗，例如，利用家里的磁鐵，探究“磁極間的相互作用——吸引和排斥”“制作簡易電動機”等實驗。

（三）采用多元化評價

實施STSE教育在短時間內難以明顯提升考試分數，因此應采用過程性評價為主，結果性評價為輔的形式對學生進行評價。教師要以民主平等的身份與學生交流，為其設計的STSE課外實驗提供指導，在此過程中記錄學生的思維方式、學習積極性、合作溝通過程、解決問題的方式等并將其作為評價依據。對于學生提交的STSE實驗視頻，教師不僅要關注實驗方案與實驗結果是否科學，還應關注學生的拍攝技術、剪輯技術、邏輯推理能力和語言表達能力等，從多個維度對學生進行評價，挖掘學生的優點。

（四）開放學校物理實驗室

物理STSE課外實驗器材源自家庭、社區和大自然，具有取材便利、成本低的優點，但有的物理實驗器材實驗室才有配備，學校要有規劃地開放實驗室，比如利用課后延時服務時段，明確實驗室規章制度，學生自我管理，鼓勵學生像科學家一樣探索，自主進行STSE小實驗、小制作。

參考文獻

[1]何托亮.STSE教育相關研究綜述[J].甘肅教育，2019（04）：69.

[2]朱霄，馮媛媛，齊偉.STSE理念在物理化學課堂及實驗教學中的滲透與應用[J].化學教育，2017（14）：23-27.

[3]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2018.

[5]中共中央辦公廳，國務院辦公廳.關于進一步減輕義務教育階段學生作業負擔和校外培訓負擔的意見[Z].2021-07-24.

[6]樊勇.初中物理STS教育資源的開發和利用研究[D].蘇州：蘇州大學，2008.

[7]彭前程.義務教育課程標準實驗教科書物理八年級上冊[M].北京：人民教育出版社，2012.

[8]陳晨.初中物理STSE教育的實踐研究—以光學課程為例[D].南昌：江西科技師范大學，2020.

（本文系2019年度廣東省教育科學規劃課題“基于STSE理念的初中理化生微型家庭實驗開發實踐研究”的研究成果，課題立項號：2019YQJK079）

編輯：張昀