跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的國(guó)際能源資源評(píng)析

摘 要：能源教育無論在面向社會(huì)大眾的科學(xué)普及過程中還是在中小學(xué)課程體系中都具有獨(dú)特意義，在新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的背景下更加重要。Our Future. Energy作為典型的能源教育主題網(wǎng)站案例，關(guān)注社會(huì)性科學(xué)議題的問題且活動(dòng)資源豐富，有助于拓展我國(guó)教師跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的國(guó)際視野，借鑒網(wǎng)站開展本土化教學(xué)可以提升學(xué)習(xí)者的能源素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：能源教育；跨學(xué)科實(shí)踐；網(wǎng)絡(luò)資源；社會(huì)性科學(xué)議題

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、背景

能量是自然科學(xué)領(lǐng)域各學(xué)科的大概念。在美國(guó)《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（Next Generation Science Standards，以下簡(jiǎn)稱NGSS）強(qiáng)調(diào)的“跨學(xué)科概念”中認(rèn)為能量跨越學(xué)科界限，在物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)和地球與空間科學(xué)等模塊中都有分布且相互聯(lián)系，有助于從整體視角解釋科學(xué)問題[1]。能源是與能量概念最為密切相關(guān)的社會(huì)性科學(xué)議題，還是提升國(guó)家社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵要素，人類的一切經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和生存都依賴于能源的供給。能源所衍生的問題牽涉廣泛，緊系社會(huì)生活各方面，涉及科技前沿、軍事應(yīng)用、政治、環(huán)境等重要領(lǐng)域，更體現(xiàn)在滿足居民生活需求的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)上，包括烹飪、照明、取暖、家庭設(shè)備的直接用能，食品、衣物、醫(yī)療、教育、文化娛樂等需求也都消耗能源[2]。能源問題也會(huì)給人類生活帶來負(fù)面影響，例如能源大量消耗導(dǎo)致部分地區(qū)供應(yīng)不足，可能導(dǎo)致生存困難；化石燃料的濫用帶來太多環(huán)境污染，危害人類健康，甚至通過氣候問題間接影響糧食產(chǎn)量等[3]。過度的能源消耗給人類帶來重大災(zāi)難，而導(dǎo)致能源過度消耗的原因之一是民眾缺乏與能源相關(guān)的知識(shí)和意識(shí)。事實(shí)上，目前中小學(xué)課程尚缺乏整合型能源教育，畢竟能源問題是涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的社會(huì)性科學(xué)議題，既依賴于物理、化學(xué)、生物和地理等基礎(chǔ)學(xué)科，又涉及工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)等。此外，目前也沒有系統(tǒng)性、開放性的能源教育平臺(tái)供教師參考，科學(xué)教師學(xué)習(xí)經(jīng)歷也缺乏對(duì)能源技術(shù)和應(yīng)用的充分了解，這些都可能導(dǎo)致能源教育的教學(xué)實(shí)踐停留在空中樓閣[4]。所以亟待基礎(chǔ)教育階段促進(jìn)不同學(xué)科教師之間的交流和協(xié)作，推動(dòng)跨學(xué)科能源教育。

各國(guó)的能源教育可以為我國(guó)能源教育發(fā)展提供新思路。日本將能源教育定性為實(shí)現(xiàn)“新國(guó)家能源戰(zhàn)略”的重要舉措之一，為推進(jìn)能源教育事業(yè)，根據(jù)中小學(xué)師生、市民等不同對(duì)象制定事業(yè)內(nèi)容與事業(yè)概要，充實(shí)能源教育內(nèi)容，增進(jìn)核能理解，創(chuàng)設(shè)輔助金制度，并要求能源相關(guān)企業(yè)支援能源教育事業(yè)[5]。英國(guó)能源教育課程融入多學(xué)科內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的工具作用，要求學(xué)生切實(shí)掌握課程標(biāo)準(zhǔn)提出的基礎(chǔ)知識(shí)與基本內(nèi)容，強(qiáng)烈要求開展實(shí)踐環(huán)節(jié)[6]。學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家能源教育的成功經(jīng)驗(yàn)，重在把這些經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為符合中國(guó)能源教育的方法。如在教師專業(yè)能力發(fā)展上，美國(guó)政府每年舉辦時(shí)長(zhǎng)1 ～ 5天的“國(guó)家能源教師研討會(huì)”，促進(jìn)教師有更多途徑去理解能源教育信息，并開展不同地區(qū)能源教育的交流合作[7]。在能源教育教材與課程開發(fā)上，美國(guó)率先開發(fā)了K12能源教育系列教材，威斯康星州由此推出K12能源教育計(jì)劃（KEEP），建立起全州范圍的能源教育工作者網(wǎng)絡(luò)，已成為國(guó)際能源教育的典范[8]。

近年來我國(guó)在各類課程標(biāo)準(zhǔn)文件中也對(duì)能源教育的要求進(jìn)行了強(qiáng)化，《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》和《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版，2020年修訂）》中，“能量”“能源”被多次提及，強(qiáng)調(diào)能源對(duì)人類生存的重要性及能量守恒定律的內(nèi)涵和外延，突出能源可持續(xù)利用和發(fā)展的應(yīng)用趨勢(shì)。其中義務(wù)教育階段的能源教育主要以生活態(tài)度或觀念為主，高中開始在物理和化學(xué)課程中融合較多與能源相關(guān)的學(xué)科知識(shí)，但在生物和地理課程中尚未得到充分重視。

基于國(guó)際視野借鑒能源教育特色課程資源，既有助于強(qiáng)化我國(guó)能源主題的科普教育，又能豐富多學(xué)科課程資源。

二、中小學(xué)能源教育研究文獻(xiàn)綜述

我國(guó)知網(wǎng)上的國(guó)內(nèi)期刊對(duì)能源教育的研究相對(duì)較少，這些研究尚且停留在述評(píng)，缺少實(shí)證研究。綜觀國(guó)際期刊對(duì)能源教育的研究?jī)?nèi)容，可以分為以下四類。

（一）能源教育的體系和模式研究

能源教育的目的并不只是為了培養(yǎng)出能源方面的專家，還要培養(yǎng)出具有能源知識(shí)的公民，使人類在面對(duì)個(gè)人、地方和全球能源問題時(shí)做出正確且明智的決定。而在全球可持續(xù)性發(fā)展的背景下學(xué)習(xí)能源，基于探究和以學(xué)生為中心的教學(xué)法，能鼓勵(lì)批判性思維、系統(tǒng)思維和協(xié)作學(xué)習(xí)，從而有效開展能源行動(dòng)。全球可持續(xù)發(fā)展教育有意地聚焦全球熱點(diǎn)和基于可持續(xù)性發(fā)展來制定、設(shè)計(jì)課程，融入全球各地的不同文化視角，納入世界數(shù)據(jù)和案例研究，以幫助學(xué)生拓寬和深化全球視野?；谌蚩沙掷m(xù)發(fā)展的視角編寫的初高中跨學(xué)科能源課程《面對(duì)未來（FTF）》，由來自世界各地不同學(xué)科領(lǐng)域的教師在課堂上進(jìn)行試點(diǎn)并提供反饋，重新設(shè)計(jì)、改進(jìn)直至最終構(gòu)建體系。該課程涵蓋了能源基礎(chǔ)知識(shí)，并拓展至能源應(yīng)用、增效和節(jié)能等，促進(jìn)對(duì)能源的實(shí)踐探索[9]。此外，學(xué)界也意識(shí)到能源背景下的文憑水平課程建設(shè)有助于培訓(xùn)可再生能源系統(tǒng)的制造、安裝、操作和維護(hù)人員，能源教育和STEM職業(yè)從業(yè)者直接相關(guān)[10]。

（二）學(xué)習(xí)者能源素養(yǎng)研究

截至目前，能源素養(yǎng)并沒有共通的定義。DeWaters和Powers將能源素養(yǎng)理解為與能源相關(guān)的基本知識(shí)領(lǐng)域、能源生產(chǎn)和消費(fèi)對(duì)環(huán)境的影響及日常生活中如何使用和節(jié)約能源。美國(guó)能源部提出了一個(gè)更廣泛的觀點(diǎn)，指出能源素養(yǎng)不僅包括對(duì)世界和日常生活中能源的性質(zhì)及作用的理解，還包括應(yīng)用這種理解來回答并解決問題的能力[11]。通過調(diào)查學(xué)生的能源知識(shí)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在能源學(xué)習(xí)過程中的問題。能源問卷調(diào)查的問題設(shè)定需要經(jīng)過仔細(xì)衡量，僅調(diào)查與能源相關(guān)的知識(shí)和意識(shí)無法體現(xiàn)能源素養(yǎng)，需要以認(rèn)知（知識(shí)、認(rèn)知技能）、情感（態(tài)度、價(jià)值觀、個(gè)人責(zé)任）和行為三個(gè)方面為基礎(chǔ)的能源知識(shí)素養(yǎng)作為調(diào)查框架，并隨時(shí)間改變以適應(yīng)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境的變化，以期評(píng)估教育計(jì)劃在提高學(xué)生能源素養(yǎng)方面的更廣泛影響[12]。2012年美國(guó)針對(duì)某校八年級(jí)學(xué)生對(duì)能源資源和相關(guān)問題的知識(shí)進(jìn)行調(diào)查研究，包括能源獲取，能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸以及能源消耗和節(jié)約，整個(gè)評(píng)估指標(biāo)的平均得分表明八年級(jí)學(xué)生對(duì)能源知識(shí)的概念理解不夠明確，通過分析可知學(xué)生對(duì)能源有許多誤解[13]。

（三）關(guān)注能源教育的教師專業(yè)發(fā)展研究

美國(guó)組織9名初中科學(xué)教師與7名高中科學(xué)教師參與在職科學(xué)教師專業(yè)發(fā)展計(jì)劃，應(yīng)用生態(tài)現(xiàn)代化情境體驗(yàn)式學(xué)習(xí)模式，帶領(lǐng)教師參觀能源開采地點(diǎn)，更好理解能源生產(chǎn)過程。參與教師表示，這種體驗(yàn)式學(xué)習(xí)在豐富自身能源知識(shí)、拓展自己的能源視野、課堂教學(xué)等方面發(fā)揮了作用，對(duì)能源的深入理解使他們能夠更自信、更全面地講授能源問題，也希望將體驗(yàn)式學(xué)習(xí)融入自己的課堂[14]。此外，基于探究框架為47名初高中教師開設(shè)了一門以能源科學(xué)為重點(diǎn)的面對(duì)面和在線專業(yè)發(fā)展課程研究[15]表明，探究框架結(jié)構(gòu)改善了教師實(shí)施課堂探究的方法，尤其是初涉探究式教學(xué)的教師，他們發(fā)現(xiàn)該模式易于開展而且效果良好。在內(nèi)容方面，教師對(duì)能源科學(xué)的興趣很高，促進(jìn)了一系列學(xué)科中能源科學(xué)活動(dòng)的開展。建議在能源科學(xué)中增加教師專業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)，以便為教師擴(kuò)充內(nèi)容知識(shí)，增加他們?cè)诮虒W(xué)能源科學(xué)方面的信心。

（四）能源教育的實(shí)施效果研究

采用一定教學(xué)模式的能源教育有助于提升學(xué)習(xí)者的能源素養(yǎng)。Hong等人發(fā)現(xiàn)POE（預(yù)測(cè)-觀察-解釋）探究式教學(xué)策略能有效提高技校學(xué)生在可再生能源課程中的自我效能感[16]； Wang等人通過研究發(fā)現(xiàn)POE探究式教學(xué)策略不僅可以提高學(xué)習(xí)者對(duì)可再生能源優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知，還可以提高他們對(duì)可再生能源潛在弱點(diǎn)的理解[17]。

綜上可見，國(guó)外能源教育起步早，特別是在課程設(shè)置、資源投入、教師培訓(xùn)等方面有很多經(jīng)驗(yàn)值得我國(guó)學(xué)習(xí)。我們?cè)噲D通過對(duì)國(guó)外能源教育主題網(wǎng)站Our Future. Energy學(xué)習(xí)平臺(tái)的評(píng)析，探討國(guó)外能源教育領(lǐng)域的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀提出改進(jìn)和發(fā)展的建議，以期促進(jìn)我國(guó)能源教育的發(fā)展。

三、Our Future. Energy網(wǎng)站介紹及評(píng)析

（一）網(wǎng)站背景

Our Future. Energy是一個(gè)由英國(guó)與全球政府和能源行業(yè)機(jī)構(gòu)合作建立的互動(dòng)網(wǎng)站，供教師和家長(zhǎng)等查找以能源為主題的教育資源，旨在幫助教師讓11 ～ 16歲的孩子參與支持與未來能源供應(yīng)相關(guān)的關(guān)鍵問題，并幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)，形成他們對(duì)能源結(jié)構(gòu)的知情意見。該網(wǎng)站由OPITO資助和支持（OPITO是能源行業(yè)全球性非營(yíng)利技能機(jī)構(gòu)），格拉斯哥科學(xué)中心受托創(chuàng)建、開發(fā)和維護(hù)，并由來自能源部門的合作伙伴組織（包括石油和天然氣，可再生能源和核工業(yè)）提供資源。網(wǎng)站以英文呈現(xiàn)，提供多樣化的學(xué)習(xí)材料，包括文章、游戲、動(dòng)畫和視頻，可選擇科目、國(guó)家、主題、課程級(jí)別等進(jìn)行詳細(xì)的資源檢索。每篇資訊會(huì)附上與之相關(guān)的更多信息鏈接。

（二）網(wǎng)站欄目

Our Future. Energy網(wǎng)站共有九個(gè)欄目，其中，COP26介紹（《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》第26次締約方大會(huì)）、Bright Idea（提供探索未來能源需求的想法和機(jī)會(huì)）、Day In The Life（幫助體會(huì)能源相關(guān)行業(yè)工作者的生活）、Debate（討論能源行業(yè)的進(jìn)步）、How It Works（關(guān)于能源生產(chǎn)如何工作的動(dòng)畫、視頻和信息圖表）、In Focus（能源領(lǐng)域的有趣話題）六個(gè)欄目主要介紹能源相關(guān)知識(shí)，將該六個(gè)欄目總結(jié)為“能源專題”?！癊nergy Mix”（回答其他國(guó)家如何發(fā)電和使用電力的問題）對(duì)應(yīng)“能源結(jié)構(gòu)”，“Quizzes And Games”（互動(dòng)游戲和測(cè)驗(yàn)?zāi)K）對(duì)應(yīng)“測(cè)驗(yàn)和游戲”，“Teacher Zone”對(duì)應(yīng)“教師專區(qū)”。以下將從能源專題、能源結(jié)構(gòu)、測(cè)驗(yàn)和游戲、教師專區(qū)四個(gè)專題對(duì)網(wǎng)站內(nèi)容進(jìn)行介紹。

（1）能源專題

表1對(duì)六個(gè)欄目的模塊進(jìn)行總結(jié)和劃分。

總結(jié)來說，能源是人類生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，涉及多個(gè)方面，包括能源類型的探索與開發(fā)、與生活相關(guān)的消費(fèi)職業(yè)以及不同燃料和能源之間轉(zhuǎn)換的工作原理。了解和關(guān)注能源專題對(duì)于推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對(duì)能源挑戰(zhàn)至關(guān)重要。

（2）能源結(jié)構(gòu)[18]

該網(wǎng)站在“能源結(jié)構(gòu)”處介紹一些國(guó)家如何發(fā)電和使用電力，主要有德國(guó)、法國(guó)、中國(guó)、瑞典、冰島五個(gè)國(guó)家，從該國(guó)在某些能源領(lǐng)域領(lǐng)先于其他國(guó)家、能源儲(chǔ)備是否充足、消費(fèi)者的能源成本高低、滿足當(dāng)前需求而不限制后代滿足其需求的能力四個(gè)方面來展示。

本模塊對(duì)部分國(guó)家進(jìn)行專題介紹，根據(jù)不同國(guó)家的能源特點(diǎn)進(jìn)行具體分析，揭示各國(guó)在可再生能源、能源效率和低碳技術(shù)方面的發(fā)展情況，幫助預(yù)測(cè)不同能源的供給和需求以及能源市場(chǎng)的變化趨勢(shì)，促進(jìn)清潔能源的應(yīng)用和減少對(duì)化石燃料的依賴，推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。

（3）測(cè)驗(yàn)和游戲

測(cè)驗(yàn)環(huán)節(jié)幫助學(xué)生進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用與思考。以“油是干什么用的”主題測(cè)驗(yàn)為例，通過幾個(gè)測(cè)試并給出解釋，加深對(duì)油的用途知識(shí)的了解。

導(dǎo)入：石油，是一種由植物和藻類經(jīng)過數(shù)百萬年形成的燃料。這些生物的遺骸沉入海底并被埋葬。數(shù)百萬年來，地球的壓力和高溫將這些遺骸變成化石燃料。煤炭、石油和天然氣是三種主要的化石燃料。石油用于制造汽車和公共汽車的汽油，也用于制造其他產(chǎn)品。

試試下面的測(cè)驗(yàn)，看看這種化石燃料所制成的日常家用產(chǎn)品，有些結(jié)果可能會(huì)令人感到驚訝。

問題1：口紅是由石油制成的嗎？

問題2：太陽能電池板是由石油制成的嗎？

問題3：口香糖是石油做的嗎？

問題4：CD和DVD是用油制成的嗎？

問題5：隱形眼鏡是由石油制成的嗎？

問題6：除臭劑是用石油制成的嗎？

問題7：衣服是用石油做的嗎？

本模塊就生活中的能源知識(shí)設(shè)計(jì)測(cè)驗(yàn)，并解釋具體原因，雖然每個(gè)測(cè)驗(yàn)的問題不多，但足以體現(xiàn)問題所要表達(dá)的本質(zhì)。石油在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用遠(yuǎn)比大多數(shù)人想象的要廣泛得多。這些問題揭示了石油作為基礎(chǔ)原料在多個(gè)行業(yè)和日常用品生產(chǎn)中的關(guān)鍵作用，從而強(qiáng)調(diào)了它對(duì)全球經(jīng)濟(jì)和能源結(jié)構(gòu)的重要性。太陽能電池板的問題展示了石油如何間接支持可再生能源的發(fā)展，盡管太陽能是清潔的能源形式，其捕獲和轉(zhuǎn)換技術(shù)仍依賴于化石燃料衍生的材料，這表明向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型的復(fù)雜性和經(jīng)歷過渡期的必要性。通過展示從個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品（如口紅、除臭劑）到娛樂媒介（CDs， DVDs），再到衣物和日常用品（口香糖、隱形眼鏡）的廣泛應(yīng)用，我們可以看到現(xiàn)代社會(huì)對(duì)石油的深度依賴。這種普遍性強(qiáng)調(diào)了石油不僅是能源消耗的主要部分，也是現(xiàn)代生活和消費(fèi)品制造業(yè)的基礎(chǔ)。

游戲環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)讓學(xué)生通過模擬操作來探索發(fā)現(xiàn)并模擬解決能源領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。以下是“能源部長(zhǎng)的一天”（見圖1）游戲，通過游戲模擬當(dāng)前面臨的能源挑戰(zhàn)，更能體現(xiàn)能源的復(fù)雜特性，包括可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境影響和能源政策等方面的問題。

背景：英國(guó)承諾到2050年將溫室氣體排放量減少至少80%，為此，英國(guó)經(jīng)濟(jì)應(yīng)該轉(zhuǎn)型，同時(shí)確保到2050年的安全低碳能源供應(yīng)。

要求：使用在線交互式麥凱碳計(jì)算器https：/ / my2050. beis. gov. uk/ ，以能源部長(zhǎng)的身份創(chuàng)建途徑來體會(huì)如何在2050年以后將英國(guó)的溫室氣體排放量減少到凈零。

操作介紹：這個(gè)互動(dòng)游戲提供了能源部長(zhǎng)在能源政策制定方面的選擇。單擊上方的“Play”時(shí)，游戲?qū)⒃谛逻x項(xiàng)卡中打開。使用滑塊選擇能源系統(tǒng)不同部分脫碳的“l(fā)evel of ambition”。然后，計(jì)算器將顯示影響結(jié)果，以“二氧化碳量”（CO2e）表示英國(guó)排放量。最后，單擊“Go to results”以查看2050年與1990年的排放水平對(duì)比結(jié)果圖。

這種體驗(yàn)性游戲的形式使得學(xué)生不僅能夠體驗(yàn)游戲樂趣，同時(shí)也能教育和啟發(fā)學(xué)生，加深他們對(duì)能源的認(rèn)識(shí)和理解，引導(dǎo)他們?cè)谌粘Ｉ钪懈庸?jié)能環(huán)保。從職業(yè)生涯教育的角度來看，在游戲中扮演能源相關(guān)職業(yè)的角色，學(xué)生可以了解各種能源職業(yè)的工作內(nèi)容、技能要求和職業(yè)前景，幫助學(xué)生更好地規(guī)劃未來職業(yè)生涯。并且在模擬游戲中需要解決復(fù)雜的能源問題，如能源供應(yīng)鏈管理、能源效率提高和可再生能源項(xiàng)目規(guī)劃，有助于培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、分析和決策能力。

（4）教師專區(qū)

此區(qū)域的所有資源、視頻均可免費(fèi)下載，可在課堂和家庭中使用，旨在拓寬教師在能源領(lǐng)域的知識(shí)和應(yīng)用思維。教師可通過選擇科目、國(guó)家、課程級(jí)別、主題便捷搜索需要的內(nèi)容，有具體的課程大綱、課堂PPT、實(shí)驗(yàn)工作表等。科目包括應(yīng)用科學(xué)、生物、化學(xué)、綜合科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)、科學(xué)、環(huán)境與社會(huì)、環(huán)境科學(xué)、食品與營(yíng)養(yǎng)、地理、休閑旅游、數(shù)學(xué)與算術(shù)、物理、科學(xué)與技術(shù)；國(guó)家包括英格蘭、北愛爾蘭、蘇格蘭、威爾士；課程級(jí)別包括小學(xué)、初中和高中。

“學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室”是一個(gè)面向課堂和家庭的在線STEM學(xué)習(xí)計(jì)劃，旨在通過為期數(shù)周的多樣化學(xué)習(xí)體驗(yàn)來激勵(lì)學(xué)習(xí)者深入探究。每個(gè)獨(dú)特的課程包括課程計(jì)劃、視頻內(nèi)容、與專家的互動(dòng)以及教師的專業(yè)學(xué)習(xí)和家庭支持。學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室可以幫助教師更好地設(shè)計(jì)課程、運(yùn)用科技工具和理解學(xué)科內(nèi)容，從而提升教學(xué)質(zhì)量。為了確保學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)容能被有效地整合到日常教學(xué)中，教師需要了解如何更好地利用這些資源，包含如何實(shí)施課程計(jì)劃的詳細(xì)指南，利于教師進(jìn)行時(shí)間管理以及評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)成果。

以“學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室-碳捕集技術(shù)”為例，這種綜合性的教育和研究課程巧妙地將理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，促使教師掌握并有效利用技術(shù)工具來增強(qiáng)教學(xué)效果。綜合性課程強(qiáng)調(diào)反思實(shí)踐的重要性，鼓勵(lì)教師不斷審視自己的教學(xué)方法和成效，促進(jìn)其成為終身學(xué)習(xí)者。這種自我驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度是教師職業(yè)成長(zhǎng)的關(guān)鍵。并且學(xué)生能親身參與實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)碳捕獲的基本原理和操作過程。分組實(shí)驗(yàn)鼓勵(lì)學(xué)生協(xié)作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通技巧。收集、分析和解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是科學(xué)研究和工程領(lǐng)域的重要技能，學(xué)生可以根據(jù)整合后的數(shù)據(jù)提出新的假設(shè)和問題，有助于推動(dòng)碳捕獲領(lǐng)域的研究。具體的教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

①融入課程

播放相關(guān)視頻-碳捕獲，介紹用來捕捉工業(yè)釋放的二氧化碳的技術(shù)。這些二氧化碳可以儲(chǔ)存起來或用于下一步的工業(yè)進(jìn)程。

②學(xué)生活動(dòng)

以每組2-3人進(jìn)行。每組分發(fā)一些檸檬汁、小蘇打、湯匙和氣球。學(xué)生們將小蘇打和不同體積的檸檬汁混合在250mL塑料瓶里用氣球捕捉釋放的二氧化碳，并測(cè)量含有二氧化碳的氣球的周長(zhǎng)。

③具體操作（見表2）

第一步：在小塑料瓶中放入4湯匙水。

第二步：每個(gè)小組會(huì)被告知要往水里加多少湯匙檸檬汁。

第三步：當(dāng)一個(gè)同學(xué)盡可能地打開氣球頸部時(shí)，另一個(gè)同學(xué)應(yīng)在氣球中放入1茶匙小蘇打。

第四步：把氣球固定在塑料瓶上，不要把小蘇打倒進(jìn)瓶子里，確保瓶子和氣球之間是一個(gè)緊密的體系。

第五步：一個(gè)同學(xué)緊緊抓住氣球頸部與瓶子的接口處，另一個(gè)同學(xué)把小蘇打倒進(jìn)瓶子里。

第六步：一旦反應(yīng)開始，氣球就開始充氣。氣球停止膨脹后，用卷尺測(cè)量它的周長(zhǎng)。

④實(shí)驗(yàn)探究

探究1：發(fā)生了怎樣的化學(xué)反應(yīng)？

有氣泡產(chǎn)生，是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。

探究2：清洗瓶子，用不同量的檸檬汁重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

探究3：描述使用不同量的檸檬汁時(shí)你注意到的現(xiàn)象。

根據(jù)每次檸檬汁的用量，可能會(huì)看到氣泡體積的差異、氣球膨脹后的大小以及反應(yīng)結(jié)束后留在瓶底的小蘇打量。

探究4：當(dāng)二氧化碳從工業(yè)過程中釋放出來時(shí)，可以使用碳捕獲技術(shù)進(jìn)行捕獲和存儲(chǔ)，通常需要用管道輸送二氧化碳。為什么二氧化碳在運(yùn)輸之前經(jīng)常被壓縮成液體？

二氧化碳在大自然中以氣體形式存在。如果用于運(yùn)輸?shù)墓艿啦粔蛎芊?，氣體就更容易泄漏和逸出。二氧化碳被壓縮成液體時(shí)占用的空間更小，液體更容易處理和運(yùn)輸，管道泄漏的可能性更小。

⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

要求：思考已經(jīng)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，用不同體積的檸檬汁重復(fù)實(shí)驗(yàn)，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

小組共享實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填表作圖，如表3、圖2所示。

探究5：解釋檸檬汁用量與氣球周長(zhǎng)的關(guān)系。

檸檬汁越多，氣球的周長(zhǎng)就越大，因?yàn)樵谂c小蘇打反應(yīng)中釋放了更多二氧化碳。到達(dá)某一點(diǎn)之后就沒有足夠的小蘇打來釋放更多二氧化碳了。

探究6：加入相同湯匙數(shù)檸檬汁的小組可能會(huì)有不同的結(jié)果。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因有哪些？

一湯匙并不是一個(gè)準(zhǔn)確的測(cè)量單位，所以即使各組添加了相同數(shù)量的湯匙，體積仍不同。對(duì)于一茶匙的小蘇打也是如此，一茶匙并不是一個(gè)準(zhǔn)確的測(cè)量單位。同批次氣球的質(zhì)量問題，有些氣球可能比其他氣球更容易拉伸，或操作不當(dāng)，讓二氧化碳泄漏了一些。

探究7：有一種從化學(xué)反應(yīng)中收集氣體的方法-排水法，可以準(zhǔn)確測(cè)量已經(jīng)釋放的氣體體積。由于二氧化碳很容易溶解在水中，這對(duì)測(cè)量二氧化碳釋放有用嗎？為什么？

部分二氧化碳會(huì)溶解在水中，這意味著它并沒有全部聚集在容器中，我們無法準(zhǔn)確測(cè)量二氧化碳的體積。

探究8：當(dāng)被捕獲的二氧化碳被運(yùn)輸時(shí)，它被壓縮成液體。當(dāng)它被注入地下時(shí)，它就變成了氣體。注入地下時(shí)需要考慮哪些問題？

二氧化碳?xì)怏w可以與地下的其他礦物質(zhì)相互作用。如果控制不當(dāng)，二氧化碳?xì)怏w可能會(huì)逸出。隨著時(shí)間的推移，我們需要確保二氧化碳?xì)怏w不受到干擾，否則它會(huì)釋放到大氣中加劇氣候變化。氣體比液體更占空間，所以在注入液體時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。

四、反思

（一）能源教育是我國(guó)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的迫切需求

能源教育是國(guó)家發(fā)展的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略之一。統(tǒng)籌整合教育資源，加快建立發(fā)展能源相關(guān)技術(shù)學(xué)科專業(yè)，加快培養(yǎng)急需緊缺人才，是推動(dòng)我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)與能源高質(zhì)量發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要和必然選擇。近年來國(guó)家相繼印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》《關(guān)于實(shí)施儲(chǔ)能技術(shù)國(guó)家急需高層次人才培養(yǎng)專項(xiàng)的通知》《儲(chǔ)能技術(shù)專業(yè)學(xué)科發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2020—2024年）》，一方面提出能源革命戰(zhàn)略需求，另一方面也強(qiáng)調(diào)能源體系和科技發(fā)展離不開能源人才的培養(yǎng)，所以需要基礎(chǔ)教育到高等教育相配合的能源教育。

我國(guó)基礎(chǔ)教育階段缺少相對(duì)成熟的能源教育課程體系，能源教育內(nèi)容隱性化、碎片化分散在各學(xué)科課程中，欠缺相配合的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，沒有具體指向的實(shí)踐活動(dòng)，素養(yǎng)建構(gòu)難免缺失了學(xué)習(xí)環(huán)境。新能源創(chuàng)新人才的培養(yǎng)迫切需要基礎(chǔ)教育階段及早規(guī)劃和開展能源教育，以更加系統(tǒng)化的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展觀念和創(chuàng)新思維。

（二）能源教育是跨學(xué)科實(shí)踐的極佳載體

能源教育作為跨學(xué)科實(shí)踐的極佳載體，可以提供學(xué)生跨越不同學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，有助于學(xué)生全面理解和應(yīng)對(duì)能源挑戰(zhàn)，促進(jìn)可持續(xù)能源的發(fā)展和利用。借鑒Our Future. Energy學(xué)習(xí)平臺(tái)的要求，針對(duì)能源教育設(shè)計(jì)多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)互聯(lián)的融合專題，中學(xué)階段要加強(qiáng)物理與化學(xué)、生物、地理等科學(xué)課程教師的技能合作和知識(shí)互補(bǔ)，在能源教育議題的選擇與安排方面，還需要科學(xué)教育工作者與政治、歷史學(xué)科教師合作，從宏觀與微觀的角度，考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與政策等，進(jìn)一步思考能源使用與消費(fèi)行為對(duì)全球環(huán)境、本地環(huán)境的影響。能源教育教學(xué)方法方面，需要關(guān)注學(xué)生批判性審讀議題及分析信息的能力提升，建議教師配合學(xué)科課程目標(biāo)或結(jié)合綜合實(shí)踐課目標(biāo)，采用社會(huì)性科學(xué)議題教學(xué)法，通過多元、扎實(shí)的知識(shí)背景作為決策的依據(jù)，運(yùn)用資料搜集、小組討論等方式，對(duì)相關(guān)議題進(jìn)行批判思考，強(qiáng)化議題信息搜集、閱讀、寫作和表達(dá)等環(huán)節(jié)，有效促進(jìn)學(xué)生的公民知識(shí)、態(tài)度與行為參與。能源素養(yǎng)的建構(gòu)不能僅限于圍繞文字或語言的論證，還需要教師設(shè)計(jì)不同學(xué)習(xí)階段配套的綜合理科實(shí)驗(yàn)，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)形式呈現(xiàn)，給予學(xué)生動(dòng)手開展科學(xué)實(shí)踐的機(jī)會(huì)，體驗(yàn)數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程和技術(shù)的融合應(yīng)用，甚至感受到STEM對(duì)社會(huì)進(jìn)程、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大意義。

（三）我國(guó)科學(xué)教育需要應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)資源豐富能源教育課堂

Our Future. Energy的網(wǎng)絡(luò)資源特色鮮明、實(shí)踐性強(qiáng)，為我國(guó)科學(xué)課堂開展富有特色的能源教育提供了很好的借鑒。其實(shí)國(guó)際上還有多個(gè)國(guó)際著名能源教育網(wǎng)站，如Energy Education和Need Project等，它們提供了包括教學(xué)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、多媒體教材等各類教育資源。在國(guó)際能源教育平臺(tái)的啟示下，我們有必要通過網(wǎng)絡(luò)資源讓學(xué)生更直觀地了解能源教育的豐富內(nèi)容，拓寬能源教育視野，有助于了解全球能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和創(chuàng)新技術(shù)，關(guān)注能源科技所帶來的新職業(yè)體驗(yàn)，促使他們關(guān)注國(guó)際能源合作和全球環(huán)境問題。

普及能源教育，更加需要通過我國(guó)本土化的網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)，促進(jìn)以科學(xué)教師為主體的多學(xué)科教師共建、共享行為，促進(jìn)不同區(qū)域、不同學(xué)段、不同學(xué)科的教師針對(duì)能源教育的溝通交流。

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