STSE教育在军事院校《材料科学与社会》课程中的实践*

杨晓娜, 李 奇, 张 晖,姜 松

(1 河南农业大学理学院,河南 郑州 450002; 2 解放军信息工程大学基础部,河南 郑州 450002)

STSE是科学(science)、技术 (technology)、社会 (society)、环境(environment)的英文缩写[1-2]。20世纪60年代末，美国首先推出了STS教育，经历了70年代的巩固阶段和80年代的进一步发展阶段，90年代，STS课程改革带动了世界范围内的科学教育改革。20世纪以来，科学技术的飞速发展对国家的经济、文化和军事的发展做出了巨大的贡献，也带来了一系列的环境问题，环境保护已成为当今社会发展的重大课题，环境教育也成为公民科学素养教育的一个重要组成。因此，美国在1996年颁布的《国家科学教育标准》中首次提出STSE教育观念。

科学素养是运用科学知识，确定问题和作出具有证据的结论，以便对自然世界和通过人类活动对自然世界的改变进行理解和作出决定的能力。1983 年美国著名学者 Jon.D.Miller提出“三维度模型”界定科学素质：(1)对科学知识与概念术语的理解；(2)对科学规范与科学方法的理解；(3)了解、认识科学对社会的影响[3]。

分析STSE教育产生的背景及其教育思想，审视科学素养的内涵，可以发现STSE教育实践与科学素养的培养具有相当程度的一致性。科学素养的过程与社会、文化背景密切相关，而在获得科学素养的过程中，认知因素与社会、文化因素又会复杂地结合在一起。此外，STSE教育强调学习者根据自己的经验，在社会的大背景下去理解科学技术的存在、发展及其对人类社会和生态环境的影响，为学习者的未来工作和生活做出基本的科学知识和科学能力准备。可以说，STSE更关注科学教育活动中“人”的因素，追求的是公民“科学素养”的普遍提高[4]。STSE教育对自然科学与人文科学课程跨度的把握，客观世界的整体与彼此之间联系的体现，谋求全面提高学生的科学素养，提供了最合适的范例。

1 《材料科学与社会》选修课的现状

通识选修课[5-6]是高校对学生开设的一类自由选择性课程，是高校培养复合型、创新型人才的有效途径。课程的开设旨在开阔学生视野，增加学生知识储备，提高学生分析问题、解决问题的能力，并实现人文教育、科学精神、创新思维与相关知识的融合。我国教育由于实施文理分科，理工分家，导致学生所受的科学教育匮乏，科学素养亟待提高。同时，高校科学教育一直存在单纯重视科学知识传授而忽视科学方法训练、科学态度熏陶、科学精神培养的问题。

材料学科是一门与化学、化工、军事、环境保护等多个学科相互交叉的综合性学科。《材料科学与社会》课程则是研究材料的发展及其应用对人类社会文明和进步的相互关系。课程内容主要涉及科学、技术、社会、环境等之间的关系，是实施STSE教学法的理想载体。科学技术的发展，尤其是化学化工技术的发展，不断催生新的先进材料，先进材料的应用又推动社会的文明和进步，同时穿插在这个过程中出现的环境问题及解决方案。将STSE 教育理念潜移默化中引入到《材料科学与社会》课程教学中，对大学生进行科学素质的训练，以培养具有创新精神和实践能力的人才。

目前，《材料科学与社会》选修课在教学过程中主要存在以下几方面的问题。首先，学生结构复杂，基础差异较大。选课学生涵盖了各个专业的不同学生。来自不同学院的学生的基础知识储备存在较大差异。如何选择合适的课程内容和教学方法，使选修课程的所有学生都选有所学，这对授课教师提出了较高的要求。其次，本课程理论学时较短，课程设置内容较多，怎么在有限的时间内让STSE教学理念贯彻整个教学活动中，也是教师要充分考虑的问题。

2 《材料科学与社会》中渗透STSE教育的意义

2.1 建设美丽新中国的需要

十九大报告里明确指出，要加快生态文明体制改革，建设美丽中国。虽然全国贯彻绿色发展理念的自觉性和主动性增强了，忽视生态环境保护的状况明显改变了，能源资源消耗强度大幅下降了。但是，必须清醒看到，我们的工作还存在许多不足，也面临不少困难和挑战，主要是生态环境保护任务任重而道远。而生态环境问题与材料的生产与应用也存在有直接或间接的关系，社会经济如何在环境、科学与技术的协调下发展，高等教育要求学生能够对这些问题有一定的认知。而STSE教育理念要求学生认识到科学、技术、社会和环境之间的关系，可见，这一理念与国家的发展目标是相契合的。

2.2 提升教学效果的需要

STSE教育提倡教学内容与社会、科学、环境等有效联系，可以让学生真正体会到“学有所用”，让他们真正的喜欢学习、热爱学习，从而有效的提升教学效果。例如，在讲授材料中的化学键时，提到了分子间力，可以用问题引入：壁虎为什么具有攀岩附壁的能力？引起学生的思考和兴趣，进而介绍壁虎的超强黏附力源于脚掌上大量刚毛与物体表面的分子间作用力，并通过美国Autumn教授的实验进行解释说明。接着给学生展示石墨的层状晶体结构，并引导学生分析石墨中层与层之间的力以及同层之间的力的不同，得出层与层之间的力是一种弱作用力，即分子间力。有趣的是，科学家们通过非常巧妙的方法破坏了石墨层与层之间的分子间力而获得了单层的石墨晶体，即石墨烯。石墨烯在科技以及军事上的应用很多，给学生举例分析。讲解时一环扣一环，既加深了学生对化学知识和材料知识的理解，又让他们认识到这些基础知识与科学、社会、军事方面的紧密联系，这样必将激发学生的学习兴趣，提升教学效果。

2.3 满足军队院校教学的需要

军队院校的选修课程不仅要传授学生知识，还要侧重知识与军事的联系。在《材料科学与社会》的教学中，课程内容增加材料科学在军事中的应用，为学生提供必要的知识储备，以便他们能够运用科学的理论、方法来分析军事武器、战场环境中的相关问题。比如，军用武器装备的精良化和现代化需要军用新材料方面的相关理论。教学中会涉及压片陶瓷在反坦克武器、碳化硅陶瓷在装甲材料中、稀土材料在激光测距仪中的应用等等，很好地满足军校学生的学习需求。

2.4 增强环保意识的需要

良好生态环境是实现中华民族永续发展的内在要求，是增进民生福祉的优先领域。随着经济的发展，社会的进步，人们逐渐认识到了环境保护的重要性，环保意识逐渐提高。STSE教育对于提高学员的环保意识具有重要的意义。在介绍建筑材料主题内容时，笔者以绿色建筑材料的发展及应用为例，强调环保精神和绿色发展的概念，对提高学生的环保意识效果明显。

2.5 渗透科学精神的需要

STSE教育代表了一种全新的科学教育的思维模式与价值观，其终极目标是培养学生的科学素养，在选修课的教学中渗透科学精神对学生科学素养的培养具有重要的意义。作为高素质人才培养基地的大学课堂，不能简单地将传授科学知识作为主要任务，而是应该在对学生进行知识教育和能力培养的同时，重视培养他们的科学精神，使大学不仅是进行高等教育的场所，更能成为先进思想和精神的发源地[7]。在介绍稀土材料主题内容时，笔者以稀土元素的发现史为主线进行教学，强调科学精神和科学素养的培养，教学效果良好。

3 STSE在《材料科学与社会》教学中的教学策略

3.1 课程基本理念

本课程的教学坚持以学生为本、注重创新意识和科学素质培养的指导思想，体现“精基础、强近代、重应用”的教学理念。

3.1.1 精基础

课程教学过程中要注意强调选修课的特色，把握好教学内容的深度和广度，精选材料科学的基础教学内容，重点对材料与社会的互动发展、材料与人类生活、材料科技与可持续发展、材料的军事应用等部分进行论述，使学生深刻理解人类文明史就是材料的发展史，提高学生的学习兴趣。

3.1.2 强近代

材料学科的发展日新月异，有限的课堂教学远远不能满足学生学习知识的需要，所以，《材料科学与社会》选修课的教学内容应该表现出时代特色，将近代社会发展的新成果不断引入教学中，跟上时代发展步伐，使学生了解材料的发展和进步[8]。

3.1.3 重应用

由于材料和其他学科的相互交叉，大大促进了其他基础学科和应用科学的发展，目前国际上受到普遍关注的几个问题——能源的开发与利用、功能材料的研制、环境的保护等都与材料密切相关。因此，增加材料在现代生活和军事中应用的实例，使材料科学面向社会发展、科技进步、军事应用、学生的生活和兴趣，加强材料与科学、技术、社会和军事的联系，尽可能让学员在有限的学时内扩大知识面。

3.2 充分利用问题式教学模式

传统的“教师讲学生听”的“满堂灌”教学模式不适合选修课的教学，由于选修课的课时较少，内容较多，部分内容必须以学生自学为主，教师引导为辅的教学方法。笔者采取网络化问题教学模式来实施，在这个教学模式中，问题的设置是关键，直接关系到能不能激发学生的学习兴趣。因此，在设置问题时，一般是从生活中与材料相关的基础性知识问题出发，再深入到综合性问题的提出，最后提升到应用性问题的设置。这样设置的问题层层递进，驱使学生不断地去思考、查阅相关资料、分析问题、讨论结果、直到解决问题，很好地激发学生的学习兴趣。例如，在讲稀土材料这一专题前，给学生布置以下问题：(1)夜晚的世界为何如此绚烂多彩？(2)为什么可以利用医疗器械准确诊断疾病？(3)汽车尾气排放是如何控制的？(4)氢能利用的关键是什么？在这些基础问题提出之后，进一步将问题延伸。如：(5)如何用稀土制作汽车尾气的三效催化剂？(6)稀土催化剂的优点是什么？等等。这些实际问题的提出，可以促使学生不断地去思考和查阅相关文献资料，提高学生对课程的兴趣，拓宽学生的视野。同时，学生在解决这些问题时会发现，材料学科的很多问题与化学等其他课程关系紧密，从而提高学生对相关学科的认识。

为了方便进行问题的讨论，开课初对教学班进行分组，每组10人，推荐组长1名，专门负责组织小组成员的学习和讨论情况。课上再由教师进行解答并对学生给出的结果点评，这种问题式教学模式可以有效加深学生对材料知识的理解，同时，把基本知识与现实生活中的材料的应用联系起来，可以有效提高学生的学习兴趣。

3.3 探索改善学习的多元化评价模式

STSE教育强调科学、技术、社会和环境之间的关系，突出科学教育的人文背景，这对传统科学教育的评价提出了新的挑战。根据STSE教育的理念，借鉴国外的评价模式，以及开设通识选修课的教学目标，我们采用改善学习的多元化评价模式[8]。评价模式改变以往的学生评价重知识轻科学素养现状。评价的内容不仅仅局限于获得的科学知识，同时注重对社会生活中与自然科学密切相关的重大问题的认识，运用科学知识解决问题的能力等。基于当下丰富的信息资源，笔者将STSE的教育由课堂延伸到课外，通过新闻、微信等媒体所提供的科学知识，找到材料学科与科学、技术、环境、军事等知识的联系，让学生进行思考，笔者通过布置不同选题或自选题，由学生自行选择。选题确定后，笔者要求学生积极搜集相关资料，结合自己小组选题制作相关多媒体课件。笔者会将课程中的 2～3节课留给学生，由小组选定成员在规定的时间内做口头展示汇报，其他小组成员就讲解内容进行讨论并给出一定的分数，笔者根据其他小组学生给出的平均分数，同时结合学生平时课堂表现和最后作业情况给出最终分数。这种课程评价方式综合锻炼了学生搜集资料、 整理资料、 分析问题的能力，同时也锻炼了学生的口头表达能力。评价过程贯穿整个学习，强调真实地描述教学活动和学习活动中实际发生的事情，以及学习对学生认知和人格发展的影响。通过对各个专题学生作业的反馈，笔者发现在高等学校通识选修课程中实施STSE教育，提高了学生的科学素养，培养了学生的综合应用知识和分析、解决问题的能力，促进了科学教育与人文教育的结合。

4 结 语

在现行条件下，选修课《材料科学与社会》的课堂上引入STSE教育的理念是可行的，教学效果是明显的。通过实施STSE教育，将科学教育与科学、技术、环保和社会紧密相连，使学生在真实的技术和社会情境中形成科学素养和增强社会责任感。同时，学生的学习兴趣以及分析问题、解决问题的能力有了明显提高，学生能从不同的角度去理解材料与化学化工科技、社会、环境以及军事之间的关系。本文提到了一些STSE教育的实施方法，在今后的教学中，还有待进一步的探讨和挖掘。可以预见，STSE教育在大学选修课的教学中有着很好的发展前景。