基于物理核心素養(yǎng)的科技創(chuàng)新實踐研究

楊秀芬

關(guān)鍵詞：物理;核心素養(yǎng);創(chuàng)新實踐;新能源發(fā)電

引言

教育部制定的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）明確指出：高中物理課程應(yīng)在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展[ 1 ]。可見，新一輪中學(xué)物理教學(xué)改革的重中之重在于發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生形成物理觀念、培養(yǎng)科學(xué)思維能力、掌握實驗探究方法、具備科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感。本文嘗試以“科技實踐活動‘探究新能源發(fā)電的設(shè)計與實施”為例，淺析如何利用本地科技發(fā)展資源，開展物理科技實踐活動，落實新課標(biāo)，發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)的要求。

1 ?明確活動目標(biāo)

本方案的設(shè)計充分考慮到中學(xué)生的興趣愛好與知識水平，力求活動過程的新穎性、趣味性與科學(xué)性，注重激發(fā)學(xué)生的參與熱情、提高學(xué)生自主探究興趣、提升學(xué)生設(shè)計與制作水平。依據(jù)新課標(biāo)物理核心素養(yǎng)的要求，確定活動目標(biāo)如下：

① 關(guān)注我國能源短缺問題，樹立“新能源開發(fā)與利用”的可持續(xù)發(fā)展理念;

② 通過資訊查詢、調(diào)查訪問、實地考察等方式，鍛煉學(xué)生的科技實踐能力;

③ 讓學(xué)生體驗探究過程，掌握科學(xué)的研究方法，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力;

④ 引導(dǎo)學(xué)生提高能源安全意識、重視環(huán)保問題、增強(qiáng)社會責(zé)任心與使命感。

2 ?活動重點、難點與創(chuàng)新點

教師在充分了解本地新能源發(fā)展?fàn)顩r的前提下，做好科技實踐活動實施的側(cè)重點研究，從而確定活動的重點、難點與創(chuàng)新點。

① 重點：關(guān)注能源短缺問題，了解新能源發(fā)電的科學(xué)原理和方法，并應(yīng)用于相關(guān)后續(xù)課題的創(chuàng)新設(shè)計與制作。

② 難點：妥善處理外出進(jìn)行科學(xué)探究活動的安全問題及組織協(xié)調(diào)問題。

③ 創(chuàng)新點：拓展“探究新能源發(fā)電”實踐活動的廣度與深度，激發(fā)學(xué)生的科技創(chuàng)新潛能，真正體現(xiàn)“科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境（STSE）”的關(guān)系。

3 ?活動流程與前期準(zhǔn)備

活動流程的設(shè)計既要力求簡要明晰并易于實施，也要確保學(xué)生們能從實踐活動中獲得較大的收獲，具體流程簡要表示如圖1。

而活動順利開展的根本保證是做好活動的前期準(zhǔn)備：

①各小組提前做好相關(guān)資訊準(zhǔn)備，確定研究方向及希望了解的問題;

②確定考察研究的具體內(nèi)容，明確A、B、C三小組的分工并規(guī)劃行程;

③設(shè)計小組活動記錄表，便于對比分析、總結(jié)交流與活動推廣。

4 ?活動實施過程

組織三個小組到各個新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)基地，分別探究“光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、垃圾發(fā)電”，了解具體的設(shè)備設(shè)施、工作原理、運(yùn)行特點及經(jīng)濟(jì)效益等等。

4.1 ?A組探究“光伏發(fā)電”

A組學(xué)生參觀了科華技術(shù)有限責(zé)任公司的工業(yè)型光伏發(fā)電場，同學(xué)們饒有興趣地向公司的技術(shù)總監(jiān)咨詢了光伏發(fā)電的工作原理、系統(tǒng)設(shè)備、發(fā)電效率以及儲能、輸出、監(jiān)控、并網(wǎng)等等問題。

在分布式家庭光伏電站，指導(dǎo)學(xué)生用光照計測量太陽實時照度，測算太陽能輻射能量與光伏發(fā)電功率之間的關(guān)系，研究本地光伏發(fā)電的實際轉(zhuǎn)化率。并就工業(yè)型與家庭型光伏發(fā)電的環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、普及性等方面進(jìn)行了對比研究。

4.2 ?B組探究“風(fēng)力發(fā)電”

B組學(xué)生到澳仔山風(fēng)電場，了解風(fēng)力發(fā)電的工作原理、主設(shè)備、風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)、功率預(yù)測系統(tǒng)及設(shè)備管理等技術(shù)問題，對風(fēng)電系統(tǒng)的工作原理與運(yùn)行狀態(tài)等有了全面認(rèn)識。同時也了解了風(fēng)電項目特點、發(fā)展前景及制約瓶頸等問題。

望著那挺立于藍(lán)天、白云、綠樹之間，悠閑地轉(zhuǎn)動著的高大發(fā)電機(jī)組，學(xué)生們無不感嘆海濱風(fēng)電的美景，無需說教，風(fēng)力發(fā)電的清潔性、環(huán)保性已一覽無遺！

4.3 ?C組探究“垃圾發(fā)電”

C組學(xué)生參觀了本市首個垃圾發(fā)電站——蒲姜嶺垃圾電廠，認(rèn)識了垃圾吊、焚燒爐、余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、煙氣處置系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的作用與功能，也了解了先進(jìn)的垃圾無害化處理技術(shù)，親身體驗“樂色”如何搖身一變成了“電能”。

“探究垃圾發(fā)電”之行已經(jīng)顛覆了學(xué)生們對垃圾的不良印象，真實感受到“原來樂色也是寶”。隨著生活垃圾的日益增多和土地資源的日益稀缺，城市垃圾無害化處理的垃圾發(fā)電正快速推進(jìn)，其環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性可見一斑。

4.4 ?活動交流分享

在參觀考察“新能源發(fā)電”活動中，學(xué)生收集了很多資料，記錄了詳細(xì)研究過程，拍攝了大量照片和視頻。各組長負(fù)責(zé)匯總本組探究活動的收獲，制成展示PPT和展板，進(jìn)行活動交流與分享，并完成小組評價和階段性總結(jié)。

科技實踐活動帶給學(xué)生的親身感受和實際鍛煉，更能促進(jìn)學(xué)生真正認(rèn)識“科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境（STSE）”的關(guān)系。

4.5 ?后續(xù)課題研究

本方案設(shè)計最具特色的是教師指導(dǎo)學(xué)生將實地參觀考察中所收獲的科學(xué)知識、科學(xué)原理及科學(xué)方法，應(yīng)用于“探究新能源發(fā)電”的后續(xù)課題研究。

4.5.1 ?確定研究方向

教師在充分了解學(xué)生興趣點與關(guān)注點的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生通過小組討論，確定各組感興趣的“探究新能源發(fā)電”相關(guān)后續(xù)課題研究方向，詳見表1。

4.5.2 ?研究過程及成果

三個小組通過查閱資料、設(shè)計方案、制作模型、實驗測試、作品調(diào)試與修改完善，完成后續(xù)課題研究。

A組學(xué)生制作了光伏充電寶并設(shè)計了校園新能源利用方案。代表作品有“車載多功能光伏充電寶”“光伏智能宣傳欄”和“綠能校園創(chuàng)意設(shè)計”。這些作品有效地利用了太陽能發(fā)電，凸顯了科學(xué)性、創(chuàng)新性及低碳環(huán)保理念。

B組同學(xué)的“美麗蝶島 魅力風(fēng)電——東山科技特色游”創(chuàng)意設(shè)計展現(xiàn)了唯美的風(fēng)電魅力，作品不僅規(guī)劃了新的旅游路線圖、制作了折疊式精美旅游小冊，還設(shè)計了風(fēng)電科普展板和風(fēng)電模擬體驗館，富有科技特色和生態(tài)魅力。

C組同學(xué)為破解民眾不重視垃圾分類及垃圾桶本身成為污染源等問題，通過大眾調(diào)查，收集民眾對公共垃圾桶的改造建議，設(shè)計了“創(chuàng)新垃圾桶”改造方案，自制了防蚊蟲、透氣式公共垃圾桶模型，頗具創(chuàng)新性與實用性。

5 ?方案實施總結(jié)

從發(fā)展核心素養(yǎng)的“物理觀念、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”而言，這個科技實踐活動方案的設(shè)計與實施，充分利用了本地科技發(fā)展資源，引導(dǎo)學(xué)生積極主動探究新能源發(fā)電在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，樹立了綠色能源可持續(xù)發(fā)展理念。

從發(fā)展核心素養(yǎng)的“科學(xué)思維和科學(xué)探究”而言，通過“探究新能源發(fā)電”實踐活動，引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)調(diào)查、科學(xué)研究與科技制作，激發(fā)學(xué)生的科技創(chuàng)新潛能，并促進(jìn)學(xué)生自覺地將物理知識和科學(xué)方法應(yīng)用于解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生具備適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的必備品格和關(guān)鍵能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018.