指向?qū)W科核心素養(yǎng)的研究性學(xué)習(xí)探究

段懷璽 趙寧 鄒萍 張軼炳

摘? ?要：以實際問題為學(xué)習(xí)載體，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究，旨在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。文章以“抗疫”期間的負壓救護車以及紅外測溫槍原理為研究性學(xué)習(xí)案例，對學(xué)生的學(xué)習(xí)以及社會教育都有很好的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：研究性學(xué)習(xí);核心素養(yǎng);社會教育

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）6-0058-4

研究性學(xué)習(xí)是指以教師為主導(dǎo)學(xué)生為主體，以學(xué)生在學(xué)習(xí)生活以及社會生活中所遇到的實際問題為學(xué)習(xí)載體，通過發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，解決問題的科學(xué)研究方法，使學(xué)生利用文獻搜索閱讀與綜述去主動探索科學(xué)問題的一種學(xué)習(xí)方式[1]。研究性學(xué)習(xí)可以促進物理教學(xué)方式改革，培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)。下面就研究性學(xué)習(xí)活動做一些探究。

1? ? 活動目標

通過研究性學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得親身參與研究探索的體驗與感悟，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力、收集分析和利用信息的能力，學(xué)會分享與合作，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)道德、以及對社會的責任心和使命感。

2? ? 實施措施

任課教師是研究性學(xué)習(xí)課程最直接的指導(dǎo)者，負責提供選題，指導(dǎo)課題研究，鑒定與評價研究成果，在班級內(nèi)集中指導(dǎo)學(xué)生選題，主要采用小組合作研究的形式，每個課題小組由3～5人組成，小組內(nèi)選出組長，由組長分配研究任務(wù)，各小組登記課題分組名單，由任課教師進行統(tǒng)一管理。

3? ? 案例分析

案例一：負壓救護車的原理

1.活動準備階段

新冠疫情期間，救護患者急需負壓救護車（圖1），然而我們對負壓救護車的原理一無所知，了解負壓救護車的工作原理，可以幫助我們增加抗擊疫情的信心，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)社會責任感。探究的預(yù)期目標是了解負壓救護車的工作原理。探究過程主要采用調(diào)查歸納法和文獻研究法。

2.學(xué)習(xí)探究階段

負壓救護車的作用：疫情期間對于轉(zhuǎn)運新冠肺炎這樣的傳染性疾病患者來講，普通救護車的防護功能遠遠不夠，使用負壓救護車能夠保護同車的醫(yī)護工作者以及防止病毒通過空氣向外傳播擴散。

知識鏈接：負壓救護車所涉及的是人教版八年級下冊第九章“壓強”部分的知識。

原理探究：回顧我們之前學(xué)過的大氣壓強的知識，空氣會由高氣壓區(qū)域流向低氣壓區(qū)域，而不能由低氣壓區(qū)域向高氣壓區(qū)域流動。負壓救護車通過負壓裝置使車內(nèi)的空氣比車外的空氣更加稀薄，這樣車內(nèi)的壓強就會小于車外的壓強，在車的內(nèi)部和外部之間形成“壓強差”，空氣就只能從車外進入車內(nèi)，而車內(nèi)的空氣經(jīng)過過濾裝置之后才能排向車外，這樣病毒就不會通過空氣向外傳播。如圖2所示，車內(nèi)裝置有新風(fēng)系統(tǒng)，通過風(fēng)機實現(xiàn)送風(fēng)與排風(fēng)，在車內(nèi)形成一個單向流動的新風(fēng)流動場，使新鮮空氣經(jīng)由醫(yī)護工作者流向一次過濾擔架內(nèi)的患者，再由患者流向二次過濾裝置，然后由排風(fēng)系統(tǒng)把過濾后的空氣向車外排除，這樣就可以降低醫(yī)護工作者被感染的風(fēng)險了[2]。我們生活中的抽油煙機以及人們吸氣時的肺部也都是負壓裝置。

3.怎樣使用負壓救護車更規(guī)范呢？

第一是轉(zhuǎn)運前的準備，在轉(zhuǎn)運病人之前隨行醫(yī)生以及護士需要做好防護措施，穿防護服，戴N95口罩、帽子、護目鏡或防護面罩、手套、鞋套等;司機也要做好同等的防護措施，告知司機該病的傳染性以及注意事項。打開車內(nèi)的負壓通風(fēng)設(shè)備，嚴密隔離駕駛室和車廂。

第二是轉(zhuǎn)運中的監(jiān)測，轉(zhuǎn)運途中醫(yī)護工作者通過隔離手套護理病患，告知病患患病的情況，給病患做好心理輔導(dǎo)，監(jiān)測病患體溫，觀察病患呼吸情況以及意識，提前通知接收醫(yī)院準備好相應(yīng)的儀器設(shè)備以及隔離病房，保證病患能夠得到及時的治療。

第三是轉(zhuǎn)運后的清理，醫(yī)務(wù)人員和司機在轉(zhuǎn)運病人后及時更換全套防護用品。救護車返回到定點位置進行消毒，對空氣、物體表面、病人使用過的一切用品、醫(yī)療廢棄物進行消毒處理，轉(zhuǎn)運車輛用2 000 mg/L含氯消毒液噴灑和擦拭消毒，消毒后開窗通風(fēng)備用[3]。

案例二：紅外測溫槍的工作原理

1.活動準備階段

大部分感染新冠肺炎的患者都會伴隨體溫升高的癥狀，體溫檢測可以幫助人們及時發(fā)現(xiàn)患者。傳統(tǒng)的水銀溫度計需要較長時間才能測出體溫，相比之下，使用紅外測溫槍（圖3、圖4）則會更加的高效。研究的目的是了解紅外測溫槍的工作原理，激發(fā)科學(xué)探索的興趣，增強社會責任感。采用的研究方法是調(diào)查歸納法和文獻研究法。

2.學(xué)習(xí)探究階段

紅外測溫槍的作用：紅外測溫槍可以快速地測量出人體體溫，在疫情期間可以幫助醫(yī)生快速發(fā)現(xiàn)可能感染的病人，有效降低病毒傳播的風(fēng)險。

知識鏈接：紅外測溫槍所涉及的是人教版八年級上冊4“光的色散”和人教版高中物理選擇性必修第三冊“普朗克黑體輻射理論”部分的知識。

光的色散：17世紀倫敦大瘟疫，牛頓在家隔離期間做了光的色散實驗。他用白光照射三棱鏡，發(fā)現(xiàn)白光通過三棱鏡后變成了一束光線，而且這束光線中有的光偏折的多，有的光偏折的少。偏折的比較多的光是紫色的，偏折的比較少的光是紅色的，從上到下依次是“紅橙黃綠藍靛紫”。牛頓把每一種顏色的光分別再次通過棱鏡后發(fā)現(xiàn)每一種顏色的光不再發(fā)生變化，說明這些光是單色光。他又通過凸透鏡把這些光線會聚后再通過三棱鏡，這束光又變成了白光，說明白光是由單色光組成的復(fù)合光。

紅外線：一百年后科學(xué)家赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅光之外的光線使物體升溫最快，最早發(fā)現(xiàn)了紅外線。紅外線的波長在760 nm～1 mm之間，不同的物體輻射的紅外線的功率不一樣。

黑體輻射：高于絕對零度的一切物體都在輻射電磁波。斯特藩和玻爾茲曼發(fā)現(xiàn)物體溫度越高電磁輻射越強，并且單位面積的輻射功率P=σ×T4 （T：絕對溫度，σ：斯特藩玻爾茲曼常數(shù)）

維恩位移定律：物體溫度不一樣的時候?qū)?yīng)不同波長的光輻射的能量也不一樣（圖5），黑體的溫度與輻射本領(lǐng)最強的波長的乘積為一個常數(shù)。用公式表示為：λm=（b為維恩常量）。

探究中滲透的核心素養(yǎng)如表2所示。

紅外測溫槍上有對紅外線敏感的光敏元件（圖4），可以收集我們額頭上單位面積輻射的紅外線功率，例如正常人體單位面積輻射的功率為P=521 W/m2，由黑體輻射公式可以計算出體溫T=309.6 K，即36.5 ℃。人體正常溫度T=309.6 K帶入維恩位移定律公式計算可得人體輻射的電磁波的峰值波長為λm=9357 nm，主要集中在紅外這個波段，而其他的波段比較少，所以我們把這種測溫方式叫作紅外測溫[4]。

3.怎么樣可以讓測得的溫度更準確呢？

第一，紅外測溫槍的激光束不能照射人的眼睛，激光束是幫助定位測量位置的，對測量的結(jié)果沒有影響，激光束照射眼睛會對眼睛造成損傷。

第二，紅外測溫槍的槍口要垂直對準測量區(qū)域，這樣才能保證收集到的紅外輻射能量是從被測量區(qū)域輻射出來的。

第三，紅外測溫槍不可測量光滑反光的物體表面溫度，因為光滑反光的物體可以反射紅外輻射能量，導(dǎo)致測溫槍測出的溫度不是物體本身的溫度。

第四，紅外測溫槍離人體的距離為5 cm至8 cm時較為準確，離人體距離太遠或太近都會導(dǎo)致測溫槍收集到的紅外輻射能量變少而增加誤差。

4? ? 結(jié)? 論

同樣是因為疫情隔離在家，牛頓卻沒有停止思考，在家也能夠有偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。正是因為一代代科學(xué)家不懈的努力，才有了如今應(yīng)對疫情的高效檢測方式。作為學(xué)生，我們要學(xué)習(xí)科學(xué)家們潛心研學(xué)的精神，為社會的發(fā)展進步貢獻出自己的一份力量。

此次疫情期間大部分學(xué)生都隔離在家學(xué)習(xí)，這正是開展研究性學(xué)習(xí)的大好時機。緊密結(jié)合新冠疫情與物理學(xué)科的考點、熱點，開展以“抗疫”為主題的物理課程研究性學(xué)習(xí)課題，對學(xué)生學(xué)習(xí)以及社會教育具有很好的指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1]張菁.對我國“研究性學(xué)習(xí)”研究的回顧與反思[J].課程·教材·教法，2009，29（08）：11-16+10.

[2]衣穎，趙明，李艷菊，等.負壓救護車排風(fēng)凈化裝置的研制與應(yīng)用[J].中國衛(wèi)生工程學(xué)，2012，11（02）：89-91+96.

[3]段紅霞，吁英，謝青梅，等.負壓救護車轉(zhuǎn)運新型冠狀病毒肺炎病人的安全管理[J].全科護理，2020，18（07）：818-819.

[4]俞聯(lián)夢.紅外測溫儀測溫系統(tǒng)準確性研究[J].信息技術(shù)與信息化，2020（03）：69-71.

（欄目編輯? ? 羅琬華）