STSE视野下物理课外实验开发的四个方向

【摘要】STSE教育依托真实的情境，让学生针对社会热点发表意见，使其认识到科学和技术在社会生活和生产、在环境能源方面的综合应用，并亲历实验设计及动手操作的过程，有助于增强学生的科学态度与责任，提高学生科学探究的能力。文章提出了STSE视野下初中物理课外实验开发的流程，结合案例阐述了STSE实验开发的四个方向：挖掘教材中的科学世界或STSE栏目、课内演示实验化身课外STSE探究实验、教材中的课后习题改编为STSE实验、源于生活的STSE实验。在实践后提出加强STSE理论学习、搭建校园活动平台、采用多元化评价、开放学校实验室等实施建议。

【关键词】初中物理；STSE；课外实验；开发方向；案例

【中图分类号】G633.7【文献标志码】A【文章编号】1004—0463（2022）14—0065—05

STSE是科学——技术——社会——环境（Science-Technology-Society-Environment）的简写，STSE教育是科学与人文的跨学科教育。STSE教育培养“以人为本”的科学素养，凸显环境社会的重要性[1]。随着科技的快速发展，也带来了能源、资源、材料、环境、健康等问题，并严重威胁着人类的生存和发展。为了世界的可持续发展，STSE教育势在必行[2]。我国于2020年提出力争到2030年达到CO2排放量峰值，力争到2060年实现碳中和，这是实现生态文明和美丽中国目标的主要措施。初中物理与生活息息相关，以实验为基础，课外实验是物理课堂的延伸，也是提高学生学习兴趣的过程性评价手段，具有因地制宜的特点。开发STSE视野下的物理课外实验，以点带面在物理教学中渗透STSE教育，符合中国学生发展核心素养，满足新时代对人才的需求。

一、问题的提出

（一）渗透STSE教育是物理课程标准的要求

2011年版初中物理课程标准中提到，要“从生活走向物理，从物理走向社会”，培养学生将物理学知识、技能应用于实践的能力，培养学生关心科学技术的发展意识，认识科技发展给社会带来的两面性[3]。STSE教育的宗旨则是培养能正确了解和认识科技发展的两面性，且能起到监督作用的公民和培养关注社会和环境的科学技术人才。两者之间具有异曲同工之处。

课程标准提到要引导学生关注学校所在区域的相关问题；倡导利用周围的物品、材料和器具进行实验，利用日常用品做实验，具有简便、直观等优点；开展生活实验、趣味实验和课外实验等各式各样的物理实验活动，力求简明易做、安全环保[3]。开发并开展STSE课外实验，可以弥补部分学校实验室条件有限的不足。

2017年版普通高中物理课程标准中也提出物理学科核心素养包括了物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任[4]。运用STSE理念指导物理教学，让学生针对社会公共话题发表看法，有助于培养学生的科学态度与责任。学生在设计小实验、动手验证的过程中，能体验到科学探究的一般过程。

（二）STSE课外实验契合“双减”要求

2021年中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》（以下简称《意见》），《意见》中提到要减轻作业负担，鼓励弹性、分层、个性化作业，提高课后服务的质量，开展科普、劳动、兴趣小组和社团活动[5]。

基于此，课外实验开展方式可以是家庭实验或学校社团活动。家庭实验属于“非常规实验”“个性化作业”，实验用具和场景都是源自家庭，取材方便，废物利用，能锻炼学生的理性思维，与STSE教育理念不谋而合。教师可以通过学生社团活动激发学生学习物理的兴趣，鼓励学生在网上查阅资料，并以辩论赛、角色扮演、小调查、头脑风暴的形式让学生讨论热点话题，利用实验室器材动手操作STSE课外实验，从而实现“知行合一，全面发展”的目的，落实立德树人的根本任务。

（三）STSE课外实验是劳动教育的有效组织形式

2020年3月，中共中央国务院颁布的《关于全面加强新时代大中小学劳动教育的意见》中指出，要把劳动教育纳入人才培养全过程，贯通高校、中学、小学各阶段，贯穿家庭、学校、社会各方面，紧跟社会变化趋势、学生生活实际[6]。STSE课外实验形式多样，学生在动手操作时树立了劳动精神和劳动观念，提高了劳动能力。例如，在学习光学知识后教师可以开展自制便携式投影仪、潜望镜、针孔照相机，探究树荫下的光斑形状等STSE课外实验，让学生初步体会到工匠精神。在讲授与“密度”相关的课程内容后，可以让学生在家中榨取各种水果汁，调制彩虹色饮品，制作彩虹色的冰棍，激发学生的学习兴趣。

二、STSE课外实验开发的一般步骤

基于学情，课外实验的STSE情境由教师创设，以问题和任务双驱动的形式发布要求，学生自主设计实验方案（如图1所示）。方案要联系生活实际，在此过程中促进科学思维的发展。学生在家庭中寻找的实验材料以简易化、生活化为宜，实验现象可视化，实验结论能够应用于生活当中。教师点评并表彰，优秀案例运用到课堂中，闭环回路，持续性提高课堂教学的高效性，促进学生深度学习。

三、STSE视野下物理课外实验的开发方向

（一）挖掘教材中的“科学世界”或STS栏目

人教版初中物理教材中几乎每一节都有“科学世界”或STS栏目，“科学世界”以拓展性知识为主，介绍了当代的一些新型材料或者科学技术的应用，比如超声波测距、半导体和超导体、材料的力学性能等。STS栏目与科学、技术和社会相关，同时还涉及到环境方面，比如“电冰箱与臭氧层”就介绍了氟利昂对臭氧层的破坏，以及对地球生态环境造成的威胁。

因此，利用教材中“科学世界”或STS栏目中的素材开发课外实验，既可以拓宽学生的知识面，也可以让学生了解物理与科学、技术、社会、环境的密切关系，培养其关注现代科技的意识，使学生深刻地认识到物理源于生活，又服务于社会[7]。

以人教版八年级上册第三章第4节STS栏目“水循环”为例，该栏目介绍了水循环形成的自然现象及水资源与人类的关系，使学生认识到水资源的珍贵，形成节水意识。教师可以引导学生调查生活中的节水措施、节水技术等，或引导学生查阅人工降雨的原理，带领学生尝试自己动手制作“云”等自然现象（如图2所示）。设计实验步骤如下：

手工制作矿泉水瓶的带孔橡皮塞？在瓶中装入适量的水？将瓶塞、橡胶管、打气筒组装起来？用打气筒向瓶中打气，观察观察瓶中和瓶口的人造云。

（二）课内演示实验化身课外STSE探究实验

初中物理是一门以实验为主的学科，教材中安排了大量演示实验和探究实验，但受课堂时间限制、天气制约等客观因素的影响，有的实验在课堂上现象并不明显。如果改为教师播放实验视频，虽能直观呈现实验现象和实验结果，但难以培养学生的科学思维和科学探究精神，长此以往会磨灭学生的好奇心和兴趣。因此，可以将演示实验合理布置为课前或课后任务，学生基于STSE情境，结合课本知识，设计实验动手探究，实现“做中学，学中做”的目的。下面以八年级上册三个演示实验为例简述操作（见表1）。

（三）教材中的课后习题改编为STSE实验

教材中的“动手动脑学物理”部分，既有书面的习题，也有联系社会生产生活和科学技术的实践类、社会调查类的习题。教师应从“动手动脑学物理”课后习题中充分挖掘出适合学生完成的STSE课外实验，利用习题考查学生的课堂表现，提高学生的综合能力。

（四）源于生活的STSE实验

STSE教育强调科学与社会生活的联系，初中物理与生活息息相关。教师要培养学生善于发现、善于观察、勇于表达、勇于探究的精神，以课堂为主阵地，选择STSE素材，引入社会话题、生活场景激发学生的探究欲望，提高他们的社会责任感。

1.案例一：“噪声的监测”。人教版八年级上册第二章第4节中，教材以“分贝”为单位表示声音强弱的等级，并给出了“人对不同强度的声音的感觉”的小资料，使学生对各个分贝值有了直观的体验。在自习课上笔者利用“班级优化大师”里的“噪音器”小工具提醒学生保持安静，教室里有噪声产生时，屏幕上的分贝刻度就会发生改变。学生被这“噪音器”吸引，笔者抓住这一教育契机，引导学生思考如何检测噪声，了解目前检测噪声的技术，将物理与生活联系起来。

某小组成员通过观察和查阅资料后发现检测噪声的方式有很多，比如小区里会用图3所示的一体化“扬尘检测系统”，图4所示的“噪声检测仪”则比较小巧，便于携带。该小组选择了利用手机中的噪声检测app来检测不同场景下的噪声强度，如图5所示。结果显示，书城声音的平均分贝值为56dB，适合工作学习，说明书城现场秩序维持较好，但和阅览室要求40dB还有差距；而奶茶店内声音平均分贝值为72dB，较为吵闹。该实验数据直观，操作简便，加深了学生对噪音强弱的认识。

2.案例二：“水力飞碟”。在人教版八年级物理下册第七章第1节中，“力的作用是相互的”这一知识点较为抽象，教师可以引导学生思考这一知识点在日常生活中的应用，完成一个小实验并录制成小视频。

某同学观察到草地上的喷水器会自动旋转，猜想喷头受到了水的反作用力。为了验证猜想，该学生通过查阅资料，利用吸管、矿泉水瓶等常见的生活用具完成了“水力飞碟”的制作，如图6-7。他在塑料瓶身钻了4个小孔，插上吸管并用胶带缠绕密封，再钻2个孔穿上绳子，将瓶子提起来，打开水龙头向瓶中注水，发现吸管中水喷出的方向和绳子转动的方向相反。该课外实验不仅形象阐释了“力的作用是相互的”，也说明物理知识是“有用的”。

四、开展STSE课外实验的建议

（一）加强STSE理论学习

我国STSE研究起步虽晚但发展迅速。STSE教育符合建构主义原理和生活教育理论，在2019年新版的高中物理化学生物教材中进一步渗透了STSE教育理念。2022年教育部即将颁布新的义务教育阶段课程标准和教材，教育部张卓玉老师指出新课标包括四个概念：大观念、大任务、真实性、实践性。STSE教育顺应教育改革趋势，为国家培养综合型和创新型人才奠基。教师要加强STSE理论学习，从课堂情境创设、课堂话题讨论到课后作业布置都要进一步渗透STSE理念，持之以恒，潜移默化。

（二）搭建校园活动平台

学校和教师要善于“借力”，按照“双减”和劳动教育的文件指引，以多样化校园活动搭建STSE学生实验展示平台。例如，在校园科技节中联合化学、生物、小学科学学科开展“我是小小实验家”的活动，加深学生对STSE理念的理解，调动学生的积极性[8]。在周末、法定节假日布置STSE课外实验综合性作业代替书面作业，让作业成为作品，发挥作业的育人功能。教师评选出优秀作品以公众号、年级美篇等形式进行推广，或以展板形式在校内展出。同时，还可以让学生在寒暑假时设计物理项目式STSE课外实验，例如，利用家里的磁铁，探究“磁极间的相互作用——吸引和排斥”“制作简易电动机”等实验。

（三）采用多元化评价

实施STSE教育在短时间内难以明显提升考试分数，因此应采用过程性评价为主，结果性评价为辅的形式对学生进行评价。教师要以民主平等的身份与学生交流，为其设计的STSE课外实验提供指导，在此过程中记录学生的思维方式、学习积极性、合作沟通过程、解决问题的方式等并将其作为评价依据。对于学生提交的STSE实验视频，教师不仅要关注实验方案与实验结果是否科学，还应关注学生的拍摄技术、剪辑技术、逻辑推理能力和语言表达能力等，从多个维度对学生进行评价，挖掘学生的优点。

（四）开放学校物理实验室

物理STSE课外实验器材源自家庭、社区和大自然，具有取材便利、成本低的优点，但有的物理实验器材实验室才有配备，学校要有规划地开放实验室，比如利用课后延时服务时段，明确实验室规章制度，学生自我管理，鼓励学生像科学家一样探索，自主进行STSE小实验、小制作。

参考文献

[1]何托亮.STSE教育相关研究综述[J].甘肃教育，2019（04）：69.

[2]朱霄，冯媛媛，齐伟.STSE理念在物理化学课堂及实验教学中的渗透与应用[J].化学教育，2017（14）：23-27.

[3]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.

[4]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2018.

[5]中共中央办公厅，国务院办公厅.关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见[Z].2021-07-24.

[6]樊勇.初中物理STS教育资源的开发和利用研究[D].苏州：苏州大学，2008.

[7]彭前程.义务教育课程标准实验教科书物理八年级上册[M].北京：人民教育出版社，2012.

[8]陈晨.初中物理STSE教育的实践研究—以光学课程为例[D].南昌：江西科技师范大学，2020.

（本文系2019年度广东省教育科学规划课题“基于STSE理念的初中理化生微型家庭实验开发实践研究”的研究成果，课题立项号：2019YQJK079）

编辑：张昀