STS教育：中学物理教学开展科学教育的有效方法＊

2015-03-20庞振宇张费金有刘茂军

物理教师 2015年4期

肖利庞振宇张费金有刘茂军

（吉林师范大学物理学院，吉林四平 136000）

1 STS教育的起源

STS是Science Technology and Society的简写，即科学、技术与社会.它兴起于美国的上世纪60年代末70年代初.STS是一门研究科学、技术、社会相互关系及其互动规律的多学科、多领域的综合性新兴学科.STS教育是STS领域（STS教育、STS研究、STS管理）中的一个分支，宗旨是培养具备科学技术素养、能参与科技决策、全面发展的一代新型公民.［1］

第二次世界大战之后，现代科技的迅猛发展，促使社会经济高速增长.以日本的经济学家松田米律为代表的“唯科学主义”者面临越来越多的难以解决的问题，如人与自然的矛盾（如生态危机、森林破坏、物种灭绝、土地荒漠化、资源短缺等）；人与科学技术的矛盾（如转基因技术与食品安全、克隆技术与伦理道德、网络技术与人权、核技术与环境污染等）；人与社会的矛盾（如社会不公与民权运动、技术密集型产业发展与失业等）.面对这种变化的世界图景，传统的科学教育体系中的政策、规范和行动已经无法适应新的社会和文化范式的转变，从而导致科学教育出现了一系列问题、矛盾和冲突.在这种情况下科学教育必须要审时度势，摒弃唯科学主义思潮，增加科学教育的社会背景，让学生在社会的背景下学会科学和技术的判断和决策，理解价值和道德的社会意义.STS教育思想和观念也正是人们在协调这些矛盾和冲突的过程中，寻求解决问题的方案、创新和改造科学教育思想中应运而生的.

STS教育作为科学教育的一种形式或方法，从上个世纪80年代初开始，已得到世界各国科学教育工作者的广泛认同，并作为一种主要力量引领着各国科学教育改革的主要方向.1980年国际科学联盟和联合国教科文组织在澳大利亚墨尔本召开的STS教育国际会议上提出了一个参考意见，即把STS教育看作“一个对今日学生进行科学教育最合适的方法.”［2］在这种改革环境的支持下，一些具有影响的STS课程也纷纷出台或者加以改进.其中最具有代表性和最具有影响力的是英国的《社会中的科学与技术》（SATIS）课程，该课程主要为16－19岁的学生设计的，通过这个课程可以使学生理解科学知识的本质和局限，理解科学对社会和环境作用的利与弊，了解地球上资源的有限性，发展学生思考科学道德问题的能力以及理智地进行决策的能力.

STS教育思想于20世纪80年代中期引进我国，并开始在教育研究机构、高等学校、中小学校相继进行STS教育的理论研究和实践探索，取得了一些有价值、有意义的阶段性研究成果.其中最显著成果之一，就是在我国基础教育课程改革中明确地将STS教育作为一个重要的理念，体现在学科课程标准、教科书和其他教学文本中，这标志着我国STS教育己进入了一个全面实施的阶段，成为科学教育改革的主流.［3］

2 STS教育是科学教育之必需

长期以来，在人们的观念中，似乎只有客观的、实证的、具有预测性的知识才是科学的，过分张扬科学的理性主义，忽略了人和社会的价值需求，导致在科学教育领域中出现很多认识上的盲点，［4］传统科学教育出现了危机，如科学知识拜物教与创造力的泯灭、科学理性的僭越与科学精神的缺失、科学教育对教育的遮蔽与人性危机［5］等等.STS教育的出现，使人们从一种文化转变的角度来看待科学、技术、社会的关系，调整了人们认识科学、技术和社会的方式，为人们在科学教育领域中打开了一扇通向现实世界的大门，为培养具备科学技术素养、能参与科技决策、全面发展的一代新型公民提供了一个新的途径和方法.［6］

较早以来，培养国民的科学素养一直被用于描述广泛的科学教育目标.当人们把STS教育注入科学教育领域中时，STS教育的理念和实践必将开始不断地影响科学教育目标.但由于STS教育理念自身的复杂性、多样性和模糊性，人们提出了各自不同的科学教育目标.［6］美国当代著名科学教育专家柏比（R.wBybee）提出 “三维”目标，即获得知识的目标；发展学习技能的目标；发展价值和观念的目标.威克斯和坡拉卡什（L.J.Waks＆M.S.Prakash）提出“四维”目标，即认知能力目标；理性或者学术目标；个人目标；社会行动目标.美国著名的科学教育家亚格尔则指出，科学是为了满足个人需要；科学为了解决社会问题；科学为了培养职业意识；科学是未来学习的一种学术准备.尽管这些STS的科学教育目标各有不同，但具有很大程度的相似性，除了强调基本的科学知识、技能之外，都将社会、文化、道德等因素作为基本的组成部分，突出了个人发展、社会发展和人文理解的目标.它们从不同角度反映了STS教育的观念和思想，使科学教育的目标更全面.

3 STS教育的内容

在国外设有专门的STS教育课程，如美国的《科学和技术的社会效应》与《社会中的化学》，英国的《社会中的科学与技术》、《社会中的科学》、《学校中社会范围的科学》等.目前在我国中学教育中，没有开设专门的STS教育课程，但在新一轮基础教育课程改革中，STS教育的内容蕴含在各自然学科当中，如物理新课程标准中广泛涉及STS的理念、目标与基本概念，像科学哲学、科学社会学、科学技术伦理学、科学技术与社会的关系、可持续发展等STS内容被引进到科学教育中来，并以“STS”、“探究与实验”、“做一做”、“科学漫步”、“科学踪迹”、“迷你实验室”、“课题研究”、“课外读物”、“推荐网站”、“讨论与交流”等多种形式呈现在物理教科书中，为STS教育提供了丰富的教育资源，STS教育的内容是丰富的、多样的和开放的.

3.1 实用性物理知识

物理学是一门实用性很强的学科.物理知识在军事、工农业生产、医疗、通讯、交通、家庭等各个领域得到广泛应用.例如，升华、凝华与电冰箱；密度与选种；超声效应与超声检查；压强与抽水机；摩擦与螺旋千斤顶；万有引力与航天技术；温室效应与温室大棚；涡流与电磁灶；反射现象与潜望镜；电流的磁效应与电动机；电磁感应与发电机；超导与磁悬浮列车；静电与静电复印机；激光与激光雷达；电磁波与信息化社会等等.因此，在实际教学中要从物理走向社会，突出物理知识的实用性，激发学生学习兴趣，促使学生不断地关注社会、关注生活、关注自己身边发生的事物.

3.2 改变世界的物理知识

物理学的发展不断地推动科学技术的革命和创新，促进了人类社会和文明的巨大进步.在中学物理中有许多改变世界的物理知识，如以热力学知识为理论基础的蒸汽技术带来了第一次科技革命，使人类社会进入机械化时代；以电磁学知识为理论基础的电力技术带来了第二次科技革命，使人类社会进入电气化时代；以相对论和量子力学为基础的电子计算机技术带来了第三次科技革命，使人类社会进入信息化时代.教师可以此为背景，向学生介绍科学技术革命给人类社会发展带来的影响，从中使学生深刻理解科学技术与社会发展之间的互动关系，培养他们的社会责任感和使命感.

3.3 社会性科学议题

社会性科学议题指由当代科学技术研究开发所引起的一系列与社会伦理道德观念和经济发展紧密相关的社会性问题，诸如经济、伦理道德、政治、文化传统等，是无法单纯依靠科学和技术解决的问题，它属于开放式且结构不良问题，没有唯一或标准的解决方案的问题.［7］在中学物理学习中有很多物理知识涉及到社会性科学议题，如核能开发与核废料处理、移动通信发射塔与电磁辐射、高压电线与白血病风险、城乡一体化建设与“热岛”、垃圾焚烧发电与环境风险等等.教师在教学中要善于抓住敏感的社会性科学议题，通过对议题的学习，能使学生养成有证据（而不是想当然地）思考问题，有理智（而不是随意地）处理问题，民主（而不是武断地）对待不同的意见，综合（而不是单一地从某一学科或某一视角）看待问题的能力，让学生体验到科学技术的双重性，理解科学本质，形成正确的科学观，并能以正确的价值观和方法来解决科技发展带来的社会问题.

3.4 物理文化

物理学既是科学，同时又是高层次、高品味的文化.爱因斯坦说过：“科学对人类事物的影响有两种方式，第一种方式是大家都熟知的，科学直接地、并且在更大程度上间接地产生完全改变人类生活的工具；第二种方式是教育的性质——它作用于人的心灵.”在物理学发展过程中，每一个物理概念和物理思想的提出，每一个物理定律的建立，都涵蕴含着丰富的人文文化，它包括物理学中唯物辩证法思想、物理理论的美学特征、物理学中的科学道德精神等，如布鲁诺捍卫“日心说”；开普勒与宇宙和谐；伽利略与《对话》；牛顿与《自然哲学的数学原理》；焦耳与热功当量的测定；平凡的法拉第；居里夫人与“镭”的故事；普朗克与能量量子化；爱因斯坦与《罗素——爱因斯坦宣言》；宇宙航行与航天员杨利伟等等.因此，在教学中教师要充分利用物理文化资源，帮助学生树立正确的科学的人生观和世界观，培养学生勇于追求真理的科学精神.

4 STS教育的方法

STS教育是开展科学教育的有效方法.就目前而言，由于受功利主义思潮影响，我国的STS教育的开展多靠教师的自觉行为，以课堂渗透为主，随意性强，STS教育效果甚微.如何提高STS教育的有效性，笔者认为，首先从教育行政部门、学校到教师必须提高对STS教育在科学教育中重要作用的认识；其次从宏观到微观、从长期到短期制定一个科学合理的STS教育实施方案或计划；再者就是STS教育的形式要多样化，将课堂渗透、社会实践、课外活动等形式有机结合起来.只有这样才能使科学教育真正卓有成效地开展起来，真正达到全面提高全体学生的科学素养的目标.

4.1 课堂教学渗透

课堂教学是实施STS教学的主阵地，结合课堂教学内容，从物理学发展史、物理学在日常生活生产中的应用、物理学和现代科学技术的关系及社会热点问题等几个方面进行课堂STS教育活动.

（1）从物理与生活关系渗透.

物理学与人类生活息息相关.从生活走向物理，让物理回归生活，让学生体会到物理在生活与生产中的实际应用，增加学生学习物理的乐趣，培养学生良好的思维习惯和科学探究的能力.

从结合生活实际中提出探究问题.如在学习沸点与气压时，让学生探究“生活中蒸煮食物时，用什么方法能使食物熟得更快？”很多学生会凭生活经验认为应该加大火势，然后利用高压锅和普通锅蒸煮同一食物，通过实验让学生明白由于水的沸点的原因，影响食物煮熟快慢的不是火势的大小而是液面上方的气压，高压锅要比普通锅快些.通过上述这样的案例，可以激发学生探究学习的热情和动力，使学生感受到物理知识在生活上的意义和价值.

利用物理知识解释生活现象.引导学生善于用学到的知识去解释一些生活中遇到的实际问题，诸如“但闻其声，不见其人”、“山顶有泉，煮米不成饭”、“开水不响，响水不开”等现象，可以激发学生学习物理的兴趣，培养学生热爱科学的思想和热爱生活的情感，帮助学生深刻理解科学与人类生活的关系.

（2）从物理与技术关系渗透.

学生生活在一个现代技术社会中，物理教学要贴近学生生活世界和技术世界，要与航天技术、信息技术、新能源技术、新材料技术等紧密相关联.通过“嫦娥五号”、“4G手机”、“LED灯”、“自清洁汽车”等典型案例的介绍，使学生进一步理解物理知识在社会和生活中的应用，让学生在尽情领略物理带给人们的便捷与舒适的同时，增强回报社会、服务社会的责任感和义务感.

（3）从物理与社会关系渗透.

在实际教学中，找准诸如环境污染、宇宙垃圾、温室效应、电磁辐射、能源危机等与人们生活息息相关的社会热点问题的结合点，组织学生现场讨论、交流，发表自己的看法，提出解决问题的措施.在这些活动过程中，学生的知识和能力得到迁移和发展，有利于提高实践能力和决策能力，从而培养正确的科学观、发展观和价值观，增强他们对社会的责任感.

4.2 专题讲座

通过专家或教师或学生开展专题讲座，也可以通过版报、画廊进行专题介绍，其内容可以根据教学内容和学生的特点选择合适的题材，如与生产生活相关并且有广泛应用的物理知识，与社会发展有着重大关系的物理知识，与科学、技术有关的社会热点问题，物理学发展的成就及前沿问题.通过这些专题，提高学生的科学技术素养和人文素养.

4.3 社会调查

在社会调查活动中，把学生分成几个课外调查研究小组，要求学生通过对所研究的案例进行实地观察、调查和研究，并以书面的形式进行归纳、总结，提出自己的观点和解决问题方法.例如在学习能源开发与利用后，组织学生调查本地的能源分布、能源消耗及能源的浪费情况等，让学生了解能源中哪些是不可再生的，提出节约能源方案和新能源的开发和利用设想.使学生在学习知识的同时，学会去发现问题和解决问题.

4.4 议题辩论

大多数社会性科学议题都隐含“两难”与“争议”，如垃圾焚化场选址中的“邻避”问题、移动通信基站发射塔建设中的“纠纷”问题等，这意味着持有不同立场的人对于问题的解决方法可拥有不同的理由和主张.首先成立辩论正反双方，为学生提供充分的探讨空间，让师生或学生之间有机会针对议题的内容做出对话和交流.然后进行正反角色互换，扩大学生对问题的思考方向，让学生不偏执于一己之见.最好藉由组间诘问与协商使学生深入探讨分析议题，以体会冲突之产生及如何通过民主程序达成共识.培养学生倾听的习惯和与人沟通的技巧以及理性批判思考、做决策的能力.同时使学生了解科学、技术对社会发展的积极作用和负面影响.