STSE视角下的中考物理试题研究

李维 黄致新 洪中青 吴明海 田奇

摘   要： STSE教育是将学科知识与科学、技术、社会、环境相结合，为学生提供具有生活价值的学习。文章回溯STSE概念的发展，分析近十年武汉物理中考综合类计算题中的STSE要素，探析STSE类典型试题对学生科学素养的提升作用。并从生活教育的理论视角出发，提出物理教学的“教”“学”“做”合一的教学策略。强调初中物理教学要引领课堂关注生活、引导学生进行研究型学习，通过生活教育让教学贴近生活，实现物理教学的生活价值。

关键词： STSE试题;中考物理;生活教育

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）12-0038-4

现代社会时刻发生着变化，为学生提供更实用、更有生活价值的学习成为广大教育工作者关注的重点。教育的初衷源于有生活价值的学习，教育取决于学习者的生活，教育也要尽可能多地将生活带进学校[1]。教育工作者应引导学生积极地追寻有意义的学习，让学到的知识在生活中融会贯通。随着教育改革的不断深入，各学科课程中科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）和环境（Environment）的内容大幅度增加（以下简称STSE），STSE教育也引起了人们的高度重视。分析近九年武汉物理中考综合类计算题中的STSE要素，发现STSE类型的试题对学生科学素养的养成起着引领作用。因此，文章结合生活教育的理论，探寻物理教学的“教”“学”“做”合一的教学策略。

1    STSE

二战后科学技术的快速发展让各国高度关注科学教育，以科学、技术、社会（以下简称STS）为主的教育思想蓬勃发展，并成为各国理想的科学教育范式。STS教育中突出科学、技术和社会的相互关系，让学生理解科学技术在社会生产和生活中的应用，增强对科学本质的认识和社会责任感[2]。随着科学技术的进一步发展，人们同时也注意到科学技术给社会带来的负面影响，尤其是科技发展对生存环境的影响。1995年美国颁布的“科学教育标准”中首先提到STSE教育观念，1997年加拿大在《科学学习目标的公共纲要》中提出学生要理解科学、技术、社会以及将影响他们个人生活、职业和未来的环境之间的相互作用 [3]。加拿大以培养学生的科学素养为总体目标，提出以整合后的STSE作为实施科学教育的新方式，随后各国在制定课程标准时将STS教育进一步拓展为STSE教育。

我国课程标准所强调的STSE，更加关注科学、技术、社会与环境之间的相互关系，强调科学、技术在社会发展、生产生活、自然环境中的应用与价值。旨在提高社会大众的资源节约和环境保护意识，培养具有更高科学素养和社会责任感的全面发展的新型公民。《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》首次提出STS概念，随后《义务教育物理课程标准（2011年版）》（以下简称《2011版课标》）提出要关注科学技术对社会发展、自然环境及人类生活的影响，并在实施建议中倡导在纸笔测试和作业中创设与生产生活相联系的情境题 [4]。

2    中考物理试题中的STSE

2.1    中考STSE试题

初中学业水平考试（The Academic Test For The Junior High School Students），简称“中考”，不仅肩负着检测学生是否达到初中学业水平的任务，也是高级中学的选拔性考试。从2012年起，武汉市物理中考综合性计算题呈现STSE教育理念，试题要求学生分析生活和社会生产中的真实情境，结合所学物理知识在新情境下建构模型，并运用科学方法设计问题解决方案。2012—2020年武汉市中考物理综合性计算题STSE类背景素材统计如表1所示。STSE情境试题将物理核心知识、方法要素和多种能力融合在一起，不仅考查学生对物理知识的掌握程度，而且重点考查学生的学习理解、应用实践和迁移创新的物理学科能力[5]。

2.2    中考物理试题中STSE的特点

分析近九年的武汉市中考综合计算题发现，试题旨在选拔能继续深造的高能力学生。此类试题难度较大，通过对初中物理核心内容力学和电学知识的综合考查，对学生物理学科能力进行较全面的考查。物理学科能力是核心素养的重要组成部分，是学生的物理观念、科学思维、探究能力和创新精神的统一体，它的提升是实现学生核心素养发展的关键 [5]。STSE情境试题通过让学生应对各种复杂的现实问题并构建新的模型解决物理问题，来检测学生的学科核心素养，并认识到物理学科的价值。STSE情境试题呈现出高度融合性，解答这类试题也侧重考查了学生的知识迁移能力、问题解决能力等物理学科核心素养，其融合性体现如图1所示。

例如，在2020年武汉中考卷中，以城市内涝的困境催生新型井盖排水系统为背景，考查学生情境化问题的解决能力。处于长江中下游的武汉市每年春末夏初时节会多连绵阴雨天气。由于长时间降雨导致城市排水系统压力陡增，导致城市内涝。新型井盖排水系统（图2），需要考虑下暴雨时雨水从排水孔经排水管道流到容器中，再从容器底部的排水孔流入下水道。由于容器的排水速度较小，当容器中的雨水上升到一定高度时，容器下降，拉动杠杆，将井盖顶起，加速路面排水。当容器中的雨水下降到一定高度时，井盖自动下降盖住井口，不影響车辆、行人的通行。题目根据武汉市的季节特点提出解决内涝问题的方法，点出其对社会环境的意义，利用杠杆平衡条件的知识设计出新型井盖排水系统，学生在问题指引下融合科学和技术要素来理解其工作原理。

2.3    中考物理STSE试题的作用

解决STSE试题要把握解题步骤：审题—简化—解题。首先，审题过程中要挖掘隐含条件，分析图像并理解与物理有关的实际情境问题;例如，新型井盖排水系统试题，其结构简化示意图如图3所示，排水系统由井盖、两个相同杠杆（AOB是其中之一）、容器等组成，AB长度是300 mm，AO长度是120 mm。该井盖的质量是28.8 kg，不考虑杠杆的质量，不考虑各连接处的摩擦。（1）下暴雨时，杠杆会将井盖顶起50 mm，如图4所示。两个相同杠杆对井盖至少做了多少焦耳的功？（2）某次调试中，为了节约用水，调试人员将容器底部的排水孔全部堵住，测出容器的质量是4.2 kg，再将容器和杠杆组装在一起，直接向容器内匀速注水，注水120 s时井盖刚好被顶起，假设在任意时刻水对容器的压力与容器中水的重力大小相等，求每分钟向容器内注水的体积是多少升？

针对第（1）问需抓住两个相同杠杆对同一个物体做功的关键信息;而第（2）问要理解简化示意图，对于两个相同的杠杆能分离出AOB杠杆进行受力分析。其次，简化的过程包括拆分和整合，先需要对背景材料进行分析判断，提取有效的信息，抛弃无效的信息;通过科学方法对杠杆模型进行整体受力分析，并设计问题解决方案。最后，解题时运用物理知识和数学工具进行推导演算，解决物理问题。

解题中对于第（1）问可以用整体法解决，即：

W=Gh=28.8 kg×10 N/kg×50×10-3 m3=14.4 J

对于第（2）问需要建立杠杆AOB的简化模型，找到正确的动力FA、动力臂LOA、阻力FB、阻力臂LOB。井盖刚好顶起时，杠杆AOB的A端受到的压力：

由杠杆平衡条件FALOA=FBLOB，容器对杠杆B端的拉力：

从而通过受力分析求得容器中水的重力：

每分钟向容器注水的体积：

解题过程中学生要不断调用科学方法，运用科学思维能力对题目进行拆分和整合，以达到解决问题的目的。

利用学生身边问题设计考题，激发学生的学习兴趣，增强学生的社会责任感。STSE试题的出现使得考试走向“生活”，也成为教学的指挥棒，引导我国学者吸取国内外的优秀经验，开发具有学科特色的STSE课程模式，在教学实践中进一步提升学生的物理学科能力，发展学生的核心素养。

3    STSE视角下的试题导向对教学的启示

STSE命题让学生关注身边的情境，并深入思考其运行规律，践行课标中从生活走向物理、从物理走向社会的理念。目前，在基础教育中奉行以考定教，考什么就学什么，而STSE试题恰好可以成为承载学生自主学习活动的平台，在学生熟悉的知识情境中，通过解题过程来提升自己的科学思维，并指引教与学的方向，创新实验教学。诚如陶行知先生在生活教育理论中强调的：教而不做，不能算是教;学而不做，不能算是学[1]。教、学、做合一是实现具有生活价值教学的重要途径，创设STSE情境教学设计，引领教学关注生活，引导学生开展研究型学习，创新物理的实验教学也是物理教学的追求。

3.1    STSE命题引领课堂关注生活

传统的物理教学强调专业化、学科化，使得科学技术理论与社会实践脱节，学生难以实现全面发展。虽然新课标和教材的编写都注重STSE教育的渗透，但在具体教学中，教师容易穿新鞋走老路，将概念性知识作为教学重心。在以考定教的氛围中，STSE类物理试题的出现迫使教师在物理课堂教学中重视知识的生活价值，将与生活相关的实际问题的解决过程作为教学的重点，落脚于学生科学思维的培养和关键能力的全面发展。例如学习压强时，创设学生熟悉的踩气球背景，分析用脚踩和隔着木板踩出现的不同现象，利用控制变量法推导出压力、压强的科学本质。教师在平时的习题设计中也会有意识地选择有STSE背景的题目，使解决具有生活价值的问题成为培养学生核心素养的途径。比如，在焦耳定律的教学设计中大量使用身边的小电器，如婴儿的温奶器、冬天的小太阳、电热饮水机、电热毯、电吹风机等为背景，思考其运行规律，让学生的科学思维得到训练，也认识到物理学科的社会价值。

3.2    STSE命题引导学生进行研究型学习

教学中根据学习的内容，设定研究性学习主题，让学生发现物理知识和规律蕴含在人们的生活中。例如，学习“惯性”时，可让学生根据自己的观察和生活经历，上网收集信息，找到生活中利用和防止惯性的实例。在学习“电磁感应”时，可让学生寻找生活中“电磁感应”的应用。甚至可以限定条件，比如家庭生活中电磁感应的应用，如自发电手电筒、小区门禁卡、停车场中电磁感应的应用等。让学生发现所学的知识就在自己的身边，从而提高学习兴趣，提升对物理学科的学习热情。让教与学在实际问题的发现和解决中发生，使研究性学习成为发展学科核心素养的良性循环轨道。

3.3    生活教育创新实验教学贴近生活

生活教育理论强调教、学、做合一，其中最重要的就是做。许多物理问题的解决都离不开实验，例如学习浮力概念时，利用我国许多地方放河灯的习俗，开发河灯设计实验激发学生兴趣，通过比较谁的河灯载重量大的学科活动让学生体会轮船的工作原理;在了解能源对人类生活和社会发展的影响后，黄琪莉等自制了风力发电站模型，以提高物理课堂的趣味性，加强学生对物理知识的应用能力 [6]。通过创新STSE情境的实验，让学生通过观察、操作、数据分析、交流合作等环节提升实验探究的能力。在实验活动中体现物理知识的生活价值，实现学以致用的有价值的学习。

参考文献：

[1]陶行知.生活教育[M].周洪宇，杜小双，周文鼎，编译.武汉：湖北教育出版社，2012：252.

[2]孙可平.STS教育论[M].上海：上海教育出版社，2001：49-56.

[3]Council of Ministers of Education， Canada.Common Frame-work of Science Learning Outcomes [R].Ontario：Council of Ministers of Education， Canada，1997：4.

[4]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[5]郭玉英，张玉峰，姚建欣.物理学科能力及其表现研究[J].教育学报，2016，12（04）：57-63.

[6]黄琪莉，吴先球.STSE视角下自制趣味风力发电站[J].物理教学探讨，2020，38（03）：48-50.

（欄目编辑    陈  洁）