1、注重高中物理课堂教学中STS教育的渗透韩叙虹（温州市温州中学，浙江 温州 325014）STS是Science Technology Society的缩写，即科学、技术、社会的含义。STS是近年来世界各国科学教育改革运动中形成的一股思潮，它主张在科学教育中应该强调科学、技术与社会的关系，以及科学技术在社会生产、生活中的应用。其基本理论认为：科学是通过它的理论，更是通过它的应用被大多数人所认识，并在社会生活中所普及的，学生在学校学习，应当力图使其在对实际问题的研讨过程中认识和掌握科学知识，应尽量让学生在创设的实际情境中去理解、认识科学概念和规律。这一教育理论的基本特点是：重视科学知识在社会生产和
2、生活中的应用，强调基本理论的实用性和社会价值，强调教学内容要现代化、社会化，注重学生从实际问题出发进行学习。美国耶和华大学科学教育中心的RE亚格尔教授认为，要通过STS进行科学教育，其目的是培养有科学修养的个人，这样的人应懂得科学、技术和社会的相互影响，并且能够在日常决策中使用这些知识。在我国普通高中课程改革中，已将STS的内容渗透进传统的理科课程中去，作为它的扩大和补充，并将信息技术、社会综合实践活动（研究性学习、劳动技术、社区服务）纳入了必修课课程计划。物理学是自然科学中的一门基础学科，它和自然现象以及生产、生活是紧密相联的，科学的发展、技术的进步以及一些重大社会问题的解决都离不开物理知识
3、。我国的教育正从应试教育向素质教育转轨，物理新教材的编写也充分体现了这个基本思想，其宗旨在于理论联系实际、拓宽知识面、培养创造能力、激发学习兴趣、提高科学素养。近年来，高考物理试题中的STS气息浓厚，不仅出现了不少联系生活、生产实际的试题，还出现了一些着眼于高新技术，立足于高中课本知识的试题，这类试题选材灵活，立意新颖，要求考生对试题所展示的实际情景进行分析、判断，弄清楚物理情景，抽象出物理模型，然后运用相应的物理知识进行解答。一方面，这种试题不但能考查学生分析问题、解决问题的能力，考查学生联想、迁移、分析等能力，检验出学生素质的高低，充分体现了从“应试教育”向“素质教育”转轨的高考改革方向，
4、有利于人才的选拔；另一方面，也可使广大学生明白高新科技并非空中楼阁，神奇非凡，进一步培养学生的科学思想，激发学习兴趣，反映了“3X（理科综合）”考试的方向。学生接受STS教育，可以增强对自然环境的认识和理解；认识科学知识的性质和局限；获得对与技术、社会、经济发展相关的科学文化重要意义及局限性的理解。可见，STS已经作为物理应用的一个方面而成为物理学习中一项不可或缺的内容。如何在物理教学中溶入STS教育，笔者根据自己的教学经验，谈谈个人的一些做法和体会，以供同行参考。一、充分挖掘物理教材内容，在物理课堂上渗透STS教育，找准结合点，开展知识新技术的介绍，激发学生兴趣，拓宽学生的知识面，提高学生科
5、学素养。新教材的编写渗透STS思想，即强调了科学技术与社会实际发展的一致性,如原子物理部分就增加了放射性的应用和防护一节内容，并补充了小小“钥匙链”放倒13人的现实材料;同时还注重了学以致用，注重渗透物理学研究发展过程中的方法因素的教育和人文科学的教育。在课堂教学中渗透STS思想教育，使学生明确在探索自然界的运动变化规律的同时，应遵循客观规律，使科学技术与社会发展相一致。实施STS教育，首先要合理选择、组织STS教育的教学内容，进行STS教育的主要内容，应该是物理知识与科学、技术、社会结合紧密的内容。一般按照四项原则合理选择：1适度，即要依据教学大纲、教材来选择。有些现代科学技术所涉及的知识很
6、深广，我们在教学中不能一味求全而无取舍，而应选择与教学内容联系密切且相适应的某些内容，做到深广度适当。2适应，即所选用的STS教学内容必须与学生的知识水平、思维能力、社会生活相适应，必须符合物理学科的特点，做到学科特点与现代科技相适应。3适量，即所选用的STS教学内容，必须注重和知识教学有机地结合起来，要和教学内容同步。4实用，即注重紧密联系学生的日常生活实际和家乡建设实际，所选用的教学内容能够在教学中提高学生应用知识的能力，有利于学生创造能力的培养。实施STS教育的内容主要包括以下几个方面：1物理学与自然和社会生活的联系：如闪电、台风、蜘蛛、蝙蝠、舞蹈、杂技、体育运动、交通运输、家用电器、人
7、体辐射、血压和心脏功率、B超、X光检测治疗、刀治疗肿瘤、CT检测、温室效应、海洋和厄尔尼诺现象等2与工农业生产密切相关的知识和技能：如太阳能的综合利用、低温的获得，传感器的应用等3、现代物理科学技术的新发展、新成果、新成就：像原子核能的开发与利用、半导体技术与计算机技术的发展、人造卫星的发展、光纤通讯技术、超导的研究、现代航空航天技术、纳米技术等高新科学技术等。 其次，在充分挖掘物理教材的基础上，要注重课堂的有机渗透，即教师认真分析研究各章节的知识点，充分挖掘教材中进行STS教育的因素，找出渗透点，合理组织渗透内容，设计渗透方法和途径，如学习了电磁波的发射和接收后，可介绍蝙蝠超声波定位摄食原理
8、、雷达扫描测定距离、方向、跟踪飞机原理。学习激光时学生了解到激光具有方向性好、单色性好、亮度高的特性；接着介绍激光在高新科技中的应用：利用激光方向性好的特性制成的激光雷达，它可以准确地测量目标的距离、方向和速度，对卫星、导弹等目标进行精密跟踪。医学上利用亮度高的激光作“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤或做其他外科手术，不仅完全地消毒杀菌，而且手术时间很短，减小患者痛苦。利用激光单色性好的全息摄影，在防伪、防盗等技术上，更是一般光源所不及。讲了“机械能”后，在学生明白动能的大小与物体的质量、速度有关的基础上介绍动能武器，引导学生分析为什么子弹的质量很小，却有较大的杀伤力，进而介绍轨道炮，它的质量仅为，
9、当它的速度为时，其杀伤力相当于炸药；或联系生活实际让学生讨论在高速运行的火车汽车上不能随便向外乱扔果核，飞机场附近不能有大鸟飞行等问题。讲述裂变、聚变时，可组织观看有关我国第一颗原子弹爆炸、核战争的录像，介绍人造地球卫星时，可介绍我国的航天科技的新进展，适时进行爱国主义教育，增强学生的民族自豪感。同时，善于抓住学习的契机，作好课堂内容的延伸，开设丰富多彩、形式多样的活动课、信息课和实践课，组织、引导学生对相关内容进行讨论和学习，增强学生现代科技意识和社会责任感，提高学生应用物理知识解决实际问题的能力，培养学生的动手能力和创造能力，达到学以致用的目的。以下是两个实施STS教育的具体案例：案例1、
10、测反应时间，处理交通事故1、 反应时间测试(师生边讨论，边操作) ：1) 方法一： 请一位同学用两个手指捏住木尺顶端； 你用一只手在木尺下部作握住木尺的准备，但手的任何部位都不要碰到木尺； 当看到学生放开手时，你立即握住木尺； 测出木尺降落的高度； 根据自由落体运动知识，可以算出你的反应时间t=。2) 方法二： 取两只已调零秒表，请一位同学手握一只秒表，站在你眼前； 同时你手握另一只秒表，做好按下秒表的准备； 当你看到同学的手在按下秒表时，你立即按下秒表； 两秒表上显示的时间差，即为你的反应时间。2、布置任务：制作反应时间尺3、自行车反应时间测试，讨论交通事故发生的可能情形，得到机动车在行驶过
11、程中，突然出现险情时，司机从认识险情到做出刹车动作，需要经历一段反应时间，在反应时间内，汽车还要行驶一段距离；车超载时质量增大,超速时速度增大，酒后驾驶的驾驶员反应迟钝，都会造成反应时间变长，导致刹车距离增大，容易造成交通事故，故交通法规中要求司机不能酒后行车，不能超载，在人多时不能高速行驶，是非常必要的和有科学道理的。4、STS习题练习，要求应用运动学的知识分析处理交通事故。例题：一位观光游客（年逾七旬），被撞死在斑马线上，肇事司机经过律师授意后，一口咬定是老人在没有示意的情况下突然快速地走出安全岛向南而行，虽然他已经紧急刹车，但还是发生了不幸，汽车撞上老人后经过19.7m停下来，出事点距安
12、全岛1.3m，距刹车点15.4m，但经警方调查取证后发现，目击者证实说老人本是一直向北而行，这到底是怎么回事？为了清晰了解事故现场，现以图示之。为了明晰事故责任，首先让我们来计算一下汽车司机是否超速行驶：警方派一警车以法定最高速度50km/h行驶在同一马路的同一地段，在肇事汽车的起始制动点紧急刹车，警车在经过13.0m后停下来。求：（1）肇事汽车刹车时初速度、加速度多大？是否超速行驶？ （2）如何断定老人是向安全岛匀速走去，还是由安全岛匀速走出（老人步行速度范围为1.1m/s1.3m/s，司机的反应时间为0.7s1.3s）。答案 （1）22.8m/s，超速行驶 （2）老人是向安全岛走去。案例2
13、、探究静脉滴注中的压强问题1、 回顾“吊针”过程，学生提问，师生讨论静脉滴注问题，得到：1) 当输液针刚插入瓶内时，有时为何会有药液冲出?用针筒把药剂压入瓶子内时，里面空气体积变小，瓶内空气压强p内增大，p内p0, 所以当输液针头插入瓶口时，就有药液被压出来，速度很快，直至p内p0 。2) 输液瓶口为何要插两根管?设起始瓶内空气压强等于大气压p0，瓶口处的压强为pA=p0+ph，(见图)因为一个大气压能支持10m高水柱，故php0；当输液针插入瓶口后，因pAp0，有部分药液经管子流出，在药液高度降低时，瓶内空气体积变大，压强变小，pA减小，当pAp0时，药液就不再流出，所以要用另一根管子将瓶内
14、与大气连通，以保证药液不断流出。 3) 药瓶为何要吊在高处? 人处在大气中，人体内的压强也是大气压p0，由于心脏收缩，在静脉中还有附加压强p，所以静脉内真实压强为p=p0+p。吊针时，药液通过进气管与大气相通，与p0相抵消，故药液的压强必须大于人体静脉的附加压强p，才能使药液进入静脉；且输液还需有一定速度，药液的压强就更要大于p，故药瓶要挂在一定的高度h2，使p。4) 为何针头刚插入血管时有血液冲出?打“吊针”前，需将药瓶挂在架上，打开输液管中的调节器，随着药液下流，排除管中的空气后，关闭调节器，此时药液不流动，并且使调节器上下液柱隔断。护士在把针头刺入静脉前，调节器是关闭的，针头刺入静脉时，
15、由于静脉附加压强p大于调节器以下至针头内药液的压强，所以静脉血冲入管内。迅速打开调节器和绑在手臂上的橡胶管，药液的压强大于p，血液又很快随药液进入静脉。5) “吊针”为什么匀速滴注? 几乎全部的学生都认为是“吊针”上调节器在控制，这种观点是错误的。“吊针”上的调节器如同水池底部的水龙头，水龙头只能控制流水的开关和流量的大小，但随水位的逐渐降低，流出来的水就会越来越慢，水龙头不能控制水自始至终保持匀速流出，调节器它只起着调节输液管孔径的大小以控制进药量和停止进药的作用。如图，随着瓶内药液的降低，瓶内液面上气体压强减少，外面的空气在大气压作用下通过进气管不断进入瓶内上部，总保持瓶内液面气体的压强与
16、h1段液柱压强的和等于大气压.所以B所在水平液面(出液口)处所受的压强恒等于大气压强p0不变，瓶内h1段液柱的高度变化产生的压强变化对出液口处无影响。药液产生的压强p药=，因h2在滴注过程中不变，所以p药恒定。病人的血压p血(包括收缩压和舒张压)在输液的短时间内一般不变的，这就保持了注射压强p注=p药-p血相对稳定，以保证匀速滴注。 6) 当药液滴注完时，空气会进入静脉吗? 不会。因为当药液滴完后，液面在塑料细管中下降到一定高度就不再下降，基本保持不动。原因是人体静脉内压强为p=p0+p，在静脉入口处药液产生的总压强为p0+p药，当两者相等时，药液就不再下降，保持静止。人体肘部静脉压为30mm
17、145mm水柱高，外周小静脉中的压强大一些，故药液静止时的高度多在20cm左右，若降低瓶子高度，才会发生血液外流现象，这是因为外周静脉压大于药液产生的压强的缘故。2、 STS习题练习，引导学生运用压强知识解答：例题、如下左图为医院用于静脉滴注的装置示意图，倒置的输液瓶上方有一气室A，密封在瓶口处的软塞上插有两根细管，其中a管与大气相通，b管为输液软管，中间又有一气室B，而其c端则通过注射针头接人体静脉。 （1）若气室A、B中的压强分别为PA和PB，则它们与外界大气压强P0间的大小关系应为_。（2）当输液瓶悬挂高度及输液软管内径确定的情况下，药液滴注的速度是（ ）A、越滴越快 B、越滴越慢 C、
18、恒定（3）如上右图是医院给病人输液的部分装置的示意图，在输液的过程中A、A瓶中的药液先用完B、B瓶中的药液先用完C、随着液面下降，A瓶内C处气体压强逐渐增大D、随着液面下降，A瓶内C处气体压强保持不变答案 （1）PAP0PB （2）C （3）A、C二、积极创设、搜集 “”教育素材，积累或编写富有STS气息的习题资料，开拓眼界，提高学生解决实际问题的能力。以能力和问题立意，贯彻学以致用的原则和方法，物理知识与科学、技术、社会的实践相结合命题，更加真实和全面地模拟现实，这是近两年来高考物理命题的一大特点，也是今后物理教学和高考命题的方向。因此，在物理习题教学中，适时开展STS教育是非常重要的。这类
19、试题一般具有“起点高，落点低”的特点，潜移默化地把物理教学与科学技术，社会实践有机地结合起来，不断开拓新的物理教学空间，广泛地联系社会生活实际，不仅将大大地扩充学生的知识面，开拓学生的眼界，而且使学生感到物理学就在身边，是一门活生生的学问，从而激发学生的学习积极性、主动性和创造性。其中一些综合学科试题的内容涉及面广，信息量大，往往不在学科知识的深度和广度上做文章，而是淡化学科界限，强调学科间交叉、渗透与综合，要求学生从多角度、多层面运用多种能力和方法，分析和解决有关理论与实际的问题，有利于考察学生的综合素质，尤其在反映科技进步，阐释实际生活，透视社会热点方面具有良好的导向作用。以下撷取了一组与
20、天文地理知识、航天科技相结合的STS例题，供大家参考。例一、众所周知，地球围绕着太阳做椭圆运动，阳光普照大地，万物生长，根据你学过的知识，试论述随着岁月的流逝，地球公转的周期、日地平均距离，地球的表面温度变化的趋势（不考虑流星及外星球与地球发生碰撞的可能性）。答案 略说明 考查学生综合运用物理学的热核反应、万有引力定律、质能方程、牛顿第二定律、光学说等知识解释自然现象，预测未来将会发生的自然现象的能力。例二、太阳是银河系中极为普通的一颗恒星，剧烈的热核反应使之不断地向外辐射能量，太阳辐射的能量绝大部分集中在紫外波段、可见光波段和红外光波段，它们的能量分别占总辐射量的9、44和47。地球的大气层
21、中，基本不变的成分为氧、氮、氩等，占大气总量的99。96，可变气体成分主要有CO2、水汽和臭氧等，这些气体的含量极小，但对大气物理状况的影响极大。大气臭氧层一般是指高度在离地面10km15km的大气层，其中臭氧浓度很低，将它折合成标准状况，其总累积厚度也不过0.3cm，其含量虽小，但对地球的气候和生物影响很大，如臭氧层空洞每增加1，人类患皮肤癌比率将增加23。 （1）大气压强P随距地面高度Z（m）的增大而减小，经验公式为PzPoez/800，其中P0为地表的气压值，e2.718，若臭氧层集中在24km的高空处，设在该高度处的温度为50，试估算臭氧层的厚度。（2）设地球半径为R，在离地面20km
22、30km处的平均温度为T0，压强为P0，地球表面温度为2T0，大气压强为1104P0，请写出这部分臭氧全部集中在地表的厚度h的表达式。（3）由于臭氧在紫外光波长200300nm的谱段有强吸收带，在300340nm的谱段有弱的吸收带，在440740nm可见光区有吸收带，所以臭氧层可以大量吸收紫外线和可见光。紫外线产生的微观机理是：A、振荡电路中自由电子的运动而产生的B、原子的外层电子受到激发而产生的C、原子的内层电子受到激发而产生的D、原子核受到激发而产生的 氢原子处于基态时能量为E1=13.6eV，它从n=2能级向基态跃迁时，发生的紫外线波长为多少？(h=6.6310-34Js) 若用上述两种
23、波长的紫外线照射银板，试计算说明哪个谱段的光线可能使银板产生光电效应。（银的极限频率为1.151015HZ）?答案(1)5cm (2)h= (3)B 1.210-7m 银的极限波长为2.6110-7m， 因此波长200300nm的谱段的紫外光可使银板产生光电效应。说明介绍臭氧层有关知识，综合了臭氧层、紫外线、跃迁、光电效应等知识，要求学生学会从题示信息中提取出与解题相关信息，排除一些无关叙述，另外，还要求学生对复杂问题简化，进行科学的估算。例三、空间探测器从行星旁绕过时，由于行星的引力作用，可以使探测器的运动速率增大，这种现象被称之为“弹弓效应”。在航天技术中，“弹弓效应”是用来增大人造小天体
24、运动速率的一种有效方法。 (1)如图所示的是“弹弓效应”示意图：质量为m的空间探测器以相对于太阳的速度V0飞向质量为M的行星，此时行星相对于太阳的速度为u0，绕过行星后探测器相对于太阳的速度为V，此时行星相对于太阳的速度为u，由于mM，V0，V，u0，u的方向均可视为相互平行，试写出探测器与行星构成的系统在上述过程中“动量守恒”及“始末状态总动能相等”的方程，并在mM的条件下，用V0和u0来表示V。(2)若上述行星是质量为M=5.671026kg的土星，其相对于太阳的轨道速率u0=9.6km/s，而空间探测器的质量m=150kg，相对于太阳迎向土星的速率V0=10.4km/s，则由于“弹弓效应
25、”，该探测器绕过土星后相对于太阳的速率将增为多大？(3)若探测器飞向行星时其速度V0与行星的速度u0同方向，则是否仍能产生使探测器速率增大的“弹弓效应”，简要说明理由。答案（1）V=V02u0 （2）V=29.6km/s （3）不能 例四、若近似认为月球绕地球公转与地球绕日公转的轨道在同一平面内，且均为正圆，又知这两种转向同向，如图所示，月相变化的周期为29.5天（图是相继两次满月时，月、地、日相对位置的示意图）。求：月球绕地球转一周所用的时间T（因月球总是一面朝向地球，故T恰是月球自转周期）。答案 27.3天 说明 这是一道涉及地理现象、物理原理和数学方法的综合题，命题是以地理知识为依托，创
26、设了新颖的解题情境，借鉴恒星日、太阳日解释方法为解题指出了思维线索，从地球自转周期测定方法入手，再推理出月相变化周期是日、月、地三者位置变化而确定，最后依据前述定性分析的结论，运用数理知识作定量计算，考查综合解题能力。例五、太阳从东边升起，西边落下，是地球上的自然现象，但在某些条件下，在纬度较高地区上空飞行的飞机上，旅客可以看到太阳从西边升起的奇妙现象。这些条件是：A、时间必须是在清晨，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大。B、时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度必须较大。C、时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大。D、时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度不能太大。答案：说明 逆常规取材，立意新奇，以现实场景做引子，需要考生凭借地理知识描绘、简化物理场景，建立物理模型，再配以物理上“相对运动”和“惯性”概念来做答。在物理教学中渗透“”教育，同时也对教师的素质提出了更高的要求。为人师者首先要转变教育观念，跟上时代的潮流，不断更新知识，博采现代科技的应用，才能不断充实教学内容，使物理课更富有时代气息。 完成于2003年5月10日
