融合STSE教育理念的高中物理项目式学习

摘   要：STSE教育理念强调科学、技术、社会和环境之间的联系，注重培养学生的科学素养和综合能力。项目式学习则以实际问题为导向，鼓励学生通过参与实际项目来学习和掌握知识。以“电磁驱动甩膜仪的设计与制作”为实践案例，探讨将STSE教育理念与高中物理项目式学习相结合的应用效果。

关键词：项目式学习；STSE教育；高中物理

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2025）1-0084-5

项目式学习是一种建构性的教与学模式，教师通过项目化的学习任务指导学生，基于真实情境提出问题，并利用相关知识与信息资料开展研究、设计和实践操作，最终能够解决所提出的问题、展示和分析项目成果。项目式学习研究大致可以分为三类：实物设计与实施［1-2］，项目式学习的教学设计［3-4］，以及某种导向下的项目式学习［5-6］。在实践应用中，项目式学习面临以下问题：①缺乏统一的设计标准；②教育理念与项目式学习融合在实践中未得到落实；③实际教学过程与现实生活脱节，未能有效调动学生的学习兴趣。STSE是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）、环境（Environment）的英文缩写［7］。STSE教育理念以可持续发展为根本目标，结合教育实践活动，将科学知识与科技发展、社会现象及生态环境相关联。基于STSE教育理念的项目式学习以问题为导向，整合科学、技术、社会与环境，不仅使学生在学习过程中掌握学科知识，提高核心素养，逐渐形成适应终身发展的良好品格与能力，还能激发学生的学习兴趣和主动性。因此，将项目式学习引入高中物理教学，对于培养学生的科学素养和实践能力具有重要意义。

1    设计流程

基于上述STSE教育理念，结合高中物理课程标准、教材内容和学生情况，STSE教育理念下的高中物理项目式学习应包括项目背景、项目主题、项目设计、项目实施、项目成果展示以及项目评价六个环节。本文以电磁感应中“电磁驱动甩膜仪的设计与制作”为例，探讨基于STSE教育理念的项目式学习在高中物理教学中的应用。具体设计流程如图1所示。

2    应用实例

2.1    分析项目背景

以电磁感应为原理制作成的器材被广泛应用于现代社会的各个领域，例如家用电磁炉、真空冶炼炉、安检门以及电器列车中的电磁制动器等，这些应用使我们的生活更加安全与便捷。“涡流、电磁阻尼和电磁驱动”是人教版高中物理选择性必修第二册“电磁感应”主题下的内容。根据普通高中物理课程标准，学生在学习该部分后已形成涡流、电磁阻尼和电磁驱动的基本概念，并理解其产生原理。然而，由于缺乏针对该部分的教具，学生对其实际应用的认识不足。此前，学生具备使用简单工具设计实验的能力，能够设计简单的电路，并具有较强烈的动手欲望。通过动手实验，能够有效调动学生的学习积极性。

2.2    明确项目主题

确定主题是指在教材中选择合适的内容，根据具体情境和教学目标设计一个或者多个项目。主题决定教学效果的好坏，应该基于学情分析主题的难易程度，充分考虑到学生的兴趣和主动性，还需要保证教学条件能够支撑项目的顺利进行。结合项目背景及学生的能力，确定项目主题为“电磁驱动甩膜仪的设计与制作”。

2.3    项目设计

2.3.1    制订项目目标

项目目标是指导、实施与评价项目的基本依据。根据物理课程标准要求，制订“电磁驱动甩膜仪的设计与制作”的项目目标，如表1所示。

2.3.2    设计驱动问题及子问题

驱动问题及学生活动的设计是有效开展项目式学习的关键步骤［8］。一个好的驱动问题应具备整体性、多元性、情境性和探究性的特点，这与STSE教育理念所强调的特征相契合。它强调问题的整体性，以保持项目的连贯性和一致性；强调问题的多元性，引导学生从多个角度看待问题，提升思辨能力；强调问题的情境性，以增强学生的代入感，使他们在项目完成后获得成功的喜悦，从而提升学习积极性；强调探究性，以培养学生勇于探索的科学精神。在“电磁驱动甩膜仪的设计与制作”项目中设计了一级驱动问题及其子问题，如表2所示。

2.3.3    设计学习支架

支架的搭建是后续项目能够顺利进行的必要条件。在项目式学习中，为确保项目高效开展，教师需分析学生情况及教学内容，针对学生在项目过程中可能遇到的困难提供必要的支持，搭建学习支架。结合前面设计的驱动性问题，在“电磁驱动甩膜仪的设计与制作”项目式学习中，必要的学习支架包括：①涉及涡流、电磁阻尼和电磁驱动的原理，以及它们在实际生活中的应用；②实践型支架：包括CAD绘图软件的使用方法、内部结构设计与电路焊接，以及金属圆盘打孔技术等。

2.3.4    学生分组及成果预期

给学生分组应该遵循组间同质、组内异质的原则［9］。通过对班上学生的分析，将全班学生依据学习成绩、性格特点和能力强弱合理分组，要求小组成员自行推举一名组长进行管理。分组过程中需注意公平原则，确保每一位成员都有平等的机会参与项目。

在活动前，教师应对项目成果有一定的预期，并为学生设定合理的弹性范围，避免设定难度过大，让学生感到无法实现。对“电磁驱动甩膜仪的设计与制作”项目的预期如下：能够解释电磁驱动甩膜仪的原理，加深对电磁感应现象的理解，并成功设计与制作电磁驱动甩膜仪。

2.4    项目实施及成果展示

项目成果展示没有固定模式，可以通过汇报、图表、文字材料和制作产品等多种形式进行。在小组展示时，其他小组会对该小组进行评价和评分，同时补充有疏漏的地方，对于有疑问的部分可在展示结束后提出，由展示组进行解答。本项目的具体实施过程如表3所示，学生在教师的帮助下设计完成的电磁驱动甩膜仪结构原理图如图2所示，制作的电磁驱动甩膜仪实物图如图3所示。

2.5    项目评价

项目评价在整个项目开展过程中具有不可替代的重要性，能够提升教学质量。项目式学习评价量表的制作应遵循评价指标多样化和评价主体多元化的基本原则，包括学生组间评价、组内评价和教师评价［10］。组间评价侧重项目成果的评估，组内评价侧重于小组成员在项目进行过程中的科学探究态度及主动性，而教师评价则关注学习目标的达成情况。“电磁驱动甩膜仪的设计与制作”项目评价量表由25%的组间评价、25%的组内评价和50%的教师评价组成。

在小组进行成果展示后，教师应结合项目实施过程中各小组的积极性、结构图及实物完成情况、薄膜制备效果，围绕物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任展开评价。最后，可以根据评价结果选出该项目的最佳小组，上台分享经验，鼓励小组之间互相学习与进步，从而在班级中形成良性竞争的环境。

3    项目式学习反思

不同于传统教学模式，STSE教育理念下的项目式学习注重创设真实情境，让每个学生都能积极参与。在项目式学习过程中，学生需要设计实验、处理数据，从而培养科学思维能力、实验设计能力和数据分析能力。项目式学习还要求学生动手实践，在实践中发现和解决问题，并通过小组合作完成项目，增强合作能力和沟通能力。此外，项目式学习能够引导学生思考科学与社会的关系，促进对科学社会问题的讨论与思考。以“电磁驱动甩膜仪的设计与制作”为例，该项目涉及电磁驱动技术的应用，贴近科技前沿。在项目过程中以小组为单位，有利于培养学生的团队精神，提高学习兴趣。基于STSE教育理念，项目完成过程中涉及电动机和绘图软件的使用，同时融入对学生科学态度与环境保护意识的培养，提升物理学科素养。

然而，项目式学习在实际教学中仍存在一些问题：

（1）学生之间在学术能力、实践能力和团队合作能力方面差异较大，如何满足不同学生的需求是一个挑战。

（2）项目式学习需要较长的时间周期，与高中物理课程紧凑的教学进度存在冲突，时间安排过短难以让全体学生融入，无法达到预期效果，而时间安排过长则可能导致教学进度缓慢。这些矛盾需要教师妥善调和。

4    总  结

尽管项目式学习在实施过程中可能会遇到一些困难与问题，但通过教师的引导和学生的积极参与，基于STSE教育理念的项目式学习的实施可以有效提高学生的科学素养和实践能力。因此，这种学习方式在高中物理教学中具有重要的应用价值。在未来的研究中，可以进一步深入探讨如何解决项目式学习中的难题，以促进其在高中物理教学中的进一步推广和应用。

参考文献：

［1］刘震.基于项目式学习的高中物理活动的设计与实施——以“手机无线充电装置的设计与制作”为例［J］.中学物理，2023，41（17）：34-36.

［2］张斌.项目式学习引领教学设计与实施——以“手摇式手电筒”为例［J］.中学物理，2023，41（11）：45-46.

［3］夏煜明，罗世洪.以项目式学习落实物理核心素养的教学设计——以“电磁感应现象及应用”教学为例［J］.物理教学，2022，44（3）：21-24.

［4］王秀英，万欣欣，李春密.基于项目式学习的教学设计——以“圆周运动”教学为例［J］.物理教学，2022，44（3）：2-5，8.

［5］肖建华.基于物理学科核心素养导向的项目式学习［J］.高考，2021（26）：41-42.

［6］林乐鑫.基于以概念为导向的高中物理微项目式学习实践——以“全反射”教学为例［J］.物理教师，2022，43（3）：22-25，30.

［7］王慧，冯霞.融合STSE教育理念的教学设计——以“宇宙航行”为例［J］.中学物理教学参考，2022，51（11）：40-42.

［8］李文卓，邵明辉，朱尧.大概念背景下的物理项目式学习——以“桥的设计”为例［J］.物理教学探讨，2023，41（7）：65-69.

［9］程健.基于微项目式学习的教学设计——以“单摆”为例［J］.湖南中学物理，2023，38（4）：59-61，90.

［10］吴潇.用学习评价促核心素养落地——高中物理教学评价的策略探析［J］.中学物理教学参考，2020，49（1）：83-85.

（栏目编辑    贾伟尧）