指向学科核心素养的研究性学习探究

段怀玺 赵宁 邹萍 张轶炳

摘   要：以实际问题为学习载体，让学生自主学习探究，旨在培养学生的核心素养。文章以“抗疫”期间的负压救护车以及红外测温枪原理为研究性学习案例，对学生的学习以及社会教育都有很好的指导意义。

关键词：研究性学习;核心素养;社会教育

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）6-0058-4

研究性学习是指以教师为主导学生为主体，以学生在学习生活以及社会生活中所遇到的实际问题为学习载体，通过发现问题，提出问题，解决问题的科学研究方法，使学生利用文献搜索阅读与综述去主动探索科学问题的一种学习方式[1]。研究性学习可以促进物理教学方式改革，培养学生物理核心素养。下面就研究性学习活动做一些探究。

1    活动目标

通过研究性学习，使学生获得亲身参与研究探索的体验与感悟，培养发现问题和解决问题的能力、收集分析和利用信息的能力，学会分享与合作，培养学生的科学态度和科学道德、以及对社会的责任心和使命感。

2    实施措施

任课教师是研究性学习课程最直接的指导者，负责提供选题，指导课题研究，鉴定与评价研究成果，在班级内集中指导学生选题，主要采用小组合作研究的形式，每个课题小组由3～5人组成，小组内选出组长，由组长分配研究任务，各小组登记课题分组名单，由任课教师进行统一管理。

3    案例分析

案例一：負压救护车的原理

1.活动准备阶段

新冠疫情期间，救护患者急需负压救护车（图1），然而我们对负压救护车的原理一无所知，了解负压救护车的工作原理，可以帮助我们增加抗击疫情的信心，激发学习兴趣，培养社会责任感。探究的预期目标是了解负压救护车的工作原理。探究过程主要采用调查归纳法和文献研究法。

2.学习探究阶段

负压救护车的作用：疫情期间对于转运新冠肺炎这样的传染性疾病患者来讲，普通救护车的防护功能远远不够，使用负压救护车能够保护同车的医护工作者以及防止病毒通过空气向外传播扩散。

知识链接：负压救护车所涉及的是人教版八年级下册第九章“压强”部分的知识。

原理探究：回顾我们之前学过的大气压强的知识，空气会由高气压区域流向低气压区域，而不能由低气压区域向高气压区域流动。负压救护车通过负压装置使车内的空气比车外的空气更加稀薄，这样车内的压强就会小于车外的压强，在车的内部和外部之间形成“压强差”，空气就只能从车外进入车内，而车内的空气经过过滤装置之后才能排向车外，这样病毒就不会通过空气向外传播。如图2所示，车内装置有新风系统，通过风机实现送风与排风，在车内形成一个单向流动的新风流动场，使新鲜空气经由医护工作者流向一次过滤担架内的患者，再由患者流向二次过滤装置，然后由排风系统把过滤后的空气向车外排除，这样就可以降低医护工作者被感染的风险了[2]。我们生活中的抽油烟机以及人们吸气时的肺部也都是负压装置。

3.怎样使用负压救护车更规范呢？

第一是转运前的准备，在转运病人之前随行医生以及护士需要做好防护措施，穿防护服，戴N95口罩、帽子、护目镜或防护面罩、手套、鞋套等;司机也要做好同等的防护措施，告知司机该病的传染性以及注意事项。打开车内的负压通风设备，严密隔离驾驶室和车厢。

第二是转运中的监测，转运途中医护工作者通过隔离手套护理病患，告知病患患病的情况，给病患做好心理辅导，监测病患体温，观察病患呼吸情况以及意识，提前通知接收医院准备好相应的仪器设备以及隔离病房，保证病患能够得到及时的治疗。

第三是转运后的清理，医务人员和司机在转运病人后及时更换全套防护用品。救护车返回到定点位置进行消毒，对空气、物体表面、病人使用过的一切用品、医疗废弃物进行消毒处理，转运车辆用2 000 mg/L含氯消毒液喷洒和擦拭消毒，消毒后开窗通风备用[3]。

案例二：红外测温枪的工作原理

1.活动准备阶段

大部分感染新冠肺炎的患者都会伴随体温升高的症状，体温检测可以帮助人们及时发现患者。传统的水银温度计需要较长时间才能测出体温，相比之下，使用红外测温枪（图3、图4）则会更加的高效。研究的目的是了解红外测温枪的工作原理，激发科学探索的兴趣，增强社会责任感。采用的研究方法是调查归纳法和文献研究法。

2.学习探究阶段

红外测温枪的作用：红外测温枪可以快速地测量出人体体温，在疫情期间可以帮助医生快速发现可能感染的病人，有效降低病毒传播的风险。

知识链接：红外测温枪所涉及的是人教版八年级上册4“光的色散”和人教版高中物理选择性必修第三册“普朗克黑体辐射理论”部分的知识。

光的色散：17世纪伦敦大瘟疫，牛顿在家隔离期间做了光的色散实验。他用白光照射三棱镜，发现白光通过三棱镜后变成了一束光线，而且这束光线中有的光偏折的多，有的光偏折的少。偏折的比较多的光是紫色的，偏折的比较少的光是红色的，从上到下依次是“红橙黄绿蓝靛紫”。牛顿把每一种颜色的光分别再次通过棱镜后发现每一种颜色的光不再发生变化，说明这些光是单色光。他又通过凸透镜把这些光线会聚后再通过三棱镜，这束光又变成了白光，说明白光是由单色光组成的复合光。

红外线：一百年后科学家赫歇尔发现红光之外的光线使物体升温最快，最早发现了红外线。红外线的波长在760 nm～1 mm之间，不同的物体辐射的红外线的功率不一样。

黑体辐射：高于绝对零度的一切物体都在辐射电磁波。斯特藩和玻尔兹曼发现物体温度越高电磁辐射越强，并且单位面积的辐射功率P=σ×T4 （T：绝对温度，σ：斯特藩玻尔兹曼常数）

维恩位移定律：物体温度不一样的时候对应不同波长的光辐射的能量也不一样（图5），黑体的温度与辐射本领最强的波长的乘积为一个常数。用公式表示为：λm=（b为维恩常量）。

探究中渗透的核心素养如表2所示。

红外测温枪上有对红外线敏感的光敏元件（图4），可以收集我们额头上单位面积辐射的红外线功率，例如正常人体单位面积辐射的功率为P=521 W/m2，由黑体辐射公式可以计算出体温T=309.6 K，即36.5 ℃。人体正常温度T=309.6 K带入维恩位移定律公式计算可得人体辐射的电磁波的峰值波长为λm=9357 nm，主要集中在红外这个波段，而其他的波段比较少，所以我们把这种测温方式叫作红外測温[4]。

3.怎么样可以让测得的温度更准确呢？

第一，红外测温枪的激光束不能照射人的眼睛，激光束是帮助定位测量位置的，对测量的结果没有影响，激光束照射眼睛会对眼睛造成损伤。

第二，红外测温枪的枪口要垂直对准测量区域，这样才能保证收集到的红外辐射能量是从被测量区域辐射出来的。

第三，红外测温枪不可测量光滑反光的物体表面温度，因为光滑反光的物体可以反射红外辐射能量，导致测温枪测出的温度不是物体本身的温度。

第四，红外测温枪离人体的距离为5 cm至8 cm时较为准确，离人体距离太远或太近都会导致测温枪收集到的红外辐射能量变少而增加误差。

4    结  论

同样是因为疫情隔离在家，牛顿却没有停止思考，在家也能够有伟大的科学发现。正是因为一代代科学家不懈的努力，才有了如今应对疫情的高效检测方式。作为学生，我们要学习科学家们潜心研学的精神，为社会的发展进步贡献出自己的一份力量。

此次疫情期间大部分学生都隔离在家学习，这正是开展研究性学习的大好时机。紧密结合新冠疫情与物理学科的考点、热点，开展以“抗疫”为主题的物理课程研究性学习课题，对学生学习以及社会教育具有很好的指导意义。

参考文献：

[1]张菁.对我国“研究性学习”研究的回顾与反思[J].课程·教材·教法，2009，29（08）：11-16+10.

[2]衣颖，赵明，李艳菊，等.负压救护车排风净化装置的研制与应用[J].中国卫生工程学，2012，11（02）：89-91+96.

[3]段红霞，吁英，谢青梅，等.负压救护车转运新型冠状病毒肺炎病人的安全管理[J].全科护理，2020，18（07）：818-819.

[4]俞联梦.红外测温仪测温系统准确性研究[J].信息技术与信息化，2020（03）：69-71.

（栏目编辑    罗琬华）