關注“低碳”讓物理教學緊跟時代步伐

徐建榮

(江蘇省昆山第二中等專業學校,江蘇昆山 215300)

關注“低碳”讓物理教學緊跟時代步伐

徐建榮

(江蘇省昆山第二中等專業學校,江蘇昆山 215300)

所謂低碳,就是在生產、生活過程中盡量減少溫室氣體的排放.2009年,新能源和其他能源、環境科技正迅猛發展,全球氣候變暖、冰川融化、海平面上升這些字眼,隨著電影《2012》的熱映仿佛從遙遠的未來一下子闖進了我們的生活,令我們心驚膽顫.不僅對未來,甚至對眼下的生活都充滿了恐慌.誰能阻止世界末日的到來?電影中的各國政府在不得以的情況下開始聯手制造方舟.值得慶幸的是現實中的地球還未到那一地步,地球村的村民們還有能力來拯救我們的家園.哥本哈根氣候大會正是在這樣的目的下召開,雖然會議的過程更像是一部鬧劇,但畢竟讓我們都認識到,要阻止世界末日,低碳必將成為一個趨勢,一個發展的新方向.物理教學中我們要緊跟時代熱點和步伐,努力培養學生的科學素養和時代的責任感.

1 跟蹤物理發展前沿,樹立全新教育理念

我們在教學中應當讓學生體驗到物理學是一門發展中的科學,是現代前沿科學中最激勵人心的學科之一,這就要求我們每個物理教師對物理學現代進展的各個前沿領域,有一概括、清晰的了解.物理教師應樹立全新的教育理念,物理教學理應走在創新教育的前列,應該去搶占創新教育的先機和制高點.我們不能僅僅停留在“傳道,授業,解惑”這一層面上,更要善于“啟疑”,追蹤物理學的現代前沿領域,努力提高自身的學術水平,才能對現代物理學知識理解得更深刻,才有可能深入淺出、簡明生動地向學生闡述深奧的物理學理論.“低碳”時代的來臨,每個人如何為“低碳”作出自己應有的貢獻,有利于激發學生的求知欲,創造欲,只有這樣,才可能改變目前中等學校普遍存在著物理學“難教難學”的狀態,才能使更多的學生愛學物理,學好物理.物理教師要成為21世紀的合格教師,就要追蹤物理學的現代進展的前沿,教學中通過展示物理學發展的歷程,讓學生學習一些科學方法和科學家的探索精神,關心科技發展的動態,關注技術應用帶來的社會進步和問題,樹立正確的科學觀.

2 聯系生活實際,激發學習物理興趣

從生活走向物理,從物理走向社會,只有讓學生體會到物理知識的作用,才能激發學生的好奇心和求知欲.低碳經濟是以能源高效利用和清潔能源開發為基礎,以低能耗、低污染、低排放為基本特征的經濟發展模式.發展低碳經濟與我國堅持節約資源、保護環境的基本國策,建設資源節約型、環境友好型社會,走新型工業化道路是一致的.在能量守恒的教學中,有學生問既然能量是守恒的,為什么還會出現能源危機呢?我們說能量是守恒的,但由于能量的轉化和轉移是有方向的,能源卻不是取之不盡、用之不竭的,化石能源等是不可再生的能源,現在開采得越多,留給子孫后代的就越少.為了人類的未來,我們必須要節約能源.

在物理教學中要讓學生關心科學技術的新進展和新思想,伴隨著“低碳”的流行出現的一系列新概念本質都是以降低能源損耗來改善大家的生活環境.而“低碳”這個活動的最主要進行者,則是我們每個公民.比如少使用塑料袋,多用環保材料減少垃圾的產生等等.物理學的發展,使家用電器日新月異,對能源依賴最大的空調和冰箱也是“低碳經濟”的最大焦點,技術創新中綠色空調的各種節能技術被大家所注目,首先是可以應用“直流無刷電機”、“PAM脈沖調幅控制”等尖端技術,有效避免了頻繁的啟動和關閉壓縮機,節省了50%能耗.其次是Smart saver智能節電模式.還有能通過頂部攝像頭來識別人數,從而調節出風量的多少等等,真正達到了低碳的目的.

到2050年,世界國內生產總值增長大約將達到目前的4-5倍,而CO2排放卻需減少50%左右,如果同時實現上述兩個目標,則需要全球國內生產總值的碳強度下降80% -90%.與發達國家相比,當前我國國內生產總值的碳強度仍然較高,2005年我國國內生產總值的碳強度仍約為發達國家平均水平的5倍,我國能源轉換和利用技術效率較低,我國能源消費品種構成的高排放特征突出.

3 關注“低碳”與新能源,創新物理教學模式

新能源是近年來能源科學研究的熱點之一,從物理學角度上看有核能、太陽能、地熱能和風能等.

3.1 原子核反應與原子能發電

為了取用原子能,把鈾和其他材料按一定的設計方式裝置在一起,以發生鏈式反應,這種裝置稱為原子反應堆,根據所采用減速劑、冷卻劑和燃料的不同形式和種類,反應堆分為重水堆,輕水堆(壓水堆和沸水堆),高溫氣冷堆和快中子增值堆.由反應堆芯出來的重水將鈾核裂變時釋放的熱量帶出,在熱交換器里把熱量傳遞給外部回路層的水,使水變成蒸汽推動汽輪機發電,這就是原子能發電的原理.為提高核能利用率,我國已在原子能科學研究院投入26億元,建成核能發展的第4代堆型——快中子堆試驗電站,年發電2.5×105kW.作為新能源的一個重要方向,2020年我國核電將達4×107kW,比重提高到4%～5%.目前,我國新開工建設核電站8個,核準規模3.14×107kW,成為世界在建核電規模最大的國家.

3.2 太陽能發電

太陽能發電是一種高效無污染發電新技術.簡單地說,太陽能發電是利用陽光和鏡面發電.只要精確地計算一年中每一天每一刻太陽相對于各定日鏡的不同位置,以及定日鏡將光束反射到發電塔頂所需要的精確角度就可以精確設計各定日鏡的排放位置.這樣,定日鏡就會按計算的要求將陽光聚集于發電塔的發電柱之上,將發電柱加熱到很高的溫度.如果將日照時多余的熱能積聚起來,儲存于蓄熱器中,還可以實現持續發電.我國對此也很重視,比如中國館等世博場館就運用太陽能光伏項目,而上海虹橋交通樞紐京滬高鐵車站上6.5×106W的光伏發電項目,則是目前亞洲最大的建筑一體化光伏項目之一.

3.3 地熱能發電

地熱能是指地球內部可釋放出來的熱量,一般認為它的來源主要是地球深處的壓力和地球內部放射性元素衰變產生的熱量.據估計,地熱量總量大約有3.2×1010kW,僅地下熱水和地熱蒸汽的能量,就相當于地球上煤炭總儲藏量的1.7倍,開發地熱能的條件:一是鉆井;二是要傳熱流體.目前,多數地熱電站采用純蒸汽和熱水作為動力,它的工作原理:用管道將蒸汽從地下引出,經過分離器去掉雜質后通過汽輪機發電.這種蒸汽地熱電站設備簡單,成本低,并且發電效率高.地下熱水發電則通過減壓法使水變為蒸汽,然后驅動汽輪發電機工作,或用熱水加熱低沸點異丁烷類工作物質,利用這類工作物質帶動汽輪機發電.我國上海不僅在世博場館的規劃中體現低碳理念,還在建設中體現了節能理念,世博不少場館的空調就大量使用江水源和地熱源.

3.4 風能發電

風能是空氣流動的動能,它是一個巨大的能源,約相當于目前全世界耗能總量的兩倍多,從本質上講,風能應該是太陽能的一種轉換形式,也可以說是一種熱能形式.然而,從一般意義上講,風能的利用是應用其動能轉換成電能或其他形式的機械能的一種能量轉換形式.隨著科學技術的進步,特別是空氣動力和航空領域的研究成果,為合理利用風能開創了新局面.根據不同的運動形式,風機分為振動式、平動式、固定式和旋轉式四大類.振動式風機是利用風能引起的振動,將風能轉換成振動動能的機械.船帆是一種平動式風力機械,它將風能轉換成驅動帆船前進的動力.平動式風機又可以驅動風力發電機,它的工作原理是利用風力推動圓柱形的轉體,轉體再驅動發電機發電.固定式風機的一種典型裝置是旋風型風能發電裝置,它具有一個固定的旋風發生塔,塔體上設有迎風百葉窗,風進入塔體內形成強大的人造龍卷風,氣壓差形成推動渦輪葉的轉動力矩,從而實現風力發電,這是一種可再生的清潔能源.

3.5 海洋能發電

海洋面積占地球表面積的71%,它也是一個巨大的能源,海洋能具體包括潮汐能、波浪能、海水偏差能和海流能.海水潮汐運動是地球與月球、太陽之間由于相對位置不同導致有引力不同而引起的海水周期性的漲落現象,海水在潮汐運動中所包含的大量動能和位能,稱為潮汐能,潮汐發電的優點是無污染、低成本、功率比較穩定.海水溫差能屬于熱能,因此也稱海洋熱能,海洋表面與海洋深處的溫差可達15℃-20℃,利用這個溫差,可以建造發電站.海水的運動,形成海流,也叫洋流,海流所具有的能量叫海流能,研究表明,利用海流可以發電.海浪具有很大的功能,它是一個巨大的能源,近年來,世界各國的技術工作者提出了許多關于波浪發電方案,波浪能的開發利用,目前還處在試驗階段.

3.6 新能源開發的同時注重能源的利用率

解決能源問題的主要途徑是提高能源的利用率、節約能源、開發新能源.在熱能章節的教學中介紹提高能源的利用率,舉例說明生活中一般情況下能源的利用率是很低的,要提高能源的利用率主要靠科技進步,改進應用能源的技術,通常可以采用以下措施:讓燃料充分燃燒;采用保溫隔熱措施,減小熱量的損失;充分利用余熱和減少有害摩擦;減少能量轉化的中間環節等等.

在物理教學中要不懈努力和積極探索,緊扣時代的發展,緊跟時代的前沿,轉變教育觀念,以新的視角認識學生,以新的理念引導學生,以新的方法指導學生,充分開發學生的潛能,培養他們的科學探究精神和探索創造能力.

2010-07-06)

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