基于物理核心素養的科技創新實踐研究

楊秀芬

關鍵詞：物理;核心素養;創新實踐;新能源發電

引言

教育部制定的《普通高中物理課程標準》（2017年版）明確指出：高中物理課程應在義務教育的基礎上，進一步促進學生物理核心素養的形成和發展[ 1 ]。可見，新一輪中學物理教學改革的重中之重在于發展學生的物理核心素養，促進學生形成物理觀念、培養科學思維能力、掌握實驗探究方法、具備科學態度與責任感。本文嘗試以“科技實踐活動‘探究新能源發電的設計與實施”為例，淺析如何利用本地科技發展資源，開展物理科技實踐活動，落實新課標，發展學生物理核心素養的要求。

1 ?明確活動目標

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

① 關注我國能源短缺問題，樹立“新能源開發與利用”的可持續發展理念;

② 通過資訊查詢、調查訪問、實地考察等方式，鍛煉學生的科技實踐能力;

③ 讓學生體驗探究過程，掌握科學的研究方法，培養科學素養與創新能力;

④ 引導學生提高能源安全意識、重視環保問題、增強社會責任心與使命感。

2 ?活動重點、難點與創新點

教師在充分了解本地新能源發展狀況的前提下，做好科技實踐活動實施的側重點研究，從而確定活動的重點、難點與創新點。

① 重點：關注能源短缺問題，了解新能源發電的科學原理和方法，并應用于相關后續課題的創新設計與制作。

② 難點：妥善處理外出進行科學探究活動的安全問題及組織協調問題。

③ 創新點：拓展“探究新能源發電”實踐活動的廣度與深度，激發學生的科技創新潛能，真正體現“科學·技術·社會·環境（STSE）”的關系。

3 ?活動流程與前期準備

活動流程的設計既要力求簡要明晰并易于實施，也要確保學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備：

①各小組提前做好相關資訊準備，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容，明確A、B、C三小組的分工并規劃行程;

③設計小組活動記錄表，便于對比分析、總結交流與活動推廣。

4 ?活動實施過程

組織三個小組到各個新能源發電產業基地，分別探究“光伏發電、風力發電、垃圾發電”，了解具體的設備設施、工作原理、運行特點及經濟效益等等。

4.1 ?A組探究“光伏發電”

A組學生參觀了科華技術有限責任公司的工業型光伏發電場，同學們饒有興趣地向公司的技術總監咨詢了光伏發電的工作原理、系統設備、發電效率以及儲能、輸出、監控、并網等等問題。

在分布式家庭光伏電站，指導學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電功率之間的關系，研究本地光伏發電的實際轉化率。并就工業型與家庭型光伏發電的環保性、經濟性、普及性等方面進行了對比研究。

4.2 ?B組探究“風力發電”

B組學生到澳仔山風電場，了解風力發電的工作原理、主設備、風電監控系統、功率預測系統及設備管理等技術問題，對風電系統的工作原理與運行狀態等有了全面認識。同時也了解了風電項目特點、發展前景及制約瓶頸等問題。

望著那挺立于藍天、白云、綠樹之間，悠閑地轉動著的高大發電機組，學生們無不感嘆海濱風電的美景，無需說教，風力發電的清潔性、環保性已一覽無遺！

4.3 ?C組探究“垃圾發電”

C組學生參觀了本市首個垃圾發電站——蒲姜嶺垃圾電廠，認識了垃圾吊、焚燒爐、余熱鍋爐、汽輪發電機系統、煙氣處置系統以及運行監控系統的作用與功能，也了解了先進的垃圾無害化處理技術，親身體驗“樂色”如何搖身一變成了“電能”。

“探究垃圾發電”之行已經顛覆了學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電正快速推進，其環保性、經濟性、可持續性可見一斑。

4.4 ?活動交流分享

在參觀考察“新能源發電”活動中，學生收集了很多資料，記錄了詳細研究過程，拍攝了大量照片和視頻。各組長負責匯總本組探究活動的收獲，制成展示PPT和展板，進行活動交流與分享，并完成小組評價和階段性總結。

科技實踐活動帶給學生的親身感受和實際鍛煉，更能促進學生真正認識“科學·技術·社會·環境（STSE）”的關系。

4.5 ?后續課題研究

本方案設計最具特色的是教師指導學生將實地參觀考察中所收獲的科學知識、科學原理及科學方法，應用于“探究新能源發電”的后續課題研究。

4.5.1 ?確定研究方向

教師在充分了解學生興趣點與關注點的基礎上，指導學生通過小組討論，確定各組感興趣的“探究新能源發電”相關后續課題研究方向，詳見表1。

4.5.2 ?研究過程及成果

三個小組通過查閱資料、設計方案、制作模型、實驗測試、作品調試與修改完善，完成后續課題研究。

A組學生制作了光伏充電寶并設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“綠能校園創意設計”。這些作品有效地利用了太陽能發電，凸顯了科學性、創新性及低碳環保理念。

B組同學的“美麗蝶島 魅力風電——東山科技特色游”創意設計展現了唯美的風電魅力，作品不僅規劃了新的旅游路線圖、制作了折疊式精美旅游小冊，還設計了風電科普展板和風電模擬體驗館，富有科技特色和生態魅力。

C組同學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，通過大眾調查，收集民眾對公共垃圾桶的改造建議，設計了“創新垃圾桶”改造方案，自制了防蚊蟲、透氣式公共垃圾桶模型，頗具創新性與實用性。

5 ?方案實施總結

從發展核心素養的“物理觀念、科學態度與責任”而言，這個科技實踐活動方案的設計與實施，充分利用了本地科技發展資源，引導學生積極主動探究新能源發電在生產生活中的應用，樹立了綠色能源可持續發展理念。

從發展核心素養的“科學思維和科學探究”而言，通過“探究新能源發電”實踐活動，引導學生開展科學調查、科學研究與科技制作，激發學生的科技創新潛能，并促進學生自覺地將物理知識和科學方法應用于解決實際問題，培養學生具備適應終身發展和社會發展所需要的必備品格和關鍵能力。

參考文獻：

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