社会性科学议题的教学设计与实践——核能发展的进与退_林艺航.pdf

*通信联系人,E-m a i l:e d u_c h e n y a n 1 6 3.c o m社会性科学议题的教学设计与实践 核能发展的进与退林艺航1,2 林 静1 陈 燕1*(1.福建师范大学化学与材料学院 福建福州 3 5 0 0 0 7;2.上杭县紫金中学 福建上杭 3 6 4 2 0 0)摘要 将“核能”作为联系不同学科的桥梁,围绕社会性科学议题“核能发展的进与退”,通过课前准备、课中探讨、课后总结反思等3个环节,引导学生以公民的身份,参与社会热点问题的讨论。结果表明,S S I教学是可行且受欢迎的;学生在思考和对话中进一步学会辩证地看待科技发展的多面性,但论证能力有待提高;建议从学生和教师两方面加强S S I教学培训,利用教育信息技术拓展教学时空以发挥S S I教学成效。关键词 社会性科学议题 核能 跨学科教学D O I:1 0.1 3 8 8 4/j.1 0 0 3-3 8 0 7 h x j y.2 0 2 1 1 2 0 0 1 9 1 教学主题内容及教学现状分析本课例教学主题“核能发展的进与退”来自于苏教版化学必修一专题二第三单元“原子核的构成”中“拓展视野”栏目所呈现的“同位素在考古中的应用”1,同位素是核能应用的重要体现之一。普通高中化学课程标准(2 0 1 7年版2 0 2 0年修订)也建议在此处开展“查阅与讨论放射性同位素在能源、农业、医疗、考古等方面的应用”等调查与交流讨论活动2。但在现实教学中,很少有开展这方面教学活动的案例。能量是重要的跨学科概念3。核能作为重要的能源之一,在化学和物理学科上具有较高的重合性,两者均要求能从物质及能量变化的角度评价核能的使用价值和可能带来的问题,但强调的内容也有不同之处。从物理学科角度,核能这部分内容强调知道裂变、链式反应、聚变的大致情况和原子弹、氢弹的制造原理。从化学学科角度,突出学习核原料铀矿中铀原子、原子核的结构特征及其不同核素间的异同关系,解释认识物质世界的本质,体会探索微观世界的乐趣。另外,核能发展议题蕴含丰富的思想政治教育色彩,能引导学生采用“一分为二”的观点,辩证地看待科技这把双刃剑,反思人类社会的行为选择和伦理道德,深感人类社会可持续发展等的重要意义。因此,以核能发展为题的跨学科S S I教学可为培育学生的科学、人文综合素养提供有意义的学习环境。我国台湾地区及国外有关核能的S S I教学研究多数侧重于探讨核能议题对学生认知结构发展水平4-5、非形式推理6、科学论证7及决策能力的影响8-9等实证研究,而具体的核能S S I教学设计过程则未见呈现,且东西方不同国情对课程设计与实施也有较大影响。因此,已有研究对具体的核能议题教学设计与实践缺乏针对性的指导与借鉴。核能对人类社会的意义非凡,已成为S S I教学的热门话题之一。然而,我国大陆地区有关S S I教学的设计大多停留在S T S(S c i e n c e,T e c h n o l o g y,S o c i e n t y)层面,过于注重科学和技术对社会产生的作用,而忽略了科技手段应用结果的伦理学意义及其对学生道德水平的发展1 0。此外,由于缺乏了解,再加上媒体报道质量良莠不齐,很多新闻媒介忽视开发利用核能的重要价值,孤立片面地报道其带来的负面影响,导致包括学生在内的广大民众常常谈“核”色变。这些显然都不利于“科学态度与社会责任”核心素养目标的达成。2 教学思想与创新点本课例借日本拟排放福岛核废水这一热点事件,以“核能发展的进与退”为题,深入挖掘其承载的核心学科知识,以核原料原子结构的解析及核发电原理的介绍,实现教材中核素、同位素概念以及物理学科中热能、机械能与电能转化知识的应用和巩固;在此基础上进一步拓展核裂变、链式反应等内容以帮助学生从理论层面理解核能应用的原理;通过设置“核能发电的利弊有哪些?如何看待日本政府宣称拟将福岛百万吨核污水排放入海?”84化 学 教 育(中英文)(h t t p:/w w w.h x j y.c h e m s o c.o r g.c n)2 0 2 3年第4 4卷第5期等具有一定梯度和关联性的问题,引导学生从核电技术应用的学科视角转向社会责任与伦理视角,从不同观点与信息出发进行思考、展开对话,体验在充分论证的基础上作出合理决策的过程,达成核能发展问题的全面认识,学会科学辩证地看待问题、解决问题,强化社会责任意识,感受“人类命运共同体”的内在逻辑。3 教学目标 本课例教学目标如下:(1)通过核裂变过程及核电站工作原理的学习,巩固原子结构、核素、同位素概念及初中物理热能 机械能 电能相互转化的知识,理解核能应用的原理。(2)通过核电技术的利弊讨论,学会辩证看待科学技术的发展与社会环境的复杂关系,树立可持续发展观念。(3)通过搜集阅读核废水排放的相关资料并以不同立场进行辩论,学会多角度分析问题,有理有据地形成观点并做出合理的价值判断,发展科学推理论证的能力。(4)通过交流分享“核技术在生产生活中的广泛应用”与总结反思探讨过程,感受核能发展的价值,纠正“因噎废食”的片面观点,提高理智参与社会决策的公民意识,提升“科学态度和社会责任”的核心素养。4 教学流程本课例通过情境创设、问题指引和观点陈述、思辨对话等方式开展以学生为主体的探讨式S S I教学活动,分为课前准备、课中交流探讨和课后反思总结等3个时段(教学流程见表1)。表1 教学任务及流程T a b l e 1 P r o j e c t t a s k s a n d t e a c h i n g p r o c e s s e s时段教学任务学生活动教师支持设计意图课前准备任务1:课堂探讨前2周了解核电站的工作原理、利弊及本次议题的背景,明确在议题中的立场和依据(1)阅读议题材料,自主收集更多相关资讯;(2)完成S S I教学活动引导单(见表2)(1)分配小组角色;(2)整理发放“核电技术”“排放核废水”等议题材料培养学生的信息阅读能力,初步了解议题背景,提前做好准备,为S S I教学的顺利开展奠定基础课中交流探讨任务2:角色扮演,对日本政府拟排放福岛核废水所引发的冲突争议进行批判性地思考和探讨(1)学习核电站工作原理;分享核电技术的利弊;(2)组内讨论排废水事件,代表发言、组员补充;(3)倾听、思考,组间对涉及的冲突争议展开对话(1)对核电技术涉及的知识进行讲解补充;(2)介绍社会性科学议题的含义与学习意义;(3)组织学生围绕议题发表看法和探讨巩固相关知识的掌握。从多角度辩证地讨论排放核废水的影响,促进学生学会科学、批判性地看待事物的多面性,提升大局意识和社会责任任务3:自由发言,分享核技术在生产生活中的应用(1)了解一些专家政客的看法意见等;(2)分享核技术在生产生活中的应用(1)总结学生看法,查找介绍相关专家的观点评论;(2)组织学生分享核技术在生活中的应用启示学生今后不要谈“核”色变,要逐渐学会科学、辩证地看待科技进步对社会发展的功与过课后总结反思任务4:编撰思维导图或议题小论文等对整个探讨过程进行反思回顾编撰思维导图或议题小论文,对核能的进一步发展发表看法和主张布置了课后小任务,并挑选优秀作品粘贴于班级墙上共赏再度唤起学生对议题内容的思考,促使情感与思维的升华表2 S S I引导单题目设计T a b l e 2 T o p i c d e s i g n f o r S S I g u i d e l i s t 任务题目设置设置意图1核能发电的利弊有哪些引发学生对核电技术的辩证思考2如何看待日本政府宣称拟将福岛百万吨核污水排放入海引导学生站在所扮演的人物立场上思考问题3核技术还有哪些方面的应用激发学生求知欲,拓宽认知视野4你是否支持核能的进一步发展?你的理由是什么思考核能发展的进与退,促使学习思考的升华5 教学实录组织学生围绕着社会性科学议题进行思考、对话是S S I教学的核心环节。本次S S I教学活动的课堂探讨利用每周1课时的班会课进行,分为2周实施,共计2个课时。课中交流探讨的教学实录片段如下。5.1 情境导入,头脑风暴课堂伊始,通过播放视频,引起学生的注意和兴趣,感受科技的进步为人类生活质量带来极大改善的同时,也带来了不少负面影响。随后以核电技术为例,回顾与核素相关的知识,介绍核电站的工作原理,组织学生进行头脑风暴,交流有关核电技术优缺点的各种看法。942 0 2 3年第4 4卷第5期 化 学 教 育(中英文)(h t t p:/w w w.h x j y.c h e m s o c.o r g.c n)【教师】核能(原子能)的开发利用是2 0世纪以来人类开发利用清洁能源的重要途径之一,对人类社会的意义非凡。以核能发电为例,核电站的开发和建设始于2 0世纪5 0年代,其重要原料之一是2 3 59 2U,请说出这个式子蕴含的信息。【学生】铀的质子数和电子数都是9 2,质量数是2 3 5,还能算出中子数是1 4 3。【教师】除了2 3 59 2U外,还存在2 3 49 2U、2 3 89 2U,它们的原子结构有何异同?2 3 59 2U、2 3 49 2U、2 3 89 2U是否为同一种元素?它们之间有何联系?【学生】质子数和电子数都相同,但中子数不同;3者是同一种元素,彼此互为同位素。【讲述】它们都是铀元素的核素,其中铀2 3 5的原子核受到外来中子轰击时,一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量较小的原子核,同时放出2 3个中子,并释放出很大的能量,这个过程就是核裂变。此外,裂变产生的中子又去轰击另外的铀2 3 5原子核,引起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应,链式反应产生大量的能量。【教师】核能怎么转化成电能呢?【学生】核裂变产生的热可以加热水产生水蒸气,水蒸气带动轮机运转,发电机发电。实现了从核能到热能到机械能最终到电能的能量转化。【教师】我国十分重视核电技术的开发应用。统计显示,我国的年度核能发电量呈逐年递增趋势。相比于火力、水力等传统的发电方式,利用核能发电有什么优点呢?此外,科技发展是一把双刃剑,我们需要辩证地看待核电技术。利用核电技术又有什么缺点呢?【学生】各抒己见,分享利用核技术发电的优缺点,归纳于表3。表3 学生关于核电技术优缺点的看法概括T a b l e 3 S u m m a r y o f s t u d e n t s v i e w s o n t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f n u c l e a r p o w e r t e c h n o l o g y优点缺点1.促进了能源与环境的协调发展,是一种清洁能源;2.能耗更少、效率更高,是一种经济的能源;3.与太阳能、风能比,几乎不受外界约束,是一种可靠的能源1.核废料和退役机组难处理,对公众和环境会构成重大风险;2.铀矿是有限和不可再生的,同时采铀矿有风险;3.核电站受不可抗力影响大(地震、海啸等)5.2 角色扮演,批判探讨了解核电技术的利弊后,介绍“社会性科学议题”的概念及其教学价值,随后组织学生就日本政府拟排放福岛核污水事件涉及的冲突争议进行小组讨论、以不同角色展开对话,体会事物发展的复杂性,发展论证能力。【教师】接下来我们就近期日本政府宣称拟将福岛百万吨核污水排放入太平洋的新闻切入,通过角色扮演,谈谈你对这个争议性事件的看法。【日本政府】2 0 1 1年3月,日本北部发生9.0级地震,紧接而来的海啸直接摧毁了福岛核电站地下的供电系统,最终发生了爆炸,发生灾难性核泄漏。这9年来,我们每天需要向反应堆注入1 5 0吨冷却水然后储存在一个个水箱里。直到现在,储水罐里的核废水大概已经有1 1 0万吨,而且还在继续以每天1 7 0吨的速度增加。预计到2 0 2 2年,废水储存设施将达到极限。目前我们别无选择,只能把污水排入大海,使污水稀释。【渔民】我们渔民靠海吃海,一旦核废水进入海洋,让我们养的海产品达不到安全标准,肯定会对我们带来灾难性的打击。我们渔民坚决抗议将核污水向海洋排放。【普通民众】核废水肯