【摘要】STSE教育依托真實的情境，讓學(xué)生針對社會熱點發(fā)表意見，使其認(rèn)識到科學(xué)和技術(shù)在社會生活和生產(chǎn)、在環(huán)境能源方面的綜合應(yīng)用，并親歷實驗設(shè)計及動手操作的過程，有助于增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，提高學(xué)生科學(xué)探究的能力。文章提出了STSE視野下初中物理課外實驗開發(fā)的流程，結(jié)合案例闡述了STSE實驗開發(fā)的四個方向：挖掘教材中的科學(xué)世界或STSE欄目、課內(nèi)演示實驗化身課外STSE探究實驗、教材中的課后習(xí)題改編為STSE實驗、源于生活的STSE實驗。在實踐后提出加強(qiáng)STSE理論學(xué)習(xí)、搭建校園活動平臺、采用多元化評價、開放學(xué)校實驗室等實施建議。

【關(guān)鍵詞】初中物理；STSE；課外實驗；開發(fā)方向；案例

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

STSE是科學(xué)——技術(shù)——社會——環(huán)境（Science-Technology-Society-Environment）的簡寫，STSE教育是科學(xué)與人文的跨學(xué)科教育。STSE教育培養(yǎng)“以人為本”的科學(xué)素養(yǎng)，凸顯環(huán)境社會的重要性[1]。隨著科技的快速發(fā)展，也帶來了能源、資源、材料、環(huán)境、健康等問題，并嚴(yán)重威脅著人類的生存和發(fā)展。為了世界的可持續(xù)發(fā)展，STSE教育勢在必行[2]。我國于2020年提出力爭到2030年達(dá)到CO2排放量峰值，力爭到2060年實現(xiàn)碳中和，這是實現(xiàn)生態(tài)文明和美麗中國目標(biāo)的主要措施。初中物理與生活息息相關(guān)，以實驗為基礎(chǔ)，課外實驗是物理課堂的延伸，也是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的過程性評價手段，具有因地制宜的特點。開發(fā)STSE視野下的物理課外實驗，以點帶面在物理教學(xué)中滲透STSE教育，符合中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，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(biāo)準(zhǔn)的要求

2011年版初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中提到，要“從生活走向物理，從物理走向社會”，培養(yǎng)學(xué)生將物理學(xué)知識、技能應(yīng)用于實踐的能力，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心科學(xué)技術(shù)的發(fā)展意識，認(rèn)識科技發(fā)展給社會帶來的兩面性[3]。STSE教育的宗旨則是培養(yǎng)能正確了解和認(rèn)識科技發(fā)展的兩面性，且能起到監(jiān)督作用的公民和培養(yǎng)關(guān)注社會和環(huán)境的科學(xué)技術(shù)人才。兩者之間具有異曲同工之處。

課程標(biāo)準(zhǔn)提到要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)校所在區(qū)域的相關(guān)問題；倡導(dǎo)利用周圍的物品、材料和器具進(jìn)行實驗，利用日常用品做實驗，具有簡便、直觀等優(yōu)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(huán)保[3]。開發(fā)并開展STSE課外實驗，可以彌補(bǔ)部分學(xué)校實驗室條件有限的不足。

2017年版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中也提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括了物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[4]。運(yùn)用STSE理念指導(dǎo)物理教學(xué)，讓學(xué)生針對社會公共話題發(fā)表看法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。學(xué)生在設(shè)計小實驗、動手驗證的過程中，能體驗到科學(xué)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(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見》（以下簡稱《意見》），《意見》中提到要減輕作業(yè)負(fù)擔(dān)，鼓勵彈性、分層、個性化作業(yè)，提高課后服務(wù)的質(zhì)量，開展科普、勞動、興趣小組和社團(tuán)活動[5]。

基于此，課外實驗開展方式可以是家庭實驗或?qū)W校社團(tuán)活動。家庭實驗屬于“非常規(guī)實驗”“個性化作業(yè)”，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(xué)生的理性思維，與STSE教育理念不謀而合。教師可以通過學(xué)生社團(tuán)活動激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，鼓勵學(xué)生在網(wǎng)上查閱資料，并以辯論賽、角色扮演、小調(diào)查、頭腦風(fēng)暴的形式讓學(xué)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(xiàn)“知行合一，全面發(fā)展”的目的，落實立德樹人的根本任務(wù)。

（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(wù)院頒布的《關(guān)于全面加強(qiáng)新時代大中小學(xué)勞動教育的意見》中指出，要把勞動教育納入人才培養(yǎng)全過程，貫通高校、中學(xué)、小學(xué)各階段，貫穿家庭、學(xué)校、社會各方面，緊跟社會變化趨勢、學(xué)生生活實際[6]。STSE課外實驗形式多樣，學(xué)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(xué)習(xí)光學(xué)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(jī)，探究樹蔭下的光斑形狀等STSE課外實驗，讓學(xué)生初步體會到工匠精神。在講授與“密度”相關(guān)的課程內(nèi)容后，可以讓學(xué)生在家中榨取各種水果汁，調(diào)制彩虹色飲品，制作彩虹色的冰棍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、STSE課外實驗開發(fā)的一般步驟

基于學(xué)情，課外實驗的STSE情境由教師創(chuàng)設(shè)，以問題和任務(wù)雙驅(qū)動的形式發(fā)布要求，學(xué)生自主設(shè)計實驗方案（如圖1所示）。方案要聯(lián)系生活實際，在此過程中促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展。學(xué)生在家庭中尋找的實驗材料以簡易化、生活化為宜，實驗現(xiàn)象可視化，實驗結(jié)論能夠應(yīng)用于生活當(dāng)中。教師點評并表彰，優(yōu)秀案例運(yùn)用到課堂中，閉環(huán)回路，持續(xù)性提高課堂教學(xué)的高效性，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

三、STSE視野下物理課外實驗的開發(fā)方向

（一）挖掘教材中的“科學(xué)世界”或STS欄目

人教版初中物理教材中幾乎每一節(jié)都有“科學(xué)世界”或STS欄目，“科學(xué)世界”以拓展性知識為主，介紹了當(dāng)代的一些新型材料或者科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，比如超聲波測距、半導(dǎo)體和超導(dǎo)體、材料的力學(xué)性能等。STS欄目與科學(xué)、技術(shù)和社會相關(guān)，同時還涉及到環(huán)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(tài)環(huán)境造成的威脅。

因此，利用教材中“科學(xué)世界”或STS欄目中的素材開發(fā)課外實驗，既可以拓寬學(xué)生的知識面，也可以讓學(xué)生了解物理與科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的密切關(guān)系，培養(yǎng)其關(guān)注現(xiàn)代科技的意識，使學(xué)生深刻地認(rèn)識到物理源于生活，又服務(wù)于社會[7]。

以人教版八年級上冊第三章第4節(jié)STS欄目“水循環(huán)”為例，該欄目介紹了水循環(huán)形成的自然現(xiàn)象及水資源與人類的關(guān)系，使學(xué)生認(rèn)識到水資源的珍貴，形成節(jié)水意識。教師可以引導(dǎo)學(xué)生調(diào)查生活中的節(jié)水措施、節(jié)水技術(shù)等，或引導(dǎo)學(xué)生查閱人工降雨的原理，帶領(lǐng)學(xué)生嘗試自己動手制作“云”等自然現(xiàn)象（如圖2所示）。設(shè)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(nèi)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(xué)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(xiàn)象并不明顯。如果改為教師播放實驗視頻，雖能直觀呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果，但難以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究精神，長此以往會磨滅學(xué)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(wù)，學(xué)生基于STSE情境，結(jié)合課本知識，設(shè)計實驗動手探究，實現(xiàn)“做中學(xué)，學(xué)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(xí)題改編為STSE實驗

教材中的“動手動腦學(xué)物理”部分，既有書面的習(xí)題，也有聯(lián)系社會生產(chǎn)生活和科學(xué)技術(shù)的實踐類、社會調(diào)查類的習(xí)題。教師應(yīng)從“動手動腦學(xué)物理”課后習(xí)題中充分挖掘出適合學(xué)生完成的STSE課外實驗，利用習(xí)題考查學(xué)生的課堂表現(xiàn)，提高學(xué)生的綜合能力。

（四）源于生活的STSE實驗

STSE教育強(qiáng)調(diào)科學(xué)與社會生活的聯(lián)系，初中物理與生活息息相關(guān)。教師要培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)、善于觀察、勇于表達(dá)、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(fā)學(xué)生的探究欲望，提高他們的社會責(zé)任感。

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

某小組成員通過觀察和查閱資料后發(fā)現(xiàn)檢測噪聲的方式有很多，比如小區(qū)里會用圖3所示的一體化“揚(yáng)塵檢測系統(tǒng)”，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(jī)中的噪聲檢測app來檢測不同場景下的噪聲強(qiáng)度，如圖5所示。結(jié)果顯示，書城聲音的平均分貝值為56dB，適合工作學(xué)習(xí)，說明書城現(xiàn)場秩序維持較好，但和閱覽室要求40dB還有差距；而奶茶店內(nèi)聲音平均分貝值為72dB，較為吵鬧。該實驗數(shù)據(jù)直觀，操作簡便，加深了學(xué)生對噪音強(qiáng)弱的認(rèn)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(jié)中，“力的作用是相互的”這一知識點較為抽象，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考這一知識點在日常生活中的應(yīng)用，完成一個小實驗并錄制成小視頻。

某同學(xué)觀察到草地上的噴水器會自動旋轉(zhuǎn)，猜想噴頭受到了水的反作用力。為了驗證猜想，該學(xué)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(fā)現(xiàn)吸管中水噴出的方向和繩子轉(zhuǎn)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(qiáng)STSE理論學(xué)習(xí)

我國STSE研究起步雖晚但發(fā)展迅速。STSE教育符合建構(gòu)主義原理和生活教育理論，在2019年新版的高中物理化學(xué)生物教材中進(jìn)一步滲透了STSE教育理念。2022年教育部即將頒布新的義務(wù)教育階段課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，教育部張卓玉老師指出新課標(biāo)包括四個概念：大觀念、大任務(wù)、真實性、實踐性。STSE教育順應(yīng)教育改革趨勢，為國家培養(yǎng)綜合型和創(chuàng)新型人才奠基。教師要加強(qiáng)STSE理論學(xué)習(xí)，從課堂情境創(chuàng)設(shè)、課堂話題討論到課后作業(yè)布置都要進(jìn)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(xué)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(xué)生實驗展示平臺。例如，在校園科技節(jié)中聯(lián)合化學(xué)、生物、小學(xué)科學(xué)學(xué)科開展“我是小小實驗家”的活動，加深學(xué)生對STSE理念的理解，調(diào)動學(xué)生的積極性[8]。在周末、法定節(jié)假日布置STSE課外實驗綜合性作業(yè)代替書面作業(yè)，讓作業(yè)成為作品，發(fā)揮作業(yè)的育人功能。教師評選出優(yōu)秀作品以公眾號、年級美篇等形式進(jìn)行推廣，或以展板形式在校內(nèi)展出。同時，還可以讓學(xué)生在寒暑假時設(shè)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(jī)”等實驗。

（三）采用多元化評價

實施STSE教育在短時間內(nèi)難以明顯提升考試分?jǐn)?shù)，因此應(yīng)采用過程性評價為主，結(jié)果性評價為輔的形式對學(xué)生進(jìn)行評價。教師要以民主平等的身份與學(xué)生交流，為其設(shè)計的STSE課外實驗提供指導(dǎo)，在此過程中記錄學(xué)生的思維方式、學(xué)習(xí)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(jù)。對于學(xué)生提交的STSE實驗視頻，教師不僅要關(guān)注實驗方案與實驗結(jié)果是否科學(xué)，還應(yīng)關(guān)注學(xué)生的拍攝技術(shù)、剪輯技術(shù)、邏輯推理能力和語言表達(dá)能力等，從多個維度對學(xué)生進(jìn)行評價，挖掘?qū)W生的優(yōu)點。

（四）開放學(xué)校物理實驗室

物理STSE課外實驗器材源自家庭、社區(qū)和大自然，具有取材便利、成本低的優(yōu)點，但有的物理實驗器材實驗室才有配備，學(xué)校要有規(guī)劃地開放實驗室，比如利用課后延時服務(wù)時段，明確實驗室規(guī)章制度，學(xué)生自我管理，鼓勵學(xué)生像科學(xué)家一樣探索，自主進(jìn)行STSE小實驗、小制作。

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

[5]中共中央辦公廳，國務(wù)院辦公廳.關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見[Z].2021-07-24.

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

編輯：張昀