高中物理课堂教学设计意义

摘要:为深化素质教育改革，培养学生的科学态度与社会责任感，我国已将STSE(科学·技术·社会·环境)教育理念融入到最新版《普通高中物理课程标准(2017年版)》之中，明确提出使学生掌握知识的同时关注科学、技术、社会、环境之间的复杂关系。以人教版高中物理必修三中“能源与可持续发展”一节为例进行教学设计，在设计过程中渗透STSE教育思想，采用讨论探究的教学模式，使学生在掌握能量守恒、转移、耗散等知识的基础上关注能源发展引发的社会效应，以求在知识教学的同时，增强学生的节约环保意识，培养物理学科核心素养。

关键词:STSE;物理教学;核心素养

一、STSE教育理念融入高中物理教学的意义

(一)使物理课堂更贴近生活实际

物理知识最早起源于人类对自然现象的观察与在生产劳动中的经验累积，前人总结出的知识与规律引领着人类对自然世界的探索，极大地促进了社会的发展，不断开拓着人类对新世界的认知。STSE教育理念中的重要思想就是理论联系实际，因此，STSE教育理念与中学物理教学相结合应该是天衣无缝的［6］。在中学物理教学中巧妙融入STSE教育理念，将学生从枯燥的课堂模式中解放出来，以生活实际作为学生学习的新环境，将目光聚焦于生活中的热点话题，联系生活、技术、社会实际，将书本里冷冰冰的文字描述转变为学生感兴趣的生活实例与现象，让学生认识到科学贴近生活实际与应用的一面，并对其产生亲切感，这不但能吸引学生主动探索，激发学生的参与热情和学习欲望，而且能使学习过程变得更为轻松灵活，知识掌握更加牢固持久。

(二)提升学生探究能力与创新意识

单纯的物理知识学习以及利用物理知识解决生活中的常见问题，已经不能满足当下的教育与人才需求，新时代的人才需要具备创新思维与探究能力，STSE教育理念提倡开放性教育和参与性教育［7］。教师组织学生积极进行探究研讨，鼓励学生在探究中发现问题，通过对问题的追本溯源以及模拟解决方案，提出自己的见解，设计实验制定方案，将分析综合、推理论证、构建模型等方法运用于解决问题的过程中，培养学生辩证性看待问题的能力，提升发散性思维的同时也有利于激发学生的创造精神。

(三)培养核心素养下高素质人才

教师围绕科学、技术、社会、环境四方面进行物理课堂教学设计，可在学习物理与科技的过程中培养学生现代科技意识，提升民族自豪感;在学习物理与社会的过程中，提高学生利用物理知识观察解决实践问题的能力;在学习物理与环境时，提升学生的环保意识。通过不断的渗透教学，激发学生的学习热情，使其更加关心科技和社会的发展问题，形成正确发展观，培养核心素养要求的高素质人才。

二、“能源与可持续发展”教学设计

以人教版普通高中物理教科书中“能源与可持续发展”一节为例，在学生学习能量转化的基础上，结合社会生活实际，紧密联系当今能源开发与环境保护的热点议题，在课堂教学设计中融入STSE教育理念，使学生在掌握知识的同时提升自身素养。

(一)教学设计思路

在新课标中，对“能源与可持续发展”一节的教学内容要求包括以下四点:(1)了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式，初步了解核裂变与核聚变。(2)知道不同形式的能量可互相转化，在转化过程中能量总和保持不变，能量转化具有方向性。(3)清楚可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响。(4)认识环境污染的危害，了解科学、技术、社会、环境协调发展的重要性，具有环境保护的意识和行为［3］。值得注意的是，在分析教学内容要求的过程中，不能将其片面地理解为:为了在发展的同时保护环境，就应该避免过度开发不可再生能源而更多的开发可再生能源。这样的理解是片面的，问题的关键在于应该如何正确的看待可再生能源的开发与利用，这是在教学时需要引导学生思考的重点问题之一。在教材内容的编排上，能量转移与能量转化的方向性、能源的分类与应用、能源与社会发展是“能源与可持续发展”一节的三部分内容。通过先前的课程学习，学生已经掌握了能量及能量转换的基本概念，对本节知识的学习具有一定基础。因此在新课讲授时，可按顺序进行教学，由浅入深、逐层递进。本节教学的重点聚焦于能量转移转化的方向性和能源与社会发展两部分，结合社会生活实际，紧密联系当下能源开发与环境保护的热点话题，在教学设计中渗透STSE教育理念，通过教学达到以下目标:首先，使学生掌握能量的转移、转化、耗散等基本物理概念，知道能量在转化和转移的过程中不仅在数量上守恒且发生方向上不可逆，从而揭示能源危机的深层含义;其次，了解水能、风能、太阳能与核能的工作方式及应用转换技术，明白能源发展对社会发展的意义，通过对能源的分类与应用的探索过程，发展学生的科学思维与科学探究能力;最后，认识能源利用对环境产生的负面影响，通过讨论能源与社会发展培养学生的科学态度和责任。在教学中采用小组讨论探究的教学模式，重点探讨对不可再生能源的过度开发利用给社会环境带来的负面影响，以及如何合理开发与利用可再生能源，让学生了解科学、技术、社会、环境协调发展的重要性，培养学生辩证性看待问题的能力，组织讨论生活中能源利用产生的负面效果，并提出改善建议，培养学生思考问题的科学思维和环境保护理念，形成对社会的科学态度与责任意识［8］。

(二)教学过程设计

1.新课引入环节教师提问:同学们，在前面的课程学习中，我们已学习了多种形式的能量并知道不同形式的能量之间是可以相互转化的，回想一下生活中有哪些能量转化或转移应用的事例?生:电灯照明时将电能转化为光能;煮鸡蛋时，燃料燃烧释放能量使水升温，水中的热量再传递到鸡蛋上使它变熟;汽车行驶时，发动机将燃料内能转化为汽车的动能。设计意图:复习旧知，培养学生利用物理知识解释生活现象的能力。教师活动:将学生所举实例中涉及的不同能量进行总结，引导学生梳理出能量关系转化图，如图所示。教师提问:通过刚才的梳理，我们得出能量转化的关系图，由图可以看出，在涉及能量转化或转移的反应前后，能量形式改变而总和保持不变，既然如此，为什么仍然要节约能源呢?设计意图:通过对已有结论进行反问使学生产生前后知识矛盾，激发学生的好奇心与学习积极性，为后续教学内容开展做铺垫。2.新课教学环节知识点一:能量转化或转移的方向性师:刚才我们列举了生活中能量转化和转移的事例，现在将它们的发生过程翻转，这些能量能自动反过来转化或转移吗?原因是什么?生:不能发生。因为能量的转化具有方向性，是不能逆转的。师:虽然反过程的能量转化也遵循能量守恒定律，但科学研究表明，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，在转化过程中产生的热量一旦释放出去，便很难对它们进行收集利用，而且无法自动发生转换，只能以热量的形式存在于环境中，这种现象就称为能量的耗散。虽然能量在整体数量上没变，但是可供利用的部分却越来越少，这也是能源危机的深层次含义，同时也回答了为什么我们仍然要提倡节约能源这个问题。设计意图:教师通过能量转化与转移的方向性帮助学生建立能量耗散的物理概念，使学生理解科学知识内涵并引发对能源危机的思考。知识点二:能源的分类与应用师:能源的开发与利用一直是社会发展的推动力，请列举出你目前所知的能源。生:煤炭、太阳能、风能、水能、核能等。师:上述这些能源大都来自自然界，仔细思考，其中有哪些是可以源源不断获得的，哪些是现阶段能够使用，但是不能无节制从自然界获取的?学生在教师的引导下，将能源进行可再生与不可再生分类。设计意图:在对能源分类的过程中，使学生认识到能源并不是取之不尽、用之不竭的，为新能源教学的引入做铺垫。师:近些年，我国致力于新能源的开发，并取得了很大的成就。比如，我国具有完全自主知识产权的三代百万瓦级核电技术电站———华龙一号，其安全指标和技术性能已达到国际第三代核电技术水平。我国的核能发电技术已居于世界领先地位。同时，对太阳能、水能、风能的利用效率也均处于世界先列。那么是通过怎样的技术手段将这些能源转变成我们需要的形式呢?(在课前请学生分组探究)结合课堂展示的工作原理图分组进行汇报。设计意图:通过对我国新能源开发方面成就的介绍，提升学生的民族自豪感。通过分组探究各能源的工作原理，提高学生之间的合作探究能力，在探究过程中让学生认识到，以科学知识为基础制造出先进的技术设备，又以先进技术设备为工具探索新的科学知识，科学与技术之间的关系是相辅相成的，使学生意识到学习知识的重要性，激发学生的学习热情。思考与讨论:与煤炭、石油这种不可再生能源相比，新能源具有怎样的优势?如何看待可再生能源的开发，是否因为其可再生的特质就能够无节制地开发和利用可再生能源呢?设计意图:使学生了解新能源对推动社会进步、保护环境、解决能源危机的意义，同时做到理智对待新能源的开发与利用，不盲目推崇，培养学生辩证性看待问题的能力。知识点三:能源与社会发展师:人类大致经历了柴薪、煤炭与石油三种能源的使用阶段，每一次能源利用技术的提升，都会极大地推动社会发展，现如今，对能源的利用也正在由单一化逐步朝着多结构化方向前进。但是利与弊是共存的，不能只看科技社会进步的一面而忽略了科技发展对自然环境造成的影响。请同学们思考，生活中有哪些由发展带来的环境污染问题?生1:汽车的喇叭声音太吵，影响日常的生活。生2:煤炭、石油燃烧产生的二氧化硫形成酸雨，腐蚀建筑物、酸化土壤。设计意图:使学生认识到科学技术的突破对人类社会进步的意义，引导学生从不同角度看待能源开发利用带来的影响，思考科学、技术、社会、环境四者之间的关系，加深学生的深层次认识，培养学生透过现象看本质和辩证性思考问题的思维能力。师:同学们列举的很全面，小组讨论交流，该怎样做可以改善这些问题，做到可持续发展呢?生1:大力发展新能源，减少对不可再生能源的开采与使用。师:这位同学从人类今后发展的大方向给出了建议，那么我们自身在平时的生活中应该怎样做呢?生2:可以减少使用一次性用品，去超市买菜时自己带购物袋。生3:家里使用节能型的家电，平时生活中注意节约用水用电。师:大家的提议都很好，要实现能源的可持续发展，就需要树立新的能源安全观，大力提倡节能并付诸实践，从生活的点滴小事做起，只有全民行动，注重细节，社会才能够与科技共同进步，人与自然才能真正和谐发展。设计意图:通过讨论生活中的节能方式，使学生意识到节约能源要从生活中的一点一滴做起，避免空谈理论、不切实际，要树立节能环保的生态文明理念与社会责任感，提升学生物理学科核心素养。3.巩固与提升通过习题的布置对本节的知识进行巩固，使学生能够利用能量转化转移的知识解释生活中的现象，养成节约资源、保护环境的生活习惯。

三、融入STSE教育理念的教学设计与传统课堂教学的对比

与传统“能源与可持续发展”的教学设计对比，融入STSE教育理念的新教学设计具有以下优点:(1)在教学过程中增加小组合作探究环节，培养学生的合作学习能力与分享精神，并在探究问题的过程中提升科学思维与探究能力。(2)在授课过程中增加学生汇报环节，给学生更多的发言机会，汇报内容围绕科学与技术开展，让学生认识到科学与技术的相互关系，并从中总结自己学到的知识。(3)在教学过程中多次强调科学、技术、社会、环境之间的复杂关系，不再单一关注学生的知识学习，从多个方面培养学生的物理学科素养。

作者：王帅 张勇 单位：吉林师范大学物理学院