STSE視角下的中考物理試題研究

李維 黃致新 洪中青 吳明海 田奇

摘? ?要： STSE教育是將學(xué)科知識(shí)與科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境相結(jié)合，為學(xué)生提供具有生活價(jià)值的學(xué)習(xí)。文章回溯STSE概念的發(fā)展，分析近十年武漢物理中考綜合類計(jì)算題中的STSE要素，探析STSE類典型試題對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升作用。并從生活教育的理論視角出發(fā)，提出物理教學(xué)的“教”“學(xué)”“做”合一的教學(xué)策略。強(qiáng)調(diào)初中物理教學(xué)要引領(lǐng)課堂關(guān)注生活、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)，通過生活教育讓教學(xué)貼近生活，實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)的生活價(jià)值。

關(guān)鍵詞： STSE試題;中考物理;生活教育

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）12-0038-4

現(xiàn)代社會(huì)時(shí)刻發(fā)生著變化，為學(xué)生提供更實(shí)用、更有生活價(jià)值的學(xué)習(xí)成為廣大教育工作者關(guān)注的重點(diǎn)。教育的初衷源于有生活價(jià)值的學(xué)習(xí)，教育取決于學(xué)習(xí)者的生活，教育也要盡可能多地將生活帶進(jìn)學(xué)校[1]。教育工作者應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極地追尋有意義的學(xué)習(xí)，讓學(xué)到的知識(shí)在生活中融會(huì)貫通。隨著教育改革的不斷深入，各學(xué)科課程中科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、社會(huì)（Society）和環(huán)境（Environment）的內(nèi)容大幅度增加（以下簡稱STSE），STSE教育也引起了人們的高度重視。分析近九年武漢物理中考綜合類計(jì)算題中的STSE要素，發(fā)現(xiàn)STSE類型的試題對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成起著引領(lǐng)作用。因此，文章結(jié)合生活教育的理論，探尋物理教學(xué)的“教”“學(xué)”“做”合一的教學(xué)策略。

1? ? STSE

二戰(zhàn)后科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展讓各國高度關(guān)注科學(xué)教育，以科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)（以下簡稱STS）為主的教育思想蓬勃發(fā)展，并成為各國理想的科學(xué)教育范式。STS教育中突出科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的相互關(guān)系，讓學(xué)生理解科學(xué)技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，增強(qiáng)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和社會(huì)責(zé)任感[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們同時(shí)也注意到科學(xué)技術(shù)給社會(huì)帶來的負(fù)面影響，尤其是科技發(fā)展對(duì)生存環(huán)境的影響。1995年美國頒布的“科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)”中首先提到STSE教育觀念，1997年加拿大在《科學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)的公共綱要》中提出學(xué)生要理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)以及將影響他們個(gè)人生活、職業(yè)和未來的環(huán)境之間的相互作用 [3]。加拿大以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為總體目標(biāo)，提出以整合后的STSE作為實(shí)施科學(xué)教育的新方式，隨后各國在制定課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)將STS教育進(jìn)一步拓展為STSE教育。

我國課程標(biāo)準(zhǔn)所強(qiáng)調(diào)的STSE，更加關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境之間的相互關(guān)系，強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)在社會(huì)發(fā)展、生產(chǎn)生活、自然環(huán)境中的應(yīng)用與價(jià)值。旨在提高社會(huì)大眾的資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)意識(shí)，培養(yǎng)具有更高科學(xué)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感的全面發(fā)展的新型公民。《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》首次提出STS概念，隨后《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（以下簡稱《2011版課標(biāo)》）提出要關(guān)注科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展、自然環(huán)境及人類生活的影響，并在實(shí)施建議中倡導(dǎo)在紙筆測試和作業(yè)中創(chuàng)設(shè)與生產(chǎn)生活相聯(lián)系的情境題 [4]。

2? ? 中考物理試題中的STSE

2.1? ? 中考STSE試題

初中學(xué)業(yè)水平考試（The Academic Test For The Junior High School Students），簡稱“中考”，不僅肩負(fù)著檢測學(xué)生是否達(dá)到初中學(xué)業(yè)水平的任務(wù)，也是高級(jí)中學(xué)的選拔性考試。從2012年起，武漢市物理中考綜合性計(jì)算題呈現(xiàn)STSE教育理念，試題要求學(xué)生分析生活和社會(huì)生產(chǎn)中的真實(shí)情境，結(jié)合所學(xué)物理知識(shí)在新情境下建構(gòu)模型，并運(yùn)用科學(xué)方法設(shè)計(jì)問題解決方案。2012—2020年武漢市中考物理綜合性計(jì)算題STSE類背景素材統(tǒng)計(jì)如表1所示。STSE情境試題將物理核心知識(shí)、方法要素和多種能力融合在一起，不僅考查學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握程度，而且重點(diǎn)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐和遷移創(chuàng)新的物理學(xué)科能力[5]。

2.2? ? 中考物理試題中STSE的特點(diǎn)

分析近九年的武漢市中考綜合計(jì)算題發(fā)現(xiàn)，試題旨在選拔能繼續(xù)深造的高能力學(xué)生。此類試題難度較大，通過對(duì)初中物理核心內(nèi)容力學(xué)和電學(xué)知識(shí)的綜合考查，對(duì)學(xué)生物理學(xué)科能力進(jìn)行較全面的考查。物理學(xué)科能力是核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、探究能力和創(chuàng)新精神的統(tǒng)一體，它的提升是實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵 [5]。STSE情境試題通過讓學(xué)生應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題并構(gòu)建新的模型解決物理問題，來檢測學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，并認(rèn)識(shí)到物理學(xué)科的價(jià)值。STSE情境試題呈現(xiàn)出高度融合性，解答這類試題也側(cè)重考查了學(xué)生的知識(shí)遷移能力、問題解決能力等物理學(xué)科核心素養(yǎng)，其融合性體現(xiàn)如圖1所示。

例如，在2020年武漢中考卷中，以城市內(nèi)澇的困境催生新型井蓋排水系統(tǒng)為背景，考查學(xué)生情境化問題的解決能力。處于長江中下游的武漢市每年春末夏初時(shí)節(jié)會(huì)多連綿陰雨天氣。由于長時(shí)間降雨導(dǎo)致城市排水系統(tǒng)壓力陡增，導(dǎo)致城市內(nèi)澇。新型井蓋排水系統(tǒng)（圖2），需要考慮下暴雨時(shí)雨水從排水孔經(jīng)排水管道流到容器中，再從容器底部的排水孔流入下水道。由于容器的排水速度較小，當(dāng)容器中的雨水上升到一定高度時(shí)，容器下降，拉動(dòng)杠桿，將井蓋頂起，加速路面排水。當(dāng)容器中的雨水下降到一定高度時(shí)，井蓋自動(dòng)下降蓋住井口，不影響車輛、行人的通行。題目根據(jù)武漢市的季節(jié)特點(diǎn)提出解決內(nèi)澇問題的方法，點(diǎn)出其對(duì)社會(huì)環(huán)境的意義，利用杠桿平衡條件的知識(shí)設(shè)計(jì)出新型井蓋排水系統(tǒng)，學(xué)生在問題指引下融合科學(xué)和技術(shù)要素來理解其工作原理。

2.3? ? 中考物理STSE試題的作用

解決STSE試題要把握解題步驟：審題—簡化—解題。首先，審題過程中要挖掘隱含條件，分析圖像并理解與物理有關(guān)的實(shí)際情境問題;例如，新型井蓋排水系統(tǒng)試題，其結(jié)構(gòu)簡化示意圖如圖3所示，排水系統(tǒng)由井蓋、兩個(gè)相同杠桿（AOB是其中之一）、容器等組成，AB長度是300 mm，AO長度是120 mm。該井蓋的質(zhì)量是28.8 kg，不考慮杠桿的質(zhì)量，不考慮各連接處的摩擦。（1）下暴雨時(shí)，杠桿會(huì)將井蓋頂起50 mm，如圖4所示。兩個(gè)相同杠桿對(duì)井蓋至少做了多少焦耳的功？（2）某次調(diào)試中，為了節(jié)約用水，調(diào)試人員將容器底部的排水孔全部堵住，測出容器的質(zhì)量是4.2 kg，再將容器和杠桿組裝在一起，直接向容器內(nèi)勻速注水，注水120 s時(shí)井蓋剛好被頂起，假設(shè)在任意時(shí)刻水對(duì)容器的壓力與容器中水的重力大小相等，求每分鐘向容器內(nèi)注水的體積是多少升？

針對(duì)第（1）問需抓住兩個(gè)相同杠桿對(duì)同一個(gè)物體做功的關(guān)鍵信息;而第（2）問要理解簡化示意圖，對(duì)于兩個(gè)相同的杠桿能分離出AOB杠桿進(jìn)行受力分析。其次，簡化的過程包括拆分和整合，先需要對(duì)背景材料進(jìn)行分析判斷，提取有效的信息，拋棄無效的信息;通過科學(xué)方法對(duì)杠桿模型進(jìn)行整體受力分析，并設(shè)計(jì)問題解決方案。最后，解題時(shí)運(yùn)用物理知識(shí)和數(shù)學(xué)工具進(jìn)行推導(dǎo)演算，解決物理問題。

解題中對(duì)于第（1）問可以用整體法解決，即：

W=Gh=28.8 kg×10 N/kg×50×10-3 m3=14.4 J

對(duì)于第（2）問需要建立杠桿AOB的簡化模型，找到正確的動(dòng)力FA、動(dòng)力臂LOA、阻力FB、阻力臂LOB。井蓋剛好頂起時(shí)，杠桿AOB的A端受到的壓力：

由杠桿平衡條件FALOA=FBLOB，容器對(duì)杠桿B端的拉力：

從而通過受力分析求得容器中水的重力：

每分鐘向容器注水的體積：

解題過程中學(xué)生要不斷調(diào)用科學(xué)方法，運(yùn)用科學(xué)思維能力對(duì)題目進(jìn)行拆分和整合，以達(dá)到解決問題的目的。

利用學(xué)生身邊問題設(shè)計(jì)考題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。STSE試題的出現(xiàn)使得考試走向“生活”，也成為教學(xué)的指揮棒，引導(dǎo)我國學(xué)者吸取國內(nèi)外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)具有學(xué)科特色的STSE課程模式，在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科能力，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

3? ? STSE視角下的試題導(dǎo)向?qū)虒W(xué)的啟示

STSE命題讓學(xué)生關(guān)注身邊的情境，并深入思考其運(yùn)行規(guī)律，踐行課標(biāo)中從生活走向物理、從物理走向社會(huì)的理念。目前，在基礎(chǔ)教育中奉行以考定教，考什么就學(xué)什么，而STSE試題恰好可以成為承載學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)的平臺(tái)，在學(xué)生熟悉的知識(shí)情境中，通過解題過程來提升自己的科學(xué)思維，并指引教與學(xué)的方向，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)。誠如陶行知先生在生活教育理論中強(qiáng)調(diào)的：教而不做，不能算是教;學(xué)而不做，不能算是學(xué)[1]。教、學(xué)、做合一是實(shí)現(xiàn)具有生活價(jià)值教學(xué)的重要途徑，創(chuàng)設(shè)STSE情境教學(xué)設(shè)計(jì)，引領(lǐng)教學(xué)關(guān)注生活，引導(dǎo)學(xué)生開展研究型學(xué)習(xí)，創(chuàng)新物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是物理教學(xué)的追求。

3.1? ? STSE命題引領(lǐng)課堂關(guān)注生活

傳統(tǒng)的物理教學(xué)強(qiáng)調(diào)專業(yè)化、學(xué)科化，使得科學(xué)技術(shù)理論與社會(huì)實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生難以實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。雖然新課標(biāo)和教材的編寫都注重STSE教育的滲透，但在具體教學(xué)中，教師容易穿新鞋走老路，將概念性知識(shí)作為教學(xué)重心。在以考定教的氛圍中，STSE類物理試題的出現(xiàn)迫使教師在物理課堂教學(xué)中重視知識(shí)的生活價(jià)值，將與生活相關(guān)的實(shí)際問題的解決過程作為教學(xué)的重點(diǎn)，落腳于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)和關(guān)鍵能力的全面發(fā)展。例如學(xué)習(xí)壓強(qiáng)時(shí)，創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的踩氣球背景，分析用腳踩和隔著木板踩出現(xiàn)的不同現(xiàn)象，利用控制變量法推導(dǎo)出壓力、壓強(qiáng)的科學(xué)本質(zhì)。教師在平時(shí)的習(xí)題設(shè)計(jì)中也會(huì)有意識(shí)地選擇有STSE背景的題目，使解決具有生活價(jià)值的問題成為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的途徑。比如，在焦耳定律的教學(xué)設(shè)計(jì)中大量使用身邊的小電器，如嬰兒的溫奶器、冬天的小太陽、電熱飲水機(jī)、電熱毯、電吹風(fēng)機(jī)等為背景，思考其運(yùn)行規(guī)律，讓學(xué)生的科學(xué)思維得到訓(xùn)練，也認(rèn)識(shí)到物理學(xué)科的社會(huì)價(jià)值。

3.2? ? STSE命題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)

教學(xué)中根據(jù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，設(shè)定研究性學(xué)習(xí)主題，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理知識(shí)和規(guī)律蘊(yùn)含在人們的生活中。例如，學(xué)習(xí)“慣性”時(shí)，可讓學(xué)生根據(jù)自己的觀察和生活經(jīng)歷，上網(wǎng)收集信息，找到生活中利用和防止慣性的實(shí)例。在學(xué)習(xí)“電磁感應(yīng)”時(shí)，可讓學(xué)生尋找生活中“電磁感應(yīng)”的應(yīng)用。甚至可以限定條件，比如家庭生活中電磁感應(yīng)的應(yīng)用，如自發(fā)電手電筒、小區(qū)門禁卡、停車場中電磁感應(yīng)的應(yīng)用等。讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)所學(xué)的知識(shí)就在自己的身邊，從而提高學(xué)習(xí)興趣，提升對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情。讓教與學(xué)在實(shí)際問題的發(fā)現(xiàn)和解決中發(fā)生，使研究性學(xué)習(xí)成為發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的良性循環(huán)軌道。

3.3? ? 生活教育創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)貼近生活

生活教育理論強(qiáng)調(diào)教、學(xué)、做合一，其中最重要的就是做。許多物理問題的解決都離不開實(shí)驗(yàn)，例如學(xué)習(xí)浮力概念時(shí)，利用我國許多地方放河燈的習(xí)俗，開發(fā)河燈設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生興趣，通過比較誰的河燈載重量大的學(xué)科活動(dòng)讓學(xué)生體會(huì)輪船的工作原理;在了解能源對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響后，黃琪莉等自制了風(fēng)力發(fā)電站模型，以提高物理課堂的趣味性，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的應(yīng)用能力 [6]。通過創(chuàng)新STSE情境的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過觀察、操作、數(shù)據(jù)分析、交流合作等環(huán)節(jié)提升實(shí)驗(yàn)探究的能力。在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中體現(xiàn)物理知識(shí)的生活價(jià)值，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用的有價(jià)值的學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶行知.生活教育[M].周洪宇，杜小雙，周文鼎，編譯.武漢：湖北教育出版社，2012：252.

[2]孫可平.STS教育論[M].上海：上海教育出版社，2001：49-56.

[3]Council of Ministers of Education， Canada.Common Frame-work of Science Learning Outcomes [R].Ontario：Council of Ministers of Education， Canada，1997：4.

[4]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[5]郭玉英，張玉峰，姚建欣.物理學(xué)科能力及其表現(xiàn)研究[J].教育學(xué)報(bào)，2016，12（04）：57-63.

[6]黃琪莉，吳先球.STSE視角下自制趣味風(fēng)力發(fā)電站[J].物理教學(xué)探討，2020，38（03）：48-50.

（欄目編輯? ? 陳? 潔）