STSE教育理念在高中物理试题中的应用及启示

庄琳

STSE教育理念关注科学技术进步和社会发展需求，与物理学科核心素养中“科学态度与责任”很好地契合，因此在物理教学中应引导学生自主学习和多样化学习，能运用科学知识解决实际问题。本文以2020年浙江物理高考部分试题为例，分析STSE教育理念在试卷中的应用及教学启示。在浙江物理高考题中，依托“核心素养”和STSE教育理念的试题占比较多，从学习情境的创设到物理原理的简单应用再到物理模型的建立，逐步提升学生问题解决的能力。STSE试题紧扣社会前沿的科学技术，这就给高三物理复习课堂一些启示，可以让学生关注社会热点，对问题的性质或规律去思考。

新课标中以“核心素养”培养为理念，注重培养学生的分析能力和解决实际问题的能力以及科学素养和正确的价值观。而STSE教育理念是提高学生核心素养的重要方法。STSE是英文科学（science）、技术（technology）、社会（society）、环境（environ- ment）的缩写，是把科学知识、技术、社会、环境紧密地结合起来的教育理念。STSE教育理念关注科学技术进步和社会发展需求，与物理学科核心素养中“科学态度与责任”很好地契合，因此在物理教学中应引导学生自主学习和多样化学习，能运用科学知识解决实际问题。近年来，在物理高考题中也有效地体现出以科学联系技术、社会、环境的试题，利用这类试题来培养学生核心素养是考试中的一种手段。结合《普通高中物理课程标准（2017年版）》对“物理学科核心素养”的要素及内涵的阐释，综合相关学者的研究，我们认为，物理学科关键能力包括：一是物理概念理解与推理能力。理解物理概念规律及区别联系、适用条件，根据概念和规律、事实和条件，进行科学的逻辑推理并正确表达。二是综合分析与物理模型建构能力。能获取和加工信息，综合分析物理状态、过程和情境，建构具有物理学科特质的实物或思维模型。三是物理观察与实验探究能力。能发现和提出问题，运用物理理论、实验方法和仪器等，讨论设计探究方案。四是同伴合作与物理创新能力。能与同伴开展合作、交流和共享，能发现问题、分析问题，创新物理实验方法和方案设计，创新建构物理模型。

下面以2020年浙江物理高考部分试题为例，分析STSE在试卷中的应用及教学启示。

1. 基于2020年浙江物理高考卷中的STSE试题分析

浙江物理高考试题突出实验基础、思维方式、逻辑关系、数学表达、应用价值等方面。近年来，以STSE教育理念为导向，注重考查物理知识的情境性，加强科学与技术、社会、环境的联系，以实现运用科学原理与方法解决实际问题。

2020年浙江物理高考题选择题方面，第2题以公交车的启动、刹车、转弯为情境，考查牛顿第一定律和曲线运动中力与运动的关系相关知识点，公交车处处可见，理论联系社会生活实际。第9题以社会生活中高压输电中导线中的电流为研究对象，考查了电流周围存在磁场，以及电流周围磁场的叠加和方向的判断，让所学的知识同社会生活联系起来。第10题以我国最先进的射电望远镜创设情境，考查牛顿力学中的平衡问题。这三题均为科学知识与STSE理念中的社会（society）相联系，都是从学习情境的创设到物理情境的较为简单的应用。

第4题以当下社会最为关注的热点问题新冠肺炎为情境，引入红外线体温计，考查了电磁波谱中红外线的特性和应用。新冠肺炎是全民关注的热点问题，试题将学生的科学责任感调动起来，并提醒学生保持生态环境的平衡，才是人类持续发展的关键。这恰是“核心素养”中“科学态度与责任”与STSE理念中的环境（environment）紧密结合。

第16题以无人机为情境，综合考查了功能关系、电功率等相关知识点。无人机也是时下比较热门的新兴机器，而我国在无人机领域一直处于领先水平，本题让学生将现有的知识应用到最新的实用技术中。本题创设的物理情境体现了STSE理念中的技术（technology）。

2020年浙江高考题实验题方面，第17题探究加速度与力、质量的关系，第18题测定电源电动势及内阻都是教材上的典型实验，源于书本但高于书本就在于对学生科学探究能力的细节考查，也都是学生实验过程中容易出现的错误。

可见在浙江物理高考题中，依托“核心素养”和STSE教育理念的试题占比较多，图1为2020年全国卷及部分省物理高考卷中涉及STSE试题的数目统计表。可以看出浙江卷中STSE试题数目较多，这些试题紧扣生活，以社会生活中最常见的现象、技术、科学前沿和热点问题为切入点，更易达到与学生情感上的共鸣，即科学态度与责任。考查层次分明，从学习情境的创设到物理原理的简单应用再到物理模型的建立，逐步提升学生问题解决的能力。教育课程的最终目标就是教学生解决问题。

2. 2020年浙江高考试题分析的教学启示

2.1高三物理教学的情境创设

近年来，高考题中出现了将物理知识与社会生活、科学技术、环境相结合的STSE题型，这就要求学生在物理学习过程中运用所学的知识去解决实际的生活问题，使物理更加具象化、生活化。因此在高三复习课堂中，不仅要从简单原理的应用入手，而且更多地应该去创设物理情境，再引导学生去建立物理模型。STSE试题紧扣社会前沿的科学技术，在高三复习课堂中可以让学生关注社会热点，对问题的性质或规律去思考。例如2020年诺贝尔物理学奖授予了黑洞的发现者和银河系中心超大质量致密天体的发现者，创设情境引导学生去思考天体及相对论有关知识，一方面激发学生的学习兴趣，一方面是STSE与物理核心素养的紧密联系。问题情境的创设途径有很多——播放多媒体视频也是一个不错的途径。例如交通事故合集视频，可以让学生思考和解决直线运动、圆周运动相关知识，事故视频画面也给学生警示作用，同时激发学生主动探究运动学相关知识，这也是核心素养中培养学生正确的价值观的体现。

2.2物理高考题中的数学要求

物理题的解决离不开数学工具，在高考题中运用数学方法解决物理问题也较为常见，因为在平时的物理教学中，不仅要注重物理思维的培养，也要求学生掌握数学方法去解决问题。2020年浙江物理高考试题涉及数学方法的试题为第13题、21题、23题，主要涉及数学中的几何法、图像法、分类讨论法等。物理试题中常用的数学方法主要有：1. 图像法，如v-t圖像、x-t图像等等;2. 函数法，如在平抛运动中可以利用其轨迹是二次函数的表达式，解决问题;在碰撞问题中，常用不等式关系，包括速度和能量在实际问题中的关系;判定结果的准确性;3. 解析几何法，如带电粒子在电磁场中的运动，通过作图及数学中的数列规律找到其运动规律;4. 数学归纳法，如“多次作用”的问题，指的是某些物理过程，在系统内存在多次反复的过程，往往需要数学归纳法先总结出规律或者推导出一个通式，在此基础上解决问题。学生对物理规律的掌握及概念的形成离不开数学思维及方法，因此我们必须将物理和数学很好地结合，从而更好地运用数学方法去解决物理问题。

2.3物理高考题与复习课的启示

从高考题中我们发现，要又快又好地完成题目并非“题海战术”就能解决的。《新课程标准》指出：学习是一种个性化行动。教育的重要性已被世界各国所认可并受到前所未有的关注，新课程标准的提出与正式颁布，标志着我国基础教育课程改革进入了新的阶段，作为教师，应当在课堂教学环境中创设一个有利于张扬学生个性的场所，让学生的个性在宽松、自然、愉悦的氛围中得到释放，展现生命的活力。然而长期以来，我们的课堂忽视了学生情感、想象、领悟等多方面的发展，我们过多地强调知识的记忆、模仿，压抑了学生的主动性和创造性，最终使教学变得机械、沉闷、缺乏童心和灵性，缺乏生命活力。物理来源于生活，又服务于生活。为此我们要运用物理知识解决实际生活中的问题，使学生在实践活动中加深对所学知识的理解。以学生为主题，首先是教师对问题的设置，问题的习题化，研究学情，让学生在课前先完成两道例题，体现的就是学生的练习，这样可以更好地了解学生的学习情况，分层教学，突出重点。在发现学生的问题后，由教师引导，体现教师的“导”，问题递进，暴露问题，让学生自己解决问题，既有师生互动，又有生生互动，教学效果显著。最后教师善于总结提炼知识点。高三复习的目的性强，为了使学生改正之前的错误观念，更好地理解应用功能关系。

面对新课程改革的挑战，我们必须转变教育观念，多动脑筋，多想办法，积极运用合理的物理课堂教学模式，也使学生的行为随课堂的变化得到及时调整。教师只有不断地学习，才能根据课堂中学生对问题的反映行为，及时做出准确、恰当的评价与应对措施。

3. 总结

高中物理基于STSE教育理念的试题考查有助于提升学生解决实际问题的能力，培养学生的探究精神和科学责任感，这也是与物理“核心素养”高度契合的。本文通过分析2020年浙江高考物理试卷部分试题，分析了STSE教育理念在试题中的应用及重要性。学生要掌握物理规律和概念就必须会分析实际问题，而试题中出现如社会生活问题、环境问题会使学生对所学的内容有亲近感，学以致用，才是我们希望达到的教学目标。STSE教育理念在高中物理的教学和考查中占有着越来越重要的位置，它会使学生得到更全面的发展，为高中物理教学和考查注入新的活力。STSE课程在国内中学物理课堂中的实践，主要是物理科学与工程实践的结合，并且由学生提出问题，进行一系列的探究和调查，开发对现象的解释，提出证据及推理过程，使其对核心科学观有更深刻的理解。反思传统教学以知识的灌输和习题的训练为主，说到底还是应试教育，这对于学生的成长和思维方式的形成、创新精神的培养无疑是毫無益处的。课堂时间有限，把这些有趣的探究实验放到物理校本课中去实施，秉承STSE理念的宗旨——培养学生创新精神和实践能力。当然要真正地实现STEM课程还需要一段时间的适应和改善，在此过程中我们作为教学一线教师必将做出努力。