STSE教育在軍事院校《材料科學(xué)與社會》課程中的實踐*

楊曉娜, 李 奇, 張 暉,姜 松

(1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,河南 鄭州 450002; 2 解放軍信息工程大學(xué)基礎(chǔ)部,河南 鄭州 450002)

STSE是科學(xué)(science)、技術(shù) (technology)、社會 (society)、環(huán)境(environment)的英文縮寫[1-2]。20世紀(jì)60年代末，美國首先推出了STS教育，經(jīng)歷了70年代的鞏固階段和80年代的進(jìn)一步發(fā)展階段，90年代，STS課程改革帶動了世界范圍內(nèi)的科學(xué)教育改革。20世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展對國家的經(jīng)濟(jì)、文化和軍事的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，也帶來了一系列的環(huán)境問題，環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)今社會發(fā)展的重大課題，環(huán)境教育也成為公民科學(xué)素養(yǎng)教育的一個重要組成。因此，美國在1996年頒布的《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中首次提出STSE教育觀念。

科學(xué)素養(yǎng)是運(yùn)用科學(xué)知識，確定問題和作出具有證據(jù)的結(jié)論，以便對自然世界和通過人類活動對自然世界的改變進(jìn)行理解和作出決定的能力。1983 年美國著名學(xué)者 Jon.D.Miller提出“三維度模型”界定科學(xué)素質(zhì)：(1)對科學(xué)知識與概念術(shù)語的理解；(2)對科學(xué)規(guī)范與科學(xué)方法的理解；(3)了解、認(rèn)識科學(xué)對社會的影響[3]。

分析STSE教育產(chǎn)生的背景及其教育思想，審視科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵，可以發(fā)現(xiàn)STSE教育實踐與科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)具有相當(dāng)程度的一致性?？茖W(xué)素養(yǎng)的過程與社會、文化背景密切相關(guān)，而在獲得科學(xué)素養(yǎng)的過程中，認(rèn)知因素與社會、文化因素又會復(fù)雜地結(jié)合在一起。此外，STSE教育強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的經(jīng)驗，在社會的大背景下去理解科學(xué)技術(shù)的存在、發(fā)展及其對人類社會和生態(tài)環(huán)境的影響，為學(xué)習(xí)者的未來工作和生活做出基本的科學(xué)知識和科學(xué)能力準(zhǔn)備?？梢哉f，STSE更關(guān)注科學(xué)教育活動中“人”的因素，追求的是公民“科學(xué)素養(yǎng)”的普遍提高[4]。STSE教育對自然科學(xué)與人文科學(xué)課程跨度的把握，客觀世界的整體與彼此之間聯(lián)系的體現(xiàn)，謀求全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提供了最合適的范例。

1 《材料科學(xué)與社會》選修課的現(xiàn)狀

通識選修課[5-6]是高校對學(xué)生開設(shè)的一類自由選擇性課程，是高校培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的有效途徑。課程的開設(shè)旨在開闊學(xué)生視野，增加學(xué)生知識儲備，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，并實現(xiàn)人文教育、科學(xué)精神、創(chuàng)新思維與相關(guān)知識的融合。我國教育由于實施文理分科，理工分家，導(dǎo)致學(xué)生所受的科學(xué)教育匱乏，科學(xué)素養(yǎng)亟待提高。同時，高?？茖W(xué)教育一直存在單純重視科學(xué)知識傳授而忽視科學(xué)方法訓(xùn)練、科學(xué)態(tài)度熏陶、科學(xué)精神培養(yǎng)的問題。

材料學(xué)科是一門與化學(xué)、化工、軍事、環(huán)境保護(hù)等多個學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科。《材料科學(xué)與社會》課程則是研究材料的發(fā)展及其應(yīng)用對人類社會文明和進(jìn)步的相互關(guān)系。課程內(nèi)容主要涉及科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境等之間的關(guān)系，是實施STSE教學(xué)法的理想載體?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是化學(xué)化工技術(shù)的發(fā)展，不斷催生新的先進(jìn)材料，先進(jìn)材料的應(yīng)用又推動社會的文明和進(jìn)步，同時穿插在這個過程中出現(xiàn)的環(huán)境問題及解決方案。將STSE 教育理念潛移默化中引入到《材料科學(xué)與社會》課程教學(xué)中，對大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)的訓(xùn)練，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才。

目前，《材料科學(xué)與社會》選修課在教學(xué)過程中主要存在以下幾方面的問題。首先，學(xué)生結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基礎(chǔ)差異較大。選課學(xué)生涵蓋了各個專業(yè)的不同學(xué)生。來自不同學(xué)院的學(xué)生的基礎(chǔ)知識儲備存在較大差異。如何選擇合適的課程內(nèi)容和教學(xué)方法，使選修課程的所有學(xué)生都選有所學(xué)，這對授課教師提出了較高的要求。其次，本課程理論學(xué)時較短，課程設(shè)置內(nèi)容較多，怎么在有限的時間內(nèi)讓STSE教學(xué)理念貫徹整個教學(xué)活動中，也是教師要充分考慮的問題。

2 《材料科學(xué)與社會》中滲透STSE教育的意義

2.1 建設(shè)美麗新中國的需要

十九大報告里明確指出，要加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國。雖然全國貫徹綠色發(fā)展理念的自覺性和主動性增強(qiáng)了，忽視生態(tài)環(huán)境保護(hù)的狀況明顯改變了，能源資源消耗強(qiáng)度大幅下降了。但是，必須清醒看到，我們的工作還存在許多不足，也面臨不少困難和挑戰(zhàn)，主要是生態(tài)環(huán)境保護(hù)任務(wù)任重而道遠(yuǎn)。而生態(tài)環(huán)境問題與材料的生產(chǎn)與應(yīng)用也存在有直接或間接的關(guān)系，社會經(jīng)濟(jì)如何在環(huán)境、科學(xué)與技術(shù)的協(xié)調(diào)下發(fā)展，高等教育要求學(xué)生能夠?qū)@些問題有一定的認(rèn)知。而STSE教育理念要求學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的關(guān)系，可見，這一理念與國家的發(fā)展目標(biāo)是相契合的。

2.2 提升教學(xué)效果的需要

STSE教育提倡教學(xué)內(nèi)容與社會、科學(xué)、環(huán)境等有效聯(lián)系，可以讓學(xué)生真正體會到“學(xué)有所用”，讓他們真正的喜歡學(xué)習(xí)、熱愛學(xué)習(xí)，從而有效的提升教學(xué)效果。例如，在講授材料中的化學(xué)鍵時，提到了分子間力，可以用問題引入：壁虎為什么具有攀巖附壁的能力？引起學(xué)生的思考和興趣，進(jìn)而介紹壁虎的超強(qiáng)黏附力源于腳掌上大量剛毛與物體表面的分子間作用力，并通過美國Autumn教授的實驗進(jìn)行解釋說明。接著給學(xué)生展示石墨的層狀晶體結(jié)構(gòu)，并引導(dǎo)學(xué)生分析石墨中層與層之間的力以及同層之間的力的不同，得出層與層之間的力是一種弱作用力，即分子間力。有趣的是，科學(xué)家們通過非常巧妙的方法破壞了石墨層與層之間的分子間力而獲得了單層的石墨晶體，即石墨烯。石墨烯在科技以及軍事上的應(yīng)用很多，給學(xué)生舉例分析。講解時一環(huán)扣一環(huán)，既加深了學(xué)生對化學(xué)知識和材料知識的理解，又讓他們認(rèn)識到這些基礎(chǔ)知識與科學(xué)、社會、軍事方面的緊密聯(lián)系，這樣必將激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。

2.3 滿足軍隊院校教學(xué)的需要

軍隊院校的選修課程不僅要傳授學(xué)生知識，還要側(cè)重知識與軍事的聯(lián)系。在《材料科學(xué)與社會》的教學(xué)中，課程內(nèi)容增加材料科學(xué)在軍事中的應(yīng)用，為學(xué)生提供必要的知識儲備，以便他們能夠運(yùn)用科學(xué)的理論、方法來分析軍事武器、戰(zhàn)場環(huán)境中的相關(guān)問題。比如，軍用武器裝備的精良化和現(xiàn)代化需要軍用新材料方面的相關(guān)理論。教學(xué)中會涉及壓片陶瓷在反坦克武器、碳化硅陶瓷在裝甲材料中、稀土材料在激光測距儀中的應(yīng)用等等，很好地滿足軍校學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

2.4 增強(qiáng)環(huán)保意識的需要

良好生態(tài)環(huán)境是實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，是增進(jìn)民生福祉的優(yōu)先領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會的進(jìn)步，人們逐漸認(rèn)識到了環(huán)境保護(hù)的重要性，環(huán)保意識逐漸提高。STSE教育對于提高學(xué)員的環(huán)保意識具有重要的意義。在介紹建筑材料主題內(nèi)容時，筆者以綠色建筑材料的發(fā)展及應(yīng)用為例，強(qiáng)調(diào)環(huán)保精神和綠色發(fā)展的概念，對提高學(xué)生的環(huán)保意識效果明顯。

2.5 滲透科學(xué)精神的需要

STSE教育代表了一種全新的科學(xué)教育的思維模式與價值觀，其終極目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，在選修課的教學(xué)中滲透科學(xué)精神對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要的意義。作為高素質(zhì)人才培養(yǎng)基地的大學(xué)課堂，不能簡單地將傳授科學(xué)知識作為主要任務(wù)，而是應(yīng)該在對學(xué)生進(jìn)行知識教育和能力培養(yǎng)的同時，重視培養(yǎng)他們的科學(xué)精神，使大學(xué)不僅是進(jìn)行高等教育的場所，更能成為先進(jìn)思想和精神的發(fā)源地[7]。在介紹稀土材料主題內(nèi)容時，筆者以稀土元素的發(fā)現(xiàn)史為主線進(jìn)行教學(xué)，強(qiáng)調(diào)科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，教學(xué)效果良好。

3 STSE在《材料科學(xué)與社會》教學(xué)中的教學(xué)策略

3.1 課程基本理念

本課程的教學(xué)堅持以學(xué)生為本、注重創(chuàng)新意識和科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的指導(dǎo)思想，體現(xiàn)“精基礎(chǔ)、強(qiáng)近代、重應(yīng)用”的教學(xué)理念。

3.1.1 精基礎(chǔ)

課程教學(xué)過程中要注意強(qiáng)調(diào)選修課的特色，把握好教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，精選材料科學(xué)的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，重點對材料與社會的互動發(fā)展、材料與人類生活、材料科技與可持續(xù)發(fā)展、材料的軍事應(yīng)用等部分進(jìn)行論述，使學(xué)生深刻理解人類文明史就是材料的發(fā)展史，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.1.2 強(qiáng)近代

材料學(xué)科的發(fā)展日新月異，有限的課堂教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)知識的需要，所以，《材料科學(xué)與社會》選修課的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該表現(xiàn)出時代特色，將近代社會發(fā)展的新成果不斷引入教學(xué)中，跟上時代發(fā)展步伐，使學(xué)生了解材料的發(fā)展和進(jìn)步[8]。

3.1.3 重應(yīng)用

由于材料和其他學(xué)科的相互交叉，大大促進(jìn)了其他基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)的發(fā)展，目前國際上受到普遍關(guān)注的幾個問題——能源的開發(fā)與利用、功能材料的研制、環(huán)境的保護(hù)等都與材料密切相關(guān)。因此，增加材料在現(xiàn)代生活和軍事中應(yīng)用的實例，使材料科學(xué)面向社會發(fā)展、科技進(jìn)步、軍事應(yīng)用、學(xué)生的生活和興趣，加強(qiáng)材料與科學(xué)、技術(shù)、社會和軍事的聯(lián)系，盡可能讓學(xué)員在有限的學(xué)時內(nèi)擴(kuò)大知識面。

3.2 充分利用問題式教學(xué)模式

傳統(tǒng)的“教師講學(xué)生聽”的“滿堂灌”教學(xué)模式不適合選修課的教學(xué)，由于選修課的課時較少，內(nèi)容較多，部分內(nèi)容必須以學(xué)生自學(xué)為主，教師引導(dǎo)為輔的教學(xué)方法。筆者采取網(wǎng)絡(luò)化問題教學(xué)模式來實施，在這個教學(xué)模式中，問題的設(shè)置是關(guān)鍵，直接關(guān)系到能不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，在設(shè)置問題時，一般是從生活中與材料相關(guān)的基礎(chǔ)性知識問題出發(fā)，再深入到綜合性問題的提出，最后提升到應(yīng)用性問題的設(shè)置。這樣設(shè)置的問題層層遞進(jìn)，驅(qū)使學(xué)生不斷地去思考、查閱相關(guān)資料、分析問題、討論結(jié)果、直到解決問題，很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講稀土材料這一專題前，給學(xué)生布置以下問題：(1)夜晚的世界為何如此絢爛多彩？(2)為什么可以利用醫(yī)療器械準(zhǔn)確診斷疾?。?3)汽車尾氣排放是如何控制的？(4)氫能利用的關(guān)鍵是什么？在這些基礎(chǔ)問題提出之后，進(jìn)一步將問題延伸。如：(5)如何用稀土制作汽車尾氣的三效催化劑？(6)稀土催化劑的優(yōu)點是什么？等等。這些實際問題的提出，可以促使學(xué)生不斷地去思考和查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，提高學(xué)生對課程的興趣，拓寬學(xué)生的視野。同時，學(xué)生在解決這些問題時會發(fā)現(xiàn)，材料學(xué)科的很多問題與化學(xué)等其他課程關(guān)系緊密，從而提高學(xué)生對相關(guān)學(xué)科的認(rèn)識。

為了方便進(jìn)行問題的討論，開課初對教學(xué)班進(jìn)行分組，每組10人，推薦組長1名，專門負(fù)責(zé)組織小組成員的學(xué)習(xí)和討論情況。課上再由教師進(jìn)行解答并對學(xué)生給出的結(jié)果點評，這種問題式教學(xué)模式可以有效加深學(xué)生對材料知識的理解，同時，把基本知識與現(xiàn)實生活中的材料的應(yīng)用聯(lián)系起來，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.3 探索改善學(xué)習(xí)的多元化評價模式

STSE教育強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的關(guān)系，突出科學(xué)教育的人文背景，這對傳統(tǒng)科學(xué)教育的評價提出了新的挑戰(zhàn)。根據(jù)STSE教育的理念，借鑒國外的評價模式，以及開設(shè)通識選修課的教學(xué)目標(biāo)，我們采用改善學(xué)習(xí)的多元化評價模式[8]。評價模式改變以往的學(xué)生評價重知識輕科學(xué)素養(yǎng)現(xiàn)狀。評價的內(nèi)容不僅僅局限于獲得的科學(xué)知識，同時注重對社會生活中與自然科學(xué)密切相關(guān)的重大問題的認(rèn)識，運(yùn)用科學(xué)知識解決問題的能力等?；诋?dāng)下豐富的信息資源，筆者將STSE的教育由課堂延伸到課外，通過新聞、微信等媒體所提供的科學(xué)知識，找到材料學(xué)科與科學(xué)、技術(shù)、環(huán)境、軍事等知識的聯(lián)系，讓學(xué)生進(jìn)行思考，筆者通過布置不同選題或自選題，由學(xué)生自行選擇。選題確定后，筆者要求學(xué)生積極搜集相關(guān)資料，結(jié)合自己小組選題制作相關(guān)多媒體課件。筆者會將課程中的 2～3節(jié)課留給學(xué)生，由小組選定成員在規(guī)定的時間內(nèi)做口頭展示匯報，其他小組成員就講解內(nèi)容進(jìn)行討論并給出一定的分?jǐn)?shù)，筆者根據(jù)其他小組學(xué)生給出的平均分?jǐn)?shù)，同時結(jié)合學(xué)生平時課堂表現(xiàn)和最后作業(yè)情況給出最終分?jǐn)?shù)。這種課程評價方式綜合鍛煉了學(xué)生搜集資料、 整理資料、 分析問題的能力，同時也鍛煉了學(xué)生的口頭表達(dá)能力。評價過程貫穿整個學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)真實地描述教學(xué)活動和學(xué)習(xí)活動中實際發(fā)生的事情，以及學(xué)習(xí)對學(xué)生認(rèn)知和人格發(fā)展的影響。通過對各個專題學(xué)生作業(yè)的反饋，筆者發(fā)現(xiàn)在高等學(xué)校通識選修課程中實施STSE教育，提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合應(yīng)用知識和分析、解決問題的能力，促進(jìn)了科學(xué)教育與人文教育的結(jié)合。

4 結(jié) 語

在現(xiàn)行條件下，選修課《材料科學(xué)與社會》的課堂上引入STSE教育的理念是可行的，教學(xué)效果是明顯的。通過實施STSE教育，將科學(xué)教育與科學(xué)、技術(shù)、環(huán)保和社會緊密相連，使學(xué)生在真實的技術(shù)和社會情境中形成科學(xué)素養(yǎng)和增強(qiáng)社會責(zé)任感。同時，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及分析問題、解決問題的能力有了明顯提高，學(xué)生能從不同的角度去理解材料與化學(xué)化工科技、社會、環(huán)境以及軍事之間的關(guān)系。本文提到了一些STSE教育的實施方法，在今后的教學(xué)中，還有待進(jìn)一步的探討和挖掘?？梢灶A(yù)見，STSE教育在大學(xué)選修課的教學(xué)中有著很好的發(fā)展前景。