高中物理原子能教学渗透STSE教育的路径探讨

陶梦雨 陆建隆

(南京师范大学教师教育学院,江苏 南京 210097)

1 普通高中物理课程标准(2017版)中STSE教育的凸显

2017年末,历时5年(2013—2017)修订研制的普通高中物理课程标准正式发布.除了大家所熟知的物理学科核心素养、全新的模块化教学内容以及分层次教学质量标准外,加强STSE教育也是2017版新课标的一大亮点.作为物理核心素养4大要素之一的“科学态度与责任”, 新课标对STSE的重视关乎着未来物理教学的发展.如何在高中物理教育中渗透好STSE教育思想值得关注和探索.

1.1 什么是STSE教育?

STSE是指科学(Science)、技术(Technology)、社会(Society)和环境(Environment)的首字母缩写.[1]本次新课标所强调的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.旨在提高社会群众资源节约和环境保护的意识,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.[2]

1.2 为什么说2017版新课标着重强调STSE教育?

2017版新课标当中,课程性质、课程目标、课程内容与实施建议等诸多部分相较于2003版改动很多.下面我们就从这些新旧课标中都有所探讨的内容,具体来看STSE教育在课标表述上的演变.

首先,在“课程性质”部分,2017版课标明确提出了STSE,并且在精神培养部分较原2013版课标补充提出了科学态度和社会责任感．而关于“课程目标”,2003版课标主要关注科学、技术与社会之间的联系,且重点在物理学在其中起到的积极作用方面的了解,关于可持续发展一带而过.而2017版则把STSE关系以及保护环境、可持续发展特别列入学科核心素养,在目标上也明确为“认识”层面,环境教育尤为凸显.从学科核心素养在2017版课标中的核心地位来看,STSE作为“科学态度与责任”的重要内容更凸显了2017版课标对STSE教育的重视.

在“课程内容”和“实施建议”部分,2003版关注STS(科学·技术·社会)教育，没有谈到环境教育,必修模块甚至对STS也没有明确的课程内容要求.而2017版无论是必修、选择性必修还是选修,每个模块的课程内容都关于STSE有明确要求.对STSE关系的认知直接影响到物理核心素养的培养,因此,2017版在教学建议和教材编写建议中都有关于STSE教育落实的建议.

通过新旧课标的对比,我们可以看到新时代背景下环境教育不容忽视的地位.从2003版中很少出现的可持续发展和环境教育要求,到2017版明确提出并反复强调的STSE关系认识,足见2017年版新课标对物理课程中环境教育的重视、对STSE教育的重视.由此可以预见,在中学物理教育中落实强化STSE教育必将是未来的发展方向.这既是对2003年版课程标准中STS教育实践宝贵经验的继承和发扬,也是结合了国际教育课程改革优秀成果的具有国际视野的更大突破,更是中国新时代发展下对教育事业前进方向的必然需求.

2 高中物理原子能教学中开展STSE教育的内容选择与路径

在高中物理原子与原子核专题中原子能发展的受制因素很多,例如，社会群众的心理,经济发展的需求,技术水平的支持等等.这其中就包含了很多STSE元素值得我们去探究.尤其是核安全主题涉及到环境保护和安全的问题,运用STSE教育手段落实原子能教育正是培养物理核心素养的好机会.核裂变等微观领域的现代物理知识为学生构建了现代“物理观念”中物质观念与能量观念;对核安全问题的辩证思考锻炼了学生的批判性思维能力、敢于质疑和创新;原子能发展涉及到科学、技术、社会与环境,对培养学生科学态度与价值观、形成促进可持续发展的社会责任感大有帮助.

那么原子能主题下究竟有哪些STSE资源,我们又如何在教学中进行STSE资源的渗透呢?下面我们根据2017版新课标的内容要求分别对STSE资源融入教学途径进行探讨.

表1 STSE资源融入高中物理原子能教学的内容与途径

3 原子能教学中凸显STSE教育的设计探讨

从科学、技术、社会和环境这4个维度来看,“核废料处理”是一个落实强化STSE教育的优质教育题材.如表1所示，从科学维度分析,“核废料处理”需要考虑放射性元素的辐射强度和半衰期问题;从技术上来看,“核废料处理”所涉及的玻璃固化、水泥固化、火箭载物技术都有待提升,技术上对核废料处理的发展束缚很大;从社会维度上分析,“核废料处理”的安全性、处理物的放射性对社会公民生命健康、社会经济发展都具有较大的潜在威胁;从环境的维度上讲,“核废料处理”受地理环境约束、处理不当将极大地破坏环境,想要追求可持续发展就不能忽视核废料处理问题.

下面笔者以“核废料处理”为例,具体探讨课堂教学中渗透STSE教育的设计.

3.1 目标设计

核废料因其元素半衰期不同,放射性强度存在较大差异.因此可以借助对核废料的分类来帮助学生更好地理解原子及其性质,从物理学角度形成正确的物质观念.让学生通过对已有核废料处理方式的学习,了解不同等级射线危害的防护措施.通过引导学生对已有方案的改良以及思考提出新方案,锻炼创新精神和批判性思维能力,进而为科学思维的培养奠定基础. 通过核废料处理问题的研究,综合考虑科学、技术、社会和环境因素,帮助学生更好地认识STSE关系,形成科学态度与责任意识.

3.2 教材分析

在高中物理原子与原子核部分谈到“核电站”相关内容时,教材上只是利用一句话简单介绍了一下“核废料处理”,因此大多数物理教师选择和教材一样一句带过即可. 如果将“核废料处理”有关知识的合理展开,不仅完善了整个核电站工作的介绍,对 “放射性的应用与防护”这一节中“辐射与安全”部分的“防护措施”也是一种补充.这样既解答了学生对核电站废料去向的困惑,又从核电站这一产业角度将放射性的防护在生产实践中的具体方式做了介绍,还能够培养学生的STSE精神、提高物理核心素养.

3.3 教学重、难点

根据新课标“原子与原子核”主题对该部分内容要求“了解放射性核原子核衰变,知道射线的危害与防护”,教学的重点应该放在核废料的分类以及对现有处理途径的介绍上.而核废料处理受技术水平制约、自然环境限制,且多方面因素综合考虑对学生的思维能力要求较高.因此,本环节教学的主要难点将主要集中在让学生提出创造性见解上.

3.4 教学过程设计

针对上述分析,我们通过表2对“核废料处理”的教学过程做了初步设计,借此课题的教学尝试渗透STSE教育.

表2 高中物理教学渗透STSE教育的体现

随着时代的进步发展,科学与技术、社会、环境之间的联系越来越紧密,STSE教育正是新课标针对科技、社会、环境大变化下做出的改进.

除了上文列举的原子能课题之外,物理学中还有很多可以用于STSE教育的主题.结合之前教学的经验,笔者在文章中列举了STSE资源融入课堂方式的建议.此外,物理教育中STSE资源的融入还有更多方式值得我们去探索和研究,例如开设讲座、视频教学等等.针对不同的科学主题,灵活选用教学方法渗入STSE元素,对学生物理核心素养的提升将大有帮助.