“力學(xué)”課程滲透STS教育的初探

方秀珍+方子喬

【摘 要】本文指出在高校力學(xué)課程中滲透STS教育的重要性，并針對(duì)力學(xué)課程初步探討了滲透STS教育的方法，以便為“力學(xué)”課程適應(yīng)科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步發(fā)揮更好的作用而提供借鑒。

【關(guān)鍵字】STS教育 力學(xué)課程

【基金項(xiàng)目】華北科技學(xué)院教研基金資助課題（課題編號(hào)HKJY201437），課題名稱(chēng)：“力學(xué)”教學(xué)如何滲透STS教育，課題類(lèi)別：指導(dǎo)類(lèi)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G421 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）34-0069-02

STS（science， technology and society）是一門(mén)研究科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)三者關(guān)系的復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)學(xué)科，它是一個(gè)跨學(xué)科的新的研究領(lǐng)域。提及STS教育可能不僅學(xué)生就連部分教師們都沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)，當(dāng)然更談不上將其滲透到自己的日常教學(xué)中。其實(shí)可以這樣來(lái)理解STS教育，它是將分塊化的教育模式改革為模糊邊界的教學(xué)模式。STS教育不僅著眼于理科生學(xué)習(xí)人文文化，也著眼于文科生學(xué)習(xí)科學(xué)文化，使其科學(xué)、技術(shù)成為社會(huì)的科學(xué)、技術(shù)。

隨著科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的發(fā)展，先后經(jīng)歷了無(wú)科學(xué)思想的機(jī)會(huì)技術(shù)、無(wú)科學(xué)思想的自主技術(shù)和有科學(xué)思想的自主技術(shù)。社會(huì)中的人們隨著社會(huì)的發(fā)展從科學(xué)決定論、社會(huì)決定論發(fā)展到了科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)互動(dòng)階段?？茖W(xué)轉(zhuǎn)化為技術(shù)，技術(shù)推動(dòng)社會(huì)前進(jìn)，而前進(jìn)的社會(huì)又促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展。

大學(xué)是培養(yǎng)掌握科學(xué)的人才，怎樣才能培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，掌握技術(shù)，能參與科學(xué)技術(shù)決策，并能制定科學(xué)技術(shù)決策和評(píng)估科學(xué)技術(shù)決策的新一代世紀(jì)人才呢？現(xiàn)在就把STS教育引入到我們大學(xué)的課程中去，把STS教育作為培養(yǎng)新一代人才的一項(xiàng)智力內(nèi)容，可能會(huì)起到意想不到的收獲。

我正在教授大學(xué)理工科二年級(jí)的《材料力學(xué)》。在沒(méi)有引入STS教育之前，我主要是按照大綱要求完成相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)，分析清楚大綱要求的重難點(diǎn)，做好相應(yīng)知識(shí)的講解和練習(xí)，課后整理好作業(yè)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，并及時(shí)處理學(xué)生的答疑工作等。而隨著STS教育的引入，我清楚了我的教學(xué)有欠缺的地方，沒(méi)教授相應(yīng)的本學(xué)科與社會(huì)之間的關(guān)系、本學(xué)科如何轉(zhuǎn)化成適應(yīng)社會(huì)的技術(shù)、引入本技術(shù)帶來(lái)的社會(huì)問(wèn)題和如何看待科技引起的社會(huì)問(wèn)題等。

對(duì)于STS教育最重要的一點(diǎn)就是讓學(xué)生帶著問(wèn)題去探索科學(xué)知識(shí)，首先給出問(wèn)題的整體概況，然后離散該問(wèn)題分部分探討，最后將討論的結(jié)果進(jìn)行整體整合。

下面以我教授《材料力學(xué)》中的軸向拉壓桿強(qiáng)度的問(wèn)題為例，說(shuō)明下我在教學(xué)中滲入STS教育的初步探討。

首先，引入問(wèn)題，了解概況。你坐在圖1的椅子上安全嗎？如果放在其上的重量逐漸加重可以嗎？椅腿能再細(xì)些嗎？椅腿能再粗些嗎？椅腿可以矮些嗎？椅腿可以高些嗎？還可以提出問(wèn)題嗎？

其次，離散問(wèn)題，分析問(wèn)題。我們的目的是想讓具有與之類(lèi)似的結(jié)構(gòu)安全，使您購(gòu)置或設(shè)計(jì)或使用類(lèi)似的結(jié)構(gòu)時(shí)知道衡量它的哪些方面。如果椅子不承重，無(wú)所謂安全的問(wèn)題，而當(dāng)其承受載荷時(shí)可以得到椅腿的受力分析圖，如圖2。根據(jù)圣為南原理，圖2上下的分布力都可以簡(jiǎn)化為一個(gè)合力，如圖3。如果椅腿可伸縮，在圖3的受力下，椅腿要收縮，椅子的高度變矮。椅腿簡(jiǎn)化為等截面的桿件，受力情況不變，簡(jiǎn)化的力學(xué)模型圖如圖4。

接著，引入具體問(wèn)題。60公斤的學(xué)生坐在其上，凳腿高40cm，凳腿簡(jiǎn)化為空心圓柱，其外徑為5cm，內(nèi)徑為46cm，所用材料為彈簧鋼65，屈服極限為 ，密度為 ，彈性模量為 ，請(qǐng)問(wèn)該學(xué)生坐上安全嗎？最主要的方面就是凳腿不能破壞，其次是凳腿保持原有平衡能力不被破壞，再次就是凳腿縮短量非常小。

然后，分析問(wèn)題。構(gòu)件的承載能力的安全問(wèn)題主要考慮強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的問(wèn)題。凳腿橫截面上的應(yīng)力是由于60公斤的學(xué)生和本身的自重產(chǎn)生的。經(jīng)過(guò)應(yīng)力分析后，凳腿的下端面A受的正應(yīng)力最大，為了抵抗壓應(yīng)力，而滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，所以工程實(shí)際中的凳腿下端面A的面積制成了（如圖1）直徑為25cm圓截面。這樣可減低壓應(yīng)力，而保證凳腿的下端面A不被壓壞。經(jīng)過(guò)最大承載能力分析后，此凳腿可以承載的最大質(zhì)量為2358Kg，也就是說(shuō)同時(shí)有大約393位60公斤重的學(xué)生坐在該凳子上，此時(shí)凳腿才會(huì)發(fā)生破壞，出現(xiàn)危險(xiǎn)。因此，坐在此凳子上的學(xué)生，只要正確坐姿（保證施加壓力），不會(huì)壓壞凳腿。經(jīng)過(guò)變形分析，凳腿的壓縮變形量為52nm，相當(dāng)于52根頭發(fā)絲的粗細(xì)。因此坐在該椅子上，不會(huì)感覺(jué)到有突然下沉的感覺(jué)。

最后，拓展問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，總結(jié)問(wèn)題。工程實(shí)際中應(yīng)用此結(jié)構(gòu)的例子無(wú)處不在，例如家庭里的帶有支持腿或支撐柱的各類(lèi)家具，建筑中的門(mén)前或廳里的支撐柱，每人身體上的大小腿結(jié)構(gòu)，地下工程中隧道或巷道等的支護(hù)等等。

最終，學(xué)生們會(huì)形成一清晰的分析問(wèn)題的思路，并且發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的問(wèn)題就在身邊，不僅可以學(xué)習(xí)理論，還可以解決問(wèn)題，而不是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)，從而失去了目標(biāo)，茫然不知所措。

STS教育應(yīng)該是完成了從社會(huì)中來(lái)到社會(huì)中去的過(guò)程，當(dāng)然如果所有課程湊這樣了教授，可能需要很長(zhǎng)的課時(shí)，現(xiàn)實(shí)要求短期用掌握的知識(shí)為社會(huì)服務(wù)，反過(guò)來(lái)在社會(huì)碰到的問(wèn)題在到理論中去解決，然后再到社會(huì)中去驗(yàn)證。因此，在教學(xué)中，雖然節(jié)節(jié)課都可以滲透STS教育，但是課時(shí)有限，只能變相延長(zhǎng)課時(shí)。在我校的力學(xué)課程，首先可以選幾次有典型性的知識(shí)點(diǎn)的問(wèn)題作為專(zhuān)題講座；其次，通過(guò)學(xué)生自己課余社會(huì)性的調(diào)查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；最后，通過(guò)力學(xué)模型的制作來(lái)檢驗(yàn)解決問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

方秀珍，1977年2月5日出生，女，出生地為吉林省梅河口市，現(xiàn)工作單位為華北科技學(xué)院基礎(chǔ)部力學(xué)教研室教師，職稱(chēng)為講師，學(xué)位為碩士研究生，畢業(yè)于東北大學(xué)理學(xué)院固體力學(xué)專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)在所從事的研究方向是復(fù)合材料層合板基于遺傳算法理論的鋪設(shè)角的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及復(fù)合材料層合板后屈曲問(wèn)題的探究。