徐建榮

(江蘇省昆山第二中等專業(yè)學(xué)校,江蘇昆山 215300)

關(guān)注“低碳”讓物理教學(xué)緊跟時(shí)代步伐

徐建榮

(江蘇省昆山第二中等專業(yè)學(xué)校,江蘇昆山 215300)

所謂低碳,就是在生產(chǎn)、生活過(guò)程中盡量減少溫室氣體的排放.2009年,新能源和其他能源、環(huán)境科技正迅猛發(fā)展,全球氣候變暖、冰川融化、海平面上升這些字眼,隨著電影《2012》的熱映仿佛從遙遠(yuǎn)的未來(lái)一下子闖進(jìn)了我們的生活,令我們心驚膽顫.不僅對(duì)未來(lái),甚至對(duì)眼下的生活都充滿了恐慌.誰(shuí)能阻止世界末日的到來(lái)?電影中的各國(guó)政府在不得以的情況下開(kāi)始聯(lián)手制造方舟.值得慶幸的是現(xiàn)實(shí)中的地球還未到那一地步,地球村的村民們還有能力來(lái)拯救我們的家園.哥本哈根氣候大會(huì)正是在這樣的目的下召開(kāi),雖然會(huì)議的過(guò)程更像是一部鬧劇,但畢竟讓我們都認(rèn)識(shí)到,要阻止世界末日,低碳必將成為一個(gè)趨勢(shì),一個(gè)發(fā)展的新方向.物理教學(xué)中我們要緊跟時(shí)代熱點(diǎn)和步伐,努力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和時(shí)代的責(zé)任感.

1 跟蹤物理發(fā)展前沿,樹(shù)立全新教育理念

我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生體驗(yàn)到物理學(xué)是一門發(fā)展中的科學(xué),是現(xiàn)代前沿科學(xué)中最激勵(lì)人心的學(xué)科之一,這就要求我們每個(gè)物理教師對(duì)物理學(xué)現(xiàn)代進(jìn)展的各個(gè)前沿領(lǐng)域,有一概括、清晰的了解.物理教師應(yīng)樹(shù)立全新的教育理念,物理教學(xué)理應(yīng)走在創(chuàng)新教育的前列,應(yīng)該去搶占創(chuàng)新教育的先機(jī)和制高點(diǎn).我們不能僅僅停留在“傳道,授業(yè),解惑”這一層面上,更要善于“啟疑”,追蹤物理學(xué)的現(xiàn)代前沿領(lǐng)域,努力提高自身的學(xué)術(shù)水平,才能對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)知識(shí)理解得更深刻,才有可能深入淺出、簡(jiǎn)明生動(dòng)地向?qū)W生闡述深?yuàn)W的物理學(xué)理論.“低碳”時(shí)代的來(lái)臨,每個(gè)人如何為“低碳”作出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn),有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲,創(chuàng)造欲,只有這樣,才可能改變目前中等學(xué)校普遍存在著物理學(xué)“難教難學(xué)”的狀態(tài),才能使更多的學(xué)生愛(ài)學(xué)物理,學(xué)好物理.物理教師要成為21世紀(jì)的合格教師,就要追蹤物理學(xué)的現(xiàn)代進(jìn)展的前沿,教學(xué)中通過(guò)展示物理學(xué)發(fā)展的歷程,讓學(xué)生學(xué)習(xí)一些科學(xué)方法和科學(xué)家的探索精神,關(guān)心科技發(fā)展的動(dòng)態(tài),關(guān)注技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)的社會(huì)進(jìn)步和問(wèn)題,樹(shù)立正確的科學(xué)觀.

2 聯(lián)系生活實(shí)際,激發(fā)學(xué)習(xí)物理興趣

從生活走向物理,從物理走向社會(huì),只有讓學(xué)生體會(huì)到物理知識(shí)的作用,才能激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲.低碳經(jīng)濟(jì)是以能源高效利用和清潔能源開(kāi)發(fā)為基礎(chǔ),以低能耗、低污染、低排放為基本特征的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式.發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)與我國(guó)堅(jiān)持節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策,建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì),走新型工業(yè)化道路是一致的.在能量守恒的教學(xué)中,有學(xué)生問(wèn)既然能量是守恒的,為什么還會(huì)出現(xiàn)能源危機(jī)呢?我們說(shuō)能量是守恒的,但由于能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有方向的,能源卻不是取之不盡、用之不竭的,化石能源等是不可再生的能源,現(xiàn)在開(kāi)采得越多,留給子孫后代的就越少.為了人類的未來(lái),我們必須要節(jié)約能源.

在物理教學(xué)中要讓學(xué)生關(guān)心科學(xué)技術(shù)的新進(jìn)展和新思想,伴隨著“低碳”的流行出現(xiàn)的一系列新概念本質(zhì)都是以降低能源損耗來(lái)改善大家的生活環(huán)境.而“低碳”這個(gè)活動(dòng)的最主要進(jìn)行者,則是我們每個(gè)公民.比如少使用塑料袋,多用環(huán)保材料減少垃圾的產(chǎn)生等等.物理學(xué)的發(fā)展,使家用電器日新月異,對(duì)能源依賴最大的空調(diào)和冰箱也是“低碳經(jīng)濟(jì)”的最大焦點(diǎn),技術(shù)創(chuàng)新中綠色空調(diào)的各種節(jié)能技術(shù)被大家所注目,首先是可以應(yīng)用“直流無(wú)刷電機(jī)”、“PAM脈沖調(diào)幅控制”等尖端技術(shù),有效避免了頻繁的啟動(dòng)和關(guān)閉壓縮機(jī),節(jié)省了50%能耗.其次是Smart saver智能節(jié)電模式.還有能通過(guò)頂部攝像頭來(lái)識(shí)別人數(shù),從而調(diào)節(jié)出風(fēng)量的多少等等,真正達(dá)到了低碳的目的.

到2050年,世界國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)大約將達(dá)到目前的4-5倍,而CO2排放卻需減少50%左右,如果同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)目標(biāo),則需要全球國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的碳強(qiáng)度下降80% -90%.與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,當(dāng)前我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的碳強(qiáng)度仍然較高,2005年我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的碳強(qiáng)度仍約為發(fā)達(dá)國(guó)家平均水平的5倍,我國(guó)能源轉(zhuǎn)換和利用技術(shù)效率較低,我國(guó)能源消費(fèi)品種構(gòu)成的高排放特征突出.

3 關(guān)注“低碳”與新能源,創(chuàng)新物理教學(xué)模式

新能源是近年來(lái)能源科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一,從物理學(xué)角度上看有核能、太陽(yáng)能、地?zé)崮芎惋L(fēng)能等.

3.1 原子核反應(yīng)與原子能發(fā)電

為了取用原子能,把鈾和其他材料按一定的設(shè)計(jì)方式裝置在一起,以發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),這種裝置稱為原子反應(yīng)堆,根據(jù)所采用減速劑、冷卻劑和燃料的不同形式和種類,反應(yīng)堆分為重水堆,輕水堆(壓水堆和沸水堆),高溫氣冷堆和快中子增值堆.由反應(yīng)堆芯出來(lái)的重水將鈾核裂變時(shí)釋放的熱量帶出,在熱交換器里把熱量傳遞給外部回路層的水,使水變成蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電,這就是原子能發(fā)電的原理.為提高核能利用率,我國(guó)已在原子能科學(xué)研究院投入26億元,建成核能發(fā)展的第4代堆型——快中子堆試驗(yàn)電站,年發(fā)電2.5×105kW.作為新能源的一個(gè)重要方向,2020年我國(guó)核電將達(dá)4×107kW,比重提高到4%～5%.目前,我國(guó)新開(kāi)工建設(shè)核電站8個(gè),核準(zhǔn)規(guī)模3.14×107kW,成為世界在建核電規(guī)模最大的國(guó)家.

3.2 太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能發(fā)電是一種高效無(wú)污染發(fā)電新技術(shù).簡(jiǎn)單地說(shuō),太陽(yáng)能發(fā)電是利用陽(yáng)光和鏡面發(fā)電.只要精確地計(jì)算一年中每一天每一刻太陽(yáng)相對(duì)于各定日鏡的不同位置,以及定日鏡將光束反射到發(fā)電塔頂所需要的精確角度就可以精確設(shè)計(jì)各定日鏡的排放位置.這樣,定日鏡就會(huì)按計(jì)算的要求將陽(yáng)光聚集于發(fā)電塔的發(fā)電柱之上,將發(fā)電柱加熱到很高的溫度.如果將日照時(shí)多余的熱能積聚起來(lái),儲(chǔ)存于蓄熱器中,還可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)電.我國(guó)對(duì)此也很重視,比如中國(guó)館等世博場(chǎng)館就運(yùn)用太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目,而上海虹橋交通樞紐京滬高鐵車站上6.5×106W的光伏發(fā)電項(xiàng)目,則是目前亞洲最大的建筑一體化光伏項(xiàng)目之一.

3.3 地?zé)崮馨l(fā)電

地?zé)崮苁侵傅厍騼?nèi)部可釋放出來(lái)的熱量,一般認(rèn)為它的來(lái)源主要是地球深處的壓力和地球內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量.據(jù)估計(jì),地?zé)崃靠偭看蠹s有3.2×1010kW,僅地下熱水和地?zé)嵴羝哪芰?就相當(dāng)于地球上煤炭總儲(chǔ)藏量的1.7倍,開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿臈l件:一是鉆井;二是要傳熱流體.目前,多數(shù)地?zé)犭娬静捎眉冋羝蜔崴鳛閯?dòng)力,它的工作原理:用管道將蒸汽從地下引出,經(jīng)過(guò)分離器去掉雜質(zhì)后通過(guò)汽輪機(jī)發(fā)電.這種蒸汽地?zé)犭娬驹O(shè)備簡(jiǎn)單,成本低,并且發(fā)電效率高.地下熱水發(fā)電則通過(guò)減壓法使水變?yōu)檎羝?然后驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)工作,或用熱水加熱低沸點(diǎn)異丁烷類工作物質(zhì),利用這類工作物質(zhì)帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電.我國(guó)上海不僅在世博場(chǎng)館的規(guī)劃中體現(xiàn)低碳理念,還在建設(shè)中體現(xiàn)了節(jié)能理念,世博不少場(chǎng)館的空調(diào)就大量使用江水源和地?zé)嵩?

3.4 風(fēng)能發(fā)電

風(fēng)能是空氣流動(dòng)的動(dòng)能,它是一個(gè)巨大的能源,約相當(dāng)于目前全世界耗能總量的兩倍多,從本質(zhì)上講,風(fēng)能應(yīng)該是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)換形式,也可以說(shuō)是一種熱能形式.然而,從一般意義上講,風(fēng)能的利用是應(yīng)用其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能或其他形式的機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換形式.隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,特別是空氣動(dòng)力和航空領(lǐng)域的研究成果,為合理利用風(fēng)能開(kāi)創(chuàng)了新局面.根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)形式,風(fēng)機(jī)分為振動(dòng)式、平動(dòng)式、固定式和旋轉(zhuǎn)式四大類.振動(dòng)式風(fēng)機(jī)是利用風(fēng)能引起的振動(dòng),將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成振動(dòng)動(dòng)能的機(jī)械.船帆是一種平動(dòng)式風(fēng)力機(jī)械,它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)帆船前進(jìn)的動(dòng)力.平動(dòng)式風(fēng)機(jī)又可以驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī),它的工作原理是利用風(fēng)力推動(dòng)圓柱形的轉(zhuǎn)體,轉(zhuǎn)體再驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電.固定式風(fēng)機(jī)的一種典型裝置是旋風(fēng)型風(fēng)能發(fā)電裝置,它具有一個(gè)固定的旋風(fēng)發(fā)生塔,塔體上設(shè)有迎風(fēng)百葉窗,風(fēng)進(jìn)入塔體內(nèi)形成強(qiáng)大的人造龍卷風(fēng),氣壓差形成推動(dòng)渦輪葉的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電,這是一種可再生的清潔能源.

3.5 海洋能發(fā)電

海洋面積占地球表面積的71%,它也是一個(gè)巨大的能源,海洋能具體包括潮汐能、波浪能、海水偏差能和海流能.海水潮汐運(yùn)動(dòng)是地球與月球、太陽(yáng)之間由于相對(duì)位置不同導(dǎo)致有引力不同而引起的海水周期性的漲落現(xiàn)象,海水在潮汐運(yùn)動(dòng)中所包含的大量動(dòng)能和位能,稱為潮汐能,潮汐發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)污染、低成本、功率比較穩(wěn)定.海水溫差能屬于熱能,因此也稱海洋熱能,海洋表面與海洋深處的溫差可達(dá)15℃-20℃,利用這個(gè)溫差,可以建造發(fā)電站.海水的運(yùn)動(dòng),形成海流,也叫洋流,海流所具有的能量叫海流能,研究表明,利用海流可以發(fā)電.海浪具有很大的功能,它是一個(gè)巨大的能源,近年來(lái),世界各國(guó)的技術(shù)工作者提出了許多關(guān)于波浪發(fā)電方案,波浪能的開(kāi)發(fā)利用,目前還處在試驗(yàn)階段.

3.6 新能源開(kāi)發(fā)的同時(shí)注重能源的利用率

解決能源問(wèn)題的主要途徑是提高能源的利用率、節(jié)約能源、開(kāi)發(fā)新能源.在熱能章節(jié)的教學(xué)中介紹提高能源的利用率,舉例說(shuō)明生活中一般情況下能源的利用率是很低的,要提高能源的利用率主要靠科技進(jìn)步,改進(jìn)應(yīng)用能源的技術(shù),通?？梢圆捎靡韵麓胧?讓燃料充分燃燒;采用保溫隔熱措施,減小熱量的損失;充分利用余熱和減少有害摩擦;減少能量轉(zhuǎn)化的中間環(huán)節(jié)等等.

在物理教學(xué)中要不懈努力和積極探索,緊扣時(shí)代的發(fā)展,緊跟時(shí)代的前沿,轉(zhuǎn)變教育觀念,以新的視角認(rèn)識(shí)學(xué)生,以新的理念引導(dǎo)學(xué)生,以新的方法指導(dǎo)學(xué)生,充分開(kāi)發(fā)學(xué)生的潛能,培養(yǎng)他們的科學(xué)探究精神和探索創(chuàng)造能力.

2010-07-06)

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