STS教育理念在物理类课程教学中的探索与实践*

曹国华，张宝庆

(1.河南理工大学物理与电子信息学院，河南 焦作 454000；2.河南理工大学材料科学与工程学院，河南 焦作 454000)

1 引言

教育是一项综合性的社会活动，教学是教育的有效载体之一。先进的教育理念可以凸显教育的本质属性，有效的教学方法可进一步促进教与学的有机统一，从而实现更好的教学效果，跟上飞速发展的社会时代需求。

社会在发展，科技日新月异，新学科和新知识不断涌现。人类在享受科技带来的高度物质文明的同时，也正受到与科技发展有关的环境、生态、人口、能源等社会问题的困扰。科学技术是柄双刃剑，其本质、价值以及与社会的相互关系逐渐引起全球关注。大学是高等教育的主体，大学生是未来社会发展的有生力量，培养适应21 世纪现代化建设所需的综合能力强、整体素质高的复合型专业人才，是现今高校刻不容缓、迫在眉睫的一项工作。早在1999 年，中共中央国务院就关于高等教育进行深化改革作出了重要指示，国务院指出，大学生的人文素质和科学精神的培育工作任重而道远，高等教育必须要重点关注当代大学生创新创业能力、躬身力行的实践本领、坚持不懈的创业精神等多方面综合素质的培育[1]。2018 年全国教育大会的召开也为高等教育的发展指明了方向。会议指出，要乘着新时代教育事业改革发展的春风，在遵循教育规律发展的前提下，利用好学校办学的优势，使高等教育的改革、教学质量的提升、大学生综合素质的提高最优化。

STS 指的是科学（Science）、技术（Technology）以及社会（Society），STS 的宗旨在于深入挖掘这三个概念之间的内在逻辑联系，深入探究其背后隐藏的因果关联，因而，能够对当前科学、技术和社会非同步状态进行重新构建[2]。STS 教育以全面提高每个学生科学素养为核心，聚焦于科学技术的实际效能，将教学内容与高端创新技术联系起来，为社会提供各行业所需要的专精、专业人才。

物理学是理工科高等院校开设的基础课程，是研究物质、相互作用和运动规律的科学。尝试将STS 教育理念引入物理类课程教学，对于促进大学生对科学知识、科学本质的理解，增进对科学、技术和社会的耦合认知，以期为社会培养高素质人才，充分释放教育事业发展生机活力，更好的建设和谐幸福社会等方面都具有现实意义。

2 物理学类课程教学现状

在传统的物理教学活动中，教师往往是根据教学大纲要求，依照教材内容开展教学，教材几乎成为整个教学过程的全部信息来源。教师过多地依赖教材上的信息，责任和任务被限制在完成指定教材所包含的教学任务上。此外，三维目标指的是“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度以及价值观”，但在实际课堂教学过程中，部分老师更注重学生“知识与技能”的获取，对于“过程与方法”、“情感态度以及价值”这些难以量化的教学目标，部分教师认为无关大局[3-4]。在这种教学模式下，学生往往产生通过自学教材就能获得知识的想法，不能更好的了解到知识与社会的关联，导致缺乏学习兴趣，降低学习效果，最终缺失科学素养和创新意识，影响了教和学之间的良性互动，专业和社会之间的有机连接，需求和供给之间的良好契合。要想培养出社会所需要的具备创新意识的技术型人才，摆脱“教材框架”的束缚是物理教育的必由之路，引入科技知识和社会效应，将教学内容与实际生产生活紧密融合。改变现状的关键在于如何更大程度提升教师的教育认知，合理构建教学内容体系。学校、社会、家庭三方也应对此给予高度关注，互为支撑，携手合作构成一个教育整体。

3 教学体系构建

3.1 实教师认知提升

随着教学改革的推进，多种教学模式先后涌现。然而，无论是以教师为主学生为辅的传统教学模式，还是翻转课堂等新的教学模式，教师在课程教学中始终处于主导地位。教师对STS教育理念的认知和自身的科学素养对教学效果有着至关重要的作用。目前高校教师中普遍存在着缺乏基本科学和技术素养的现象，教师“两耳不闻窗外事，一心只教圣贤书”，不能更好的“睁眼看世界”。要想在STS教育中能够有效地设计和开展教学，教师需要提升自身的基本科学素养。教师要时刻秉持着“终身学习”的教育理念，在教师专业发展与专业成长的过程中，不仅要时刻更新自己学科的最新知识，也要时刻关注实时政事，将社会的变化体现在教学过程中，让学生能够紧跟时代的步伐，适应时代的发展。此外，教师要主动与其他学科领域的同行进行交流和建立联系，取长补短，还可以邀请各行各业的专家、专职人员举办“走进校园”系列活动，让学生们在参与活动的过程中，能够获取关于各个行业各个专业的初步感受和直观认识，化“专业教育”为“通才教育”。物理学类涵盖知识范围广，因此物理学课程教师对这方面的要求更为明确。此外，教师还要关注学生的情感态度和价值观，这就提倡教师给予学生更多的思考空间和动手机会，让学生参与到物理探究活动中，使学生在动手过程中获得更深刻的物理体验，师生在互动与交流中，也拉近了彼此之间心灵的距离。物理学类专业教师可以将教学“靶向点”立足于当前最备受关注的热点话题上，将学科热点与最新理念融入到课堂教学中，让学生在了解物理学科动态的同时，也能培养学生们的创新思维和科学精神。以本校应用物理学专业为例，专业教师大多从事教学工作的同时开展相关科学研究工作，他们将自身的科研认知和体会融入课堂后，学生的学习兴趣变的更为浓厚，知识理解能力加强、加深。我们有计划的鼓励并组织教师基于自己的科研方向提出课题，学生以兴趣小组的形式参与到课题研究中。在这个过程中学生能将理论知识与科学研究联系起来，并基于此发表了科技论文，申报了发明专利，取得了良好的教学效果。

3.2 教学内容构建

STS物理课程的教学目标就在于将科学教育与社会融为一体，使其相互渗透、互为基础，互为补充。为契合这一目标，教师可以深入挖掘专业内容，调整教学内容，丰富实用内容，适当删减晦涩难懂且实际应用领域较弱的基础原理和技术推理等知识，在遵循学生身心发展客观规律的基础上，将学科热点与最新理念编写进教学设计中，使学生在课堂上就可以了解到物理学科前沿动态，让学生能够紧跟时代的步伐，适应时代的发展。物理课程教学所涵盖的教学内容更为多元化，有机化和时代化。在教学过程中，将多个学科知识与物理知识进行融会贯通，在物理教学过程中，引入相关的其他学科知识，例如经济学、环境工程、教育学等学科知识，以形成多层次、多角度、多方面的知识体系，使学生打开眼界，形成开阔思维，提升感知和领悟能力。例如增加新能源与环保、新型半导体与超导、现代通信与激光、航空航天和纳米技术等课程。

4 STS教育理念下教学探索实践

我们在充分分析应用物理学专业课程体系、支持条件和师资队伍的基础上，在力学、传感器原理与技术等课程以及毕业设计中同步渗透STS 教育理念，进行了尝试性的教学探索。下面列举一些课程教学中的具体案例。

力学是物理学相关课程的第一章，是后续章节内容的基础。力、加速度、动量守恒、机械能守恒等概念和定律在科技和生活中具有广泛的应用。教师在讲解动量定理时以高速公路严禁超速超载为例进行讲解，学生能直观地理解碰撞过程中动量越大造成的损伤越大的道理，锻炼他们结合生活现象深入思考，探究物理现象背后的原理的能力。

万有引力定律的应用的例子中，最能引起学生兴趣的是在航天领域的应用。通过理解三大宇宙速度的含义，使学生理解物质是运动的，树立运动的物质观和物质的运动观，并从中体会处理问题时要抓住主要因素，忽略次要因素，进而培养他们的科学思维。近年来我国航天事业蓬勃发展，在动量守恒定律的教学过程中引入“神舟”七号载人飞船，探月计划，探索火星的“天问”等等，让学生了解科学技术对社会发展的正面影响，培养民族自信心。

传感器原理与技术教学过程中，打破传统的教师讲学生听的模式，引入翻转课堂。教师按照传感器的用途分类划定任务，学生自由选择任务组，组内分工合作，责任明确，以小组为单位实现课堂教学。学生在执行组内任务时需进行大量资料调研，充分调动学生的学习积极性和主动性，教师实时给予学生指导和肯定。学生在整个过程中既了解基本知识也拓展了知识应用领域，并直接了解到理论知识与生产生活实际之间的紧密联系，培养了学生获取知识的能力，并提高了专业技能。

毕业设计是学生毕业前进行的综合实践教学，能检验学生运用所学理论、知识和技能解决实际问题的能力。我们将教师的科研课题引入到毕业设计中来。2015 级应用物理学专业的两位学生毕业论文参与到教师“碳量子点及其荧光特性的研究”物理研究当中，导师把控着研究发展、实验进度等大方向，学生们则认真严谨，踏实做好实验每一步，学生们从文献查阅、实验操作，数据处理和分析等多个环节得到了训练。理论知识得到了运用，实践能力提到了提升。同时，学生们在参与实验的过程中，能够主动发现问题，并向导师提出问题，最终在导师的点拨下，通过实验探寻获得问题的答案，这样“发现——提出——解答”的过程全面发展了学生的综合能力。因此，很多学生会在论文致谢中表达自己参与实验研究的真切感悟：“毕业设计的这个过程，使我知道了真正的科研是什么，详细的文献调研准备，细心的实验操作，严谨的数据处理分析等等，每一步都必不可少，以上过程知识的逐渐积累构建了理解现今科技的基础框架。”

5 结束语

国家经济的发展和社会对人才需求的改变对物理学类课程教学提出了新的更高的要求。传统教学目标、内容、方式及评价方式受到前所未有的挑战。我们要摆脱传统观念的“枷锁”，将时事与教学内容高度融合，选择科学、合理的教学方法，使教学事半功倍，使教育效果最佳化，最终大幅度提高教育质量。随着新时代社会发展步伐的加快和先进教育理念的引入，STS 教育理念作为当前最具科学性、可行性的教育观念，被各个阶段学校的学科教学所引用，教育界也因此刮起了一阵“STS”风潮。物理教学贯穿整个基础教育至高等教育，能够培养学生的综合实践能力，因而，其在教育改革中具有战略性意义。STS 教育理念在物理学教学中的应用已经成为未来物理教学发展的趋势，时刻关注着社会的进步、技术的突破、科技的创新，将社会各行各业的最新变革融入到教学内容中，让学生能够紧跟时代的步伐，适应时代的发展。