侯新杰 丁 欢 周 睿

（1.河南师范大学物理学院，河南 新乡 453007；2.河南师范大学附属中学，河南 新乡 453002）

STSE（即Science，Technology，Society，Environment的缩写）教育强调科学、技术、社会和环境的协调发展，关注科技进步、社会发展与生态环境之间的相互影响.美国、英国、加拿大的科学课程标准都强调在科学教育中进行STSE教育的重要性，对STSE教育内容提出了要求.［1－3］

我国教育部制定的《普通高中物理课程标准（2020年修订）》（以下简称《课程标准》）课程基本理念提出要“注重课程的时代性，关注科技进步和社会发展需求”，强调“高中物理课程在内容上注重与生产生活、现代社会及科技发展的联系，反映当代科学技术发展的重要成果和科学思想，同时关注物理学的技术应用带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和社会责任感”.《课程标准》阐述了物理学科核心素养的内涵，指出物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”4个方面.《课程标准》制定的高中物理课程目标是“高中物理课程应在义务教育的基础上，进一步促进学生物理学科核心素养的养成和发展”.课程目标的“科学态度与责任”维度明确要求学生“能正确认识科学的本质”“认识科学·技术·社会·环境的关系”.［4］

STSE教育既是“科学态度与责任”素养的重要内容，也是物理观念、科学思维、科学探究等物理学科核心素养落实的桥梁.STSE教育重视跨学科的知识整合、真实情境问题的解决、多样化的教学方法，有利于培养学生解决实际问题能力、逻辑推理能力、科学探究能力、科学态度与社会责任感.［5］STSE教育为培养学生“从物理学视角解释自然现象和解决实际问题”“基于事实证据和科学推理对不同观点和结论质疑和批判”“基于观察和实验提出物理问题”“在认识科学本质，认识科学·技术·社会·环境关系的基础上，逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，以及遵守道德规范，保护环境并推动可持续发展的责任感”等物理学科核心素养提供了有效途径和方法.［5］因此，在高中物理课程中进行STSE教育是极其必要的.

物理教科书作为教学内容的重要载体，是教师和学生在物理学科中进行STSE教育的重要工具.我国2019年出版的人教版高中物理教科书中STSE教育内容主题体现情况如何？与国外教科书相比有什么异同？针对这些问题，本文对我国和英国高中物理教科书中STSE教育内容的主题进行统计分析，找出两版教科书中STSE教育内容主题体现情况的特色与不足，为高中物理教科书的编写提供参考.

1 研究设计

1.1 研究对象

我国教科书选取的是2019年人教版高中物理教科书（必修1- 3，选择性必修1- 3）.［6］该书是我国高中最广泛使用的物理教科书，依据最新出版的普通高中物理课程标准所编写，共6册.英国教科书选取的是由英国剑桥大学出版社2020年出版的第3版A-Level物理教科书——《Physics for Cambridge International AS＆ A Level Coursebook》，共1册.［7］该教科书也是我国诸多国际学校广泛使用的A-Level物理课程教科书.

1.2 研究方法

本文主要采用内容分析法，利用开发的STSE教育内容主题分析量表对两版教科书中STSE教育内容的主题进行统计分析和比较.

1.3 研究工具

国内外学者在文献中关于STSE教育内容主题的分类有很多.牙茹梦认为STSE教育内容主要包括物理学与科学进步、物理学与技术发展、物理学与社会生活、物理学与生态环境4个部分，并进一步将其划分为科学进步、物理学前沿、物理原理、技术应用、日常生活、社会发展、环境问题7个主题.［8］滕艳萍借鉴国外文献中STSE教育内容主题的分类，从科学与技术事件及其社会情境、科学与技术的相互影响、作为问题解决方式的科学与技术、科学与技术的风险和影响、争议问题、决策过程等6个主要维度出发分析了教科书中的STSE教育内容.［9］邵梦迎认为STSE教育内容可以分为物理学史与科学本质、物理学与技术、物理学与社会生活、物理学与环境4个主题，并给出了具体的二级指标.［10］

依据STSE教育的内涵及国内学者对STSE教育内容主题的分类，笔者以邵梦迎提出的STSE教育内容主题分类指标为框架，建立了高中物理教科书中STSE教育内容主题的分析工具，将STSE教育内容分为4个一级主题，14个二级主题，具体划分如表1所示.

表1 STSE教育内容主题分析量表

续表

1.4 研究工具的信度检验

由笔者担任主评分员D，并邀请2名课程与教学论（物理）专业研究生Y和L作为助理评分员.经过相关内容的训练与预分析后，3位评分员利用上述量表对随机抽样的两版教科书中的各两章内容进行独立的归类分析.3人相互同意度如表2所示.

表2 不同评分员间的相互同意度

经计算，该研究工具信度为0.905，高于0.8，且信度较高，说明研究结果是可靠可信的.

2 两版教科书中STSE教育内容主题的统计和分析

2.1 统计结果

根据STSE教育内容主题分析量表，对中英高中物理教科书中STSE教育内容主题进行分类统计，统计数据如表3所示.

表3 两版教科书中STSE教育内容主题数量统计表

续表

2.2 两版教科书中STSE教育内容主题的分析与比较

（1）两版教科书都关注物理学史，对科学本质主题体现较少.

人教版教科书对物理学史与科学本质主题的体现明显多于英国教科书.两版教科书均对物理学的发展主题体现较多，分布比例都在50%左右，其次是物理学家，对科学本质内容体现较少，且都没有用专栏呈现科学本质主题内容.人教版教科书对于物理学的发展和物理学家主题的呈现比例都高于英国教科书，较多地展现了力与运动、电磁部分的物理学发展或者物理学家具体事迹；对科学本质主题的呈现比例低于英国教科书，大多数科学本质的内容都出现在力与运动模块.可见，人教版教科书较注重物理学家、物理学进展等物理学史方面的内容，倾向于将科学本质隐含于物理学史以及物理学发展的描述中，对科学本质主题内容的显化较少.

（2）两版教科书都重视技术原理和技术应用，人教版教科书对技术评价与选择体现不足.

通过数据可知，人教版教科书涉及物理学与技术主题的STSE教育内容多于英国教科书.两版教科书均对物理学相关的技术知识体现较多，呈现比例超过60%，且绝大多数都是对技术原理的描述，有利于学生体会科学知识在技术中的重要作用.如：“避雷针原理”“微波炉加热原理”“三级火箭技术”“汽车避免碰撞的设计原理”“解释离心机是如何工作的”“CT扫描仪的原理”等.人教版教科书对物理学相关的技术知识、技术操作、科学与技术关系的体现多于英国教科书，对技术设计与评价的体现少于英国教科书.在技术设计与评价的相关内容中，人教版教科书较多展现了技术设计内容，如“设想在家里、学校和生活的社区，什么地方应该安装传感器？”而英国教科书中大多是技术的评价与选择，如思考各种发电机优缺点，说明如何选择发电机；建议一种或多种可用于检查大脑的扫描技术.

可见，英国教科书较重视让学生多了解各种技术的优缺点，能够在生活中选择合适的技术和技术产品，而人教版教科书较重视如何将物理知识应用于技术，但是有关技术设计与评价的内容较少，还需增加其数量.

（3）两版教科书都注意突出物理学知识在生活中的应用，英国教科书较关注科技对人们生活的影响.

总体来看，人教版教科书对于物理学与社会生活主题的呈现数量多于英国教科书.从二级主题来看，两版教科书都对物理学知识在生活中的应用体现较多，人教版教科书对其体现比例明显高于英国教科书，且多以提问形式呈现，让学生自己用物理知识解释生活现象，如解释荷叶上的露珠呈扁平球形的现象、解释系安全带的规定的原因.人教版教科书对物理学技术的应用、科技对人们生活的影响体现比例稍低于英国教科书，对于科技与社会发展的关系的体现比例高于英国教科书.其中，人教版教科书在描述科技对社会发展的影响时，多以STSE栏目形式呈现，从科学技术发展和历史事件等视角关注科学技术与社会发展的相互影响，如“交通工具与社会发展”“郑和下西洋的影响”等.

英国教科书选取的内容更倾向于科技在人们生活中的应用，注重科技对人们生活水平的提高.人教版教科书选取的内容有意识地从社会角度培养学生理解科技与社会的关系，形成社会责任感，但是在讨论社会问题时，缺少了让学生自己进行思考、讨论，发表自己看法的环节，往往直接给出了“最优解”，会影响学生思辨能力的培养.

（4）人教版教科书比英国教科书较注重呈现物理学与环境的相互影响.

人教版教科书对物理学与环境主题的体现数量明显多于英国教科书，各二级主题的体现比例也均高于英国.人教版教科书的STSE教育内容涵盖了环境污染、资源危机与能源开发、环境意识等3个主题，包含能源危机、能源的开发与利用、能源与社会发展、新的能源安全观、汽车和能源、能源和辐射、放射性物质造成的环境污染等内容.英国教科书中体现物理学与环境主题的内容较少，只有2处，分别是第22章导入中的“随着5G在各国的铺开，这将对当地环境产生什么影响？”和第29章导入中关于“太阳的作用及产生能量的方式”的内容，主要涉及环境污染、资源危机与能源开发这两个主题，没有涉及环境意识的内容.可以发现，人教版教科书比英国较重视呈现环境保护、能源合理开发等内容.

2.3 两版教科书STSE教育内容主题的总体分析与比较

人教版教科书中体现STSE教育的内容共有304处，英国版教科书中体现STSE教育的内容共计232处.两版教科书都注重对不同主题STSE教育内容的渗透，人教版教科书中STSE教育内容的总体数量和各一级主题数量均比英国教科书多.

中英教科书对STSE教育内容主题的体现整体分布较一致，对物理学与技术主题的渗透比例都较高，占比分别为39.80%和43.10%，都以技术原理和应用知识为重心；其次是对物理学与社会生活主题的渗透，比例稍低于物理学与技术相关内容的体现，分别为32.24%和39.22%.两版教科书都注意选取社会热点问题，联系物理学知识与社会生活，具体的侧重稍有不同.可以发现两版教科书都注重以技术和生活为切入点，对科学与技术之间的关系、科学与社会之间的关系进行讨论.两版教科书对物理学史与科学本质主题的体现比例均稍低，侧重展现物理学史.两版教科书对于物理学与环境主题的渗透均较少，分布比例分别为5.92%和0.86%.人教版教科书中物理学与环境主题内容体现较全面，且数量较多，但相比于其他主题，两版教科书中有关物理学与环境的内容数量依然偏少，都还需增加.

3 对改进我国高中物理教科书编写的建议

3.1 增加显化科学本质主题内容的栏目

正确理解科学本质一直被公认为是学生科学素养的重要方面.我国最新版高中物理课程标准中也提到要认识科学本质，但是通过对人教版教科书中STSE教育内容主题的分析，发现教科书对科学本质主题的体现比例不高，大多数都是隐含在关于物理学史的表述中，很难让学生直接明白科学本质的内涵.科学本质在物理教科书中的体现程度直接影响着物理教师的科学本质教学策略和学生对科学本质的理解，而包含多样化的栏目是我国高中物理教科书的一大特色，因此建议教科书在包含物理学史的章节中增加科学本质栏目，将具体的科学本质内涵显化出来.例如，在教科书必修第1册第2章第4节“自由落体运动”的科学漫步栏目讲述“伽利略对自由落体运动的研究”后，增设科学本质栏目，显化上述栏目内容体现的科学本质特点：① 科学探究运用多种方法，伽利略运用实验和逻辑推理（包括数学演算）相结合的方法进行自由落体运动的探究；② 科学知识是以经验证据为基础的，伽利略想办法用实验来探究自己的猜想，做了上百次实验，由实验结果进行合理外推确定了自由落体运动的规律；③ 科学知识可以接受新证据的修正，伽利略研究结果对亚里士多德结论的修正.

3.2 重视技术评价与选择类内容的呈现

在STSE教育中，技术是联系科学和社会的重要桥梁，许多科学知识都是依靠人们的智慧与才能转化为具体的技术装置，从而应用到生活中各个方面.我国高中物理课程标准也在多处规定教科书要体现技术进步的新成果，引导学生关注航天、电磁、激光等技术的应用和对社会造成的影响.通过以上对我国人教版教科书的统计分析，发现教科书中共有121处介绍了物理学与技术主题内容，其中物理学相关的技术知识、技术操作、技术设计与评价、科学与技术关系占物理学与技术主题内容总体数量的比例分别是61.98%、14.05%、13.22%、10.74%，注重对技术原理的体现，但是技术设计与评价的内容少于英国教科书，且在技术设计与评价部分多为技术设计内容.要更好地培养学生的技术素养，应多在教科书中增加体现技术评价、技术选择的内容.既可以直接在习题中设置对某些技术的评价与选择，如“说明光纤通信的优点与缺点”“假如你的朋友头部受伤，选择哪种医学影像技术比较适合？”等；也可以设置一些动手制作活动，在活动中提供不同材料和工具供学生选择，如设置制作“保温盒”的实践活动，提供珍珠棉、绸布、人造皮革、帆布、牛津布、铝箔布、透明胶、双面胶、针线包等工具和材料，学生需要了解不同材料的保温、耐磨以及防水性能来选择材料，在制作中也需要根据用途使用不同的工具.［11］

另外，物理实验也是物理学与技术的相关内容，教科书中可以适当增加对于物理实验设计进行评价的环节，并要求学生们提出相应的改进措施，既可以提高学生对技术的理解与应用，也有利于学生对实验中物理知识的深入理解，培养学生科学探究素养.

3.3 突出对社会问题的讨论与决策

科学和技术发展带来了诸多紧迫的社会问题（如：基因工程和纳米技术的意外危险、技术使用带来的环境破坏、生态失衡等），并引发了科学界对学生进行社会问题教育的呼吁，鼓励学生通过观察现实，参与辩论和讨论社会问题，形成自己的观点和决策，拥有社会责任感.通过教科书分析发现，我国高中物理教科书在呈现物理学与社会生活主题内容时，虽然包含了社会问题的介绍，但是在进行社会问题的描述时，总是直接给出解决方案或最正确的观点，没有让学生自己进行思考、讨论、发表看法的环节.为了提高学生对于社会问题的决策能力，形成社会责任感，教科书编写时应该注意在类似的社会问题中多增加一些思考性问题或者设置不同观点的碰撞，让学生经历质疑批判过程，形成创造性见解.比如在选择性必修第2册第5章第1节“认识传感器”的科学漫步栏目呈现“机器人”内容时，对于最后一段中“机器人越来越聪明，它们是否有一天会完全取代人的工作？”这一问题，可以给出“随着人类科技的进步，机器人可能会像电影里一样拥有自主意识，我们不应该制造具有较高智能的机器人”“机器人是人类制造的，它们的智慧永远不会超过人类，即使取代工作，也只能取代一些重复性的工作，而这种取代是可以促进社会发展的”“我们无法确定未来机器人会多聪明，但是只要机器人是对社会有益的，就应该支持机器人智能技术的发展”等不同观点，让学生通过思考形成“科技没有好坏之分，是人类决定了如何使用它，我们应该衡量和思考，如何运用这些技术才能对社会更有益，使世界变得更加美好”的正确观点.

3.4 增加物理学与环境主题内容

环境教育作为学生树立环境意识、提高环境认知能力、形成良好环境行为和生态道德的主要方式，对我国生态环境的保护和改善具有重要作用.［12］通过以上分析可以发现，我国人教版教科书中关于物理学与环境主题的内容仅有18处，虽然明显优于英国教科书，但是与其他一级主题相比，该主题内容的数量显然较少，而且人教版教科书中物理学与环境主题的内容大部分集中于资源危机与能源开发部分，对环境污染和环境意识体现较少，也缺少讨论交流的环节.教科书应该多角度地选取已经出现的环境问题，在不同模块展开叙述，让学生进行更多的讨论交流，或者进行课题研究，从而切实领悟到环境对于整体人类的重要性.比如在选择性必修第2册第2章“电磁感应”的教学中引入“电磁辐射”相关内容，简要介绍其在生活中对环境及人体的危害，让学生思考讨论生活中的预防措施.再比如在必修第3册第12章第4节“能源与可持续发展”的“能源的分类与应用”部分，增加各种发电方式对于动植物乃至生态环境的影响的描述，呈现科技与社会、环境的密切联系，让学生形成人与自然保持相对平衡的环境意识.