基于物理核心素养的科技创新实践研究

杨秀芬

关键词：物理;核心素养;创新实践;新能源发电

引言

教育部制定的《普通高中物理课程标准》（2017年版）明确指出：高中物理课程应在义务教育的基础上，进一步促进学生物理核心素养的形成和发展[ 1 ]。可见，新一轮中学物理教学改革的重中之重在于发展学生的物理核心素养，促进学生形成物理观念、培养科学思维能力、掌握实验探究方法、具备科学态度与责任感。本文尝试以“科技实践活动‘探究新能源发电的设计与实施”为例，浅析如何利用本地科技发展资源，开展物理科技实践活动，落实新课标，发展学生物理核心素养的要求。

1  明确活动目标

本方案的设计充分考虑到中学生的兴趣爱好与知识水平，力求活动过程的新颖性、趣味性与科学性，注重激发学生的参与热情、提高学生自主探究兴趣、提升学生设计与制作水平。依据新课标物理核心素养的要求，确定活动目标如下：

① 关注我国能源短缺问题，树立“新能源开发与利用”的可持续发展理念;

② 通过资讯查询、调查访问、实地考察等方式，锻炼学生的科技实践能力;

③ 让学生体验探究过程，掌握科学的研究方法，培养科学素养与创新能力;

④ 引导学生提高能源安全意识、重视环保问题、增强社会责任心与使命感。

2  活动重点、难点与创新点

教师在充分了解本地新能源发展状况的前提下，做好科技实践活动实施的侧重点研究，从而确定活动的重点、难点与创新点。

① 重点：关注能源短缺问题，了解新能源发电的科学原理和方法，并应用于相关后续课题的创新设计与制作。

② 难点：妥善处理外出进行科学探究活动的安全问题及组织协调问题。

③ 创新点：拓展“探究新能源发电”实践活动的广度与深度，激发学生的科技创新潜能，真正体现“科学·技术·社会·环境（STSE）”的关系。

3  活动流程与前期准备

活动流程的设计既要力求简要明晰并易于实施，也要确保学生们能从实践活动中获得较大的收获，具体流程简要表示如图1。

而活动顺利开展的根本保证是做好活动的前期准备：

①各小组提前做好相关资讯准备，确定研究方向及希望了解的问题;

②确定考察研究的具体内容，明确A、B、C三小组的分工并规划行程;

③设计小组活动记录表，便于对比分析、总结交流与活动推广。

4  活动实施过程

组织三个小组到各个新能源发电产业基地，分别探究“光伏发电、风力发电、垃圾发电”，了解具体的设备设施、工作原理、运行特点及经济效益等等。

4.1  A组探究“光伏发电”

A组学生参观了科华技术有限责任公司的工业型光伏发电场，同学们饶有兴趣地向公司的技术总监咨询了光伏发电的工作原理、系统设备、发电效率以及储能、输出、监控、并网等等问题。

在分布式家庭光伏电站，指导学生用光照计测量太阳实时照度，测算太阳能辐射能量与光伏发电功率之间的关系，研究本地光伏发电的实际转化率。并就工业型与家庭型光伏发电的环保性、经济性、普及性等方面进行了对比研究。

4.2  B组探究“风力发电”

B组学生到澳仔山风电场，了解风力發电的工作原理、主设备、风电监控系统、功率预测系统及设备管理等技术问题，对风电系统的工作原理与运行状态等有了全面认识。同时也了解了风电项目特点、发展前景及制约瓶颈等问题。

望着那挺立于蓝天、白云、绿树之间，悠闲地转动着的高大发电机组，学生们无不感叹海滨风电的美景，无需说教，风力发电的清洁性、环保性已一览无遗！

4.3  C组探究“垃圾发电”

C组学生参观了本市首个垃圾发电站——蒲姜岭垃圾电厂，认识了垃圾吊、焚烧炉、余热锅炉、汽轮发电机系统、烟气处置系统以及运行监控系统的作用与功能，也了解了先进的垃圾无害化处理技术，亲身体验“乐色”如何摇身一变成了“电能”。

“探究垃圾发电”之行已经颠覆了学生们对垃圾的不良印象，真实感受到“原来乐色也是宝”。随着生活垃圾的日益增多和土地资源的日益稀缺，城市垃圾无害化处理的垃圾发电正快速推进，其环保性、经济性、可持续性可见一斑。

4.4  活动交流分享

在参观考察“新能源发电”活动中，学生收集了很多资料，记录了详细研究过程，拍摄了大量照片和视频。各组长负责汇总本组探究活动的收获，制成展示PPT和展板，进行活动交流与分享，并完成小组评价和阶段性总结。

科技实践活动带给学生的亲身感受和实际锻炼，更能促进学生真正认识“科学·技术·社会·环境（STSE）”的关系。

4.5  后续课题研究

本方案设计最具特色的是教师指导学生将实地参观考察中所收获的科学知识、科学原理及科学方法，应用于“探究新能源发电”的后续课题研究。

4.5.1  确定研究方向

教师在充分了解学生兴趣点与关注点的基础上，指导学生通过小组讨论，确定各组感兴趣的“探究新能源发电”相关后续课题研究方向，详见表1。

4.5.2  研究过程及成果

三个小组通过查阅资料、设计方案、制作模型、实验测试、作品调试与修改完善，完成后续课题研究。

A组学生制作了光伏充电宝并设计了校园新能源利用方案。代表作品有“车载多功能光伏充电宝”“光伏智能宣传栏”和“绿能校园创意设计”。这些作品有效地利用了太阳能发电，凸显了科学性、创新性及低碳环保理念。

B组同学的“美丽蝶岛 魅力风电——东山科技特色游”创意设计展现了唯美的风电魅力，作品不仅规划了新的旅游路线图、制作了折叠式精美旅游小册，还设计了风电科普展板和风电模拟体验馆，富有科技特色和生态魅力。

C组同学为破解民众不重视垃圾分类及垃圾桶本身成为污染源等问题，通过大众调查，收集民众对公共垃圾桶的改造建议，设计了“创新垃圾桶”改造方案，自制了防蚊虫、透气式公共垃圾桶模型，颇具创新性与实用性。

5  方案实施总结

从发展核心素养的“物理观念、科学态度与责任”而言，这个科技实践活动方案的设计与实施，充分利用了本地科技发展资源，引导学生积极主动探究新能源发电在生产生活中的应用，树立了绿色能源可持续发展理念。

从发展核心素养的“科学思维和科学探究”而言，通过“探究新能源发电”实践活动，引导学生开展科学调查、科学研究与科技制作，激发学生的科技创新潜能，并促进学生自觉地将物理知识和科学方法应用于解决实际问题，培养学生具备适应终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018.