高中物理課堂教學設計意義

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摘要:為深化素質教育改革，培養學生的科學態度與社會責任感，我國已將STSE(科學·技術·社會·環境)教育理念融入到最新版《普通高中物理課程標準(2017年版)》之中，明確提出使學生掌握知識的同時關注科學、技術、社會、環境之間的復雜關系。以人教版高中物理必修三中“能源與可持續發展”一節為例進行教學設計，在設計過程中滲透STSE教育思想，采用討論探究的教學模式，使學生在掌握能量守恒、轉移、耗散等知識的基礎上關注能源發展引發的社會效應，以求在知識教學的同時，增強學生的節約環保意識，培養物理學科核心素養。

關鍵詞:STSE;物理教學;核心素養

一、STSE教育理念融入高中物理教學的意義

(一)使物理課堂更貼近生活實際

物理知識最早起源于人類對自然現象的觀察與在生產勞動中的經驗累積，前人總結出的知識與規律引領著人類對自然世界的探索，極大地促進了社會的發展，不斷開拓著人類對新世界的認知。STSE教育理念中的重要思想就是理論聯系實際，因此，STSE教育理念與中學物理教學相結合應該是天衣無縫的［6］。在中學物理教學中巧妙融入STSE教育理念，將學生從枯燥的課堂模式中解放出來，以生活實際作為學生學習的新環境，將目光聚焦于生活中的熱點話題，聯系生活、技術、社會實際，將書本里冷冰冰的文字描述轉變為學生感興趣的生活實例與現象，讓學生認識到科學貼近生活實際與應用的一面，并對其產生親切感，這不但能吸引學生主動探索，激發學生的參與熱情和學習欲望，而且能使學習過程變得更為輕松靈活，知識掌握更加牢固持久。

(二)提升學生探究能力與創新意識

單純的物理知識學習以及利用物理知識解決生活中的常見問題，已經不能滿足當下的教育與人才需求，新時代的人才需要具備創新思維與探究能力，STSE教育理念提倡開放性教育和參與性教育［7］。教師組織學生積極進行探究研討，鼓勵學生在探究中發現問題，通過對問題的追本溯源以及模擬解決方案，提出自己的見解，設計實驗制定方案，將分析綜合、推理論證、構建模型等方法運用于解決問題的過程中，培養學生辯證性看待問題的能力，提升發散性思維的同時也有利于激發學生的創造精神。

(三)培養核心素養下高素質人才

教師圍繞科學、技術、社會、環境四方面進行物理課堂教學設計，可在學習物理與科技的過程中培養學生現代科技意識，提升民族自豪感;在學習物理與社會的過程中，提高學生利用物理知識觀察解決實踐問題的能力;在學習物理與環境時，提升學生的環保意識。通過不斷的滲透教學，激發學生的學習熱情，使其更加關心科技和社會的發展問題，形成正確發展觀，培養核心素養要求的高素質人才。

二、“能源與可持續發展”教學設計

以人教版普通高中物理教科書中“能源與可持續發展”一節為例，在學生學習能量轉化的基礎上，結合社會生活實際，緊密聯系當今能源開發與環境保護的熱點議題，在課堂教學設計中融入STSE教育理念，使學生在掌握知識的同時提升自身素養。

(一)教學設計思路

在新課標中，對“能源與可持續發展”一節的教學內容要求包括以下四點:(1)了解利用水能、風能、太陽能和核能的方式，初步了解核裂變與核聚變。(2)知道不同形式的能量可互相轉化，在轉化過程中能量總和保持不變，能量轉化具有方向性。(3)清楚可再生能源和不可再生能源的分類，認識能源的過度開發和利用對環境的影響。(4)認識環境污染的危害，了解科學、技術、社會、環境協調發展的重要性，具有環境保護的意識和行為［3］。值得注意的是，在分析教學內容要求的過程中，不能將其片面地理解為:為了在發展的同時保護環境，就應該避免過度開發不可再生能源而更多的開發可再生能源。這樣的理解是片面的，問題的關鍵在于應該如何正確的看待可再生能源的開發與利用，這是在教學時需要引導學生思考的重點問題之一。在教材內容的編排上，能量轉移與能量轉化的方向性、能源的分類與應用、能源與社會發展是“能源與可持續發展”一節的三部分內容。通過先前的課程學習，學生已經掌握了能量及能量轉換的基本概念，對本節知識的學習具有一定基礎。因此在新課講授時，可按順序進行教學，由淺入深、逐層遞進。本節教學的重點聚焦于能量轉移轉化的方向性和能源與社會發展兩部分，結合社會生活實際，緊密聯系當下能源開發與環境保護的熱點話題，在教學設計中滲透STSE教育理念，通過教學達到以下目標:首先，使學生掌握能量的轉移、轉化、耗散等基本物理概念，知道能量在轉化和轉移的過程中不僅在數量上守恒且發生方向上不可逆，從而揭示能源危機的深層含義;其次，了解水能、風能、太陽能與核能的工作方式及應用轉換技術，明白能源發展對社會發展的意義，通過對能源的分類與應用的探索過程，發展學生的科學思維與科學探究能力;最后，認識能源利用對環境產生的負面影響，通過討論能源與社會發展培養學生的科學態度和責任。在教學中采用小組討論探究的教學模式，重點探討對不可再生能源的過度開發利用給社會環境帶來的負面影響，以及如何合理開發與利用可再生能源，讓學生了解科學、技術、社會、環境協調發展的重要性，培養學生辯證性看待問題的能力，組織討論生活中能源利用產生的負面效果，并提出改善建議，培養學生思考問題的科學思維和環境保護理念，形成對社會的科學態度與責任意識［8］。

(二)教學過程設計

1.新課引入環節教師提問:同學們，在前面的課程學習中，我們已學習了多種形式的能量并知道不同形式的能量之間是可以相互轉化的，回想一下生活中有哪些能量轉化或轉移應用的事例?生:電燈照明時將電能轉化為光能;煮雞蛋時，燃料燃燒釋放能量使水升溫，水中的熱量再傳遞到雞蛋上使它變熟;汽車行駛時，發動機將燃料內能轉化為汽車的動能。設計意圖:復習舊知，培養學生利用物理知識解釋生活現象的能力。教師活動:將學生所舉實例中涉及的不同能量進行總結，引導學生梳理出能量關系轉化圖，如圖所示。教師提問:通過剛才的梳理，我們得出能量轉化的關系圖，由圖可以看出，在涉及能量轉化或轉移的反應前后，能量形式改變而總和保持不變，既然如此，為什么仍然要節約能源呢?設計意圖:通過對已有結論進行反問使學生產生前后知識矛盾，激發學生的好奇心與學習積極性，為后續教學內容開展做鋪墊。2.新課教學環節知識點一:能量轉化或轉移的方向性師:剛才我們列舉了生活中能量轉化和轉移的事例，現在將它們的發生過程翻轉，這些能量能自動反過來轉化或轉移嗎?原因是什么?生:不能發生。因為能量的轉化具有方向性，是不能逆轉的。師:雖然反過程的能量轉化也遵循能量守恒定律，但科學研究表明，一切與熱現象有關的宏觀自然過程都是不可逆的，在轉化過程中產生的熱量一旦釋放出去，便很難對它們進行收集利用，而且無法自動發生轉換，只能以熱量的形式存在于環境中，這種現象就稱為能量的耗散。雖然能量在整體數量上沒變，但是可供利用的部分卻越來越少，這也是能源危機的深層次含義，同時也回答了為什么我們仍然要提倡節約能源這個問題。設計意圖:教師通過能量轉化與轉移的方向性幫助學生建立能量耗散的物理概念，使學生理解科學知識內涵并引發對能源危機的思考。知識點二:能源的分類與應用師:能源的開發與利用一直是社會發展的推動力，請列舉出你目前所知的能源。生:煤炭、太陽能、風能、水能、核能等。師:上述這些能源大都來自自然界，仔細思考，其中有哪些是可以源源不斷獲得的，哪些是現階段能夠使用，但是不能無節制從自然界獲取的?學生在教師的引導下，將能源進行可再生與不可再生分類。設計意圖:在對能源分類的過程中，使學生認識到能源并不是取之不盡、用之不竭的，為新能源教學的引入做鋪墊。師:近些年，我國致力于新能源的開發，并取得了很大的成就。比如，我國具有完全自主知識產權的三代百萬瓦級核電技術電站———華龍一號，其安全指標和技術性能已達到國際第三代核電技術水平。我國的核能發電技術已居于世界領先地位。同時，對太陽能、水能、風能的利用效率也均處于世界先列。那么是通過怎樣的技術手段將這些能源轉變成我們需要的形式呢?(在課前請學生分組探究)結合課堂展示的工作原理圖分組進行匯報。設計意圖:通過對我國新能源開發方面成就的介紹，提升學生的民族自豪感。通過分組探究各能源的工作原理，提高學生之間的合作探究能力，在探究過程中讓學生認識到，以科學知識為基礎制造出先進的技術設備，又以先進技術設備為工具探索新的科學知識，科學與技術之間的關系是相輔相成的，使學生意識到學習知識的重要性，激發學生的學習熱情。思考與討論:與煤炭、石油這種不可再生能源相比，新能源具有怎樣的優勢?如何看待可再生能源的開發，是否因為其可再生的特質就能夠無節制地開發和利用可再生能源呢?設計意圖:使學生了解新能源對推動社會進步、保護環境、解決能源危機的意義，同時做到理智對待新能源的開發與利用，不盲目推崇，培養學生辯證性看待問題的能力。知識點三:能源與社會發展師:人類大致經歷了柴薪、煤炭與石油三種能源的使用階段，每一次能源利用技術的提升，都會極大地推動社會發展，現如今，對能源的利用也正在由單一化逐步朝著多結構化方向前進。但是利與弊是共存的，不能只看科技社會進步的一面而忽略了科技發展對自然環境造成的影響。請同學們思考，生活中有哪些由發展帶來的環境污染問題?生1:汽車的喇叭聲音太吵，影響日常的生活。生2:煤炭、石油燃燒產生的二氧化硫形成酸雨，腐蝕建筑物、酸化土壤。設計意圖:使學生認識到科學技術的突破對人類社會進步的意義，引導學生從不同角度看待能源開發利用帶來的影響，思考科學、技術、社會、環境四者之間的關系，加深學生的深層次認識，培養學生透過現象看本質和辯證性思考問題的思維能力。師:同學們列舉的很全面，小組討論交流，該怎樣做可以改善這些問題，做到可持續發展呢?生1:大力發展新能源，減少對不可再生能源的開采與使用。師:這位同學從人類今后發展的大方向給出了建議，那么我們自身在平時的生活中應該怎樣做呢?生2:可以減少使用一次性用品，去超市買菜時自己帶購物袋。生3:家里使用節能型的家電，平時生活中注意節約用水用電。師:大家的提議都很好，要實現能源的可持續發展，就需要樹立新的能源安全觀，大力提倡節能并付諸實踐，從生活的點滴小事做起，只有全民行動，注重細節，社會才能夠與科技共同進步，人與自然才能真正和諧發展。設計意圖:通過討論生活中的節能方式，使學生意識到節約能源要從生活中的一點一滴做起，避免空談理論、不切實際，要樹立節能環保的生態文明理念與社會責任感，提升學生物理學科核心素養。3.鞏固與提升通過習題的布置對本節的知識進行鞏固，使學生能夠利用能量轉化轉移的知識解釋生活中的現象，養成節約資源、保護環境的生活習慣。

三、融入STSE教育理念的教學設計與傳統課堂教學的對比

與傳統“能源與可持續發展”的教學設計對比，融入STSE教育理念的新教學設計具有以下優點:(1)在教學過程中增加小組合作探究環節，培養學生的合作學習能力與分享精神，并在探究問題的過程中提升科學思維與探究能力。(2)在授課過程中增加學生匯報環節，給學生更多的發言機會，匯報內容圍繞科學與技術開展，讓學生認識到科學與技術的相互關系，并從中總結自己學到的知識。(3)在教學過程中多次強調科學、技術、社會、環境之間的復雜關系，不再單一關注學生的知識學習，從多個方面培養學生的物理學科素養。

作者：王帥 張勇 單位：吉林師范大學物理學院