一、背景分析

1.教材中相關(guān)課程思政元素的分析。

2.學(xué)生在相關(guān)課程思政方面學(xué)習(xí)的基本情況把握。

部分學(xué)生有關(guān)注時(shí)事新聞的習(xí)慣，對(duì)拓展課外知識(shí)有很大的興趣，愿意投入精力了解我國前沿科技與軍事力量的發(fā)展，比較容易通過我國高水平的科技發(fā)展與軍事力量生發(fā)愛國情懷，增強(qiáng)民族自信心與自豪感。

大部分學(xué)生能夠通過認(rèn)識(shí)能源開發(fā)與使用情況，認(rèn)識(shí)到人與生活和社會(huì)的關(guān)系，激發(fā)為可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)、將科技服務(wù)于人類的使命感與責(zé)任感。

在面對(duì)社會(huì)問題時(shí)，大部分學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行分析和思考，有一定的思辨能力和批判性思維，能認(rèn)識(shí)到事物的兩面性。

二、教學(xué)目標(biāo)

物理觀念：了解原子、原子核的結(jié)構(gòu)，了解核聚變、核裂變，知道核能的優(yōu)點(diǎn)和可能帶來的問題，了解我國核能利用的新進(jìn)展。培養(yǎng)環(huán)保意識(shí)，形成能源可持續(xù)發(fā)展的觀念。

科學(xué)思維：建構(gòu)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)模型，理解鏈?zhǔn)椒磻?yīng)本質(zhì)，提升模型建構(gòu)的能力。

科學(xué)探究：通過探究分析核反應(yīng)堆內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化、物態(tài)變化、能量改變方式等，提升分析概括與探究能力。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：增強(qiáng)政治認(rèn)同，激發(fā)愛國熱情，建立全面認(rèn)識(shí)事物的思維習(xí)慣，學(xué)會(huì)辯證地看待問題。

三、問題框架

核心問題及問題鏈。（見文末圖1）

四、方法策略

針對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容特點(diǎn)和學(xué)情，突破教學(xué)重難點(diǎn)采取的方法策略：

重點(diǎn)1：搭建鏈?zhǔn)椒磻?yīng)模型，模擬鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

重點(diǎn)2：了解我國核利用的現(xiàn)狀，增強(qiáng)政治認(rèn)同，激發(fā)愛國熱情。

重點(diǎn)3：建立全面認(rèn)識(shí)事物的思維習(xí)慣，學(xué)會(huì)辯證地看待問題。

重點(diǎn)4：體會(huì)科技與人類幸福生活的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)為可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)、將科技服務(wù)于人類的使命感。

難點(diǎn)1：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的本質(zhì)。

難點(diǎn)2：核反應(yīng)堆的工作過程。

本節(jié)課設(shè)置讓木塊最快速倒塌的任務(wù)，給予學(xué)生充分發(fā)揮的空間，激發(fā)學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力，使學(xué)生在問題解決中明確鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的過程，再通過教師演示火柴棍實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生了解鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的巨大威力，理解鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的本質(zhì)，突破重點(diǎn)1與難點(diǎn)1；通過閱讀材料、小組討論等方式，綜合運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)梳理核反應(yīng)堆的工作過程，形成思維鏈條，提升表達(dá)力，體會(huì)物理知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，突破難點(diǎn)2；通過了解我國核電站、核武器、核政策、人造太陽的研究進(jìn)展，增強(qiáng)政治認(rèn)同，激發(fā)愛國熱情，增強(qiáng)民族自信心與自豪感；通過材料閱讀、信息提取與小組討論，加深對(duì)科學(xué)技術(shù)的全面認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)建立全面認(rèn)識(shí)事物的思維習(xí)慣，學(xué)會(huì)辯證地看待問題，突破重點(diǎn)3；通過能量觀的建立，培養(yǎng)學(xué)生為可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)、將科技服務(wù)于人類的使命感，突破重點(diǎn)4。

課程思政元素融入的方式方法：

1.播放東風(fēng)-41洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈視頻，展示其世界領(lǐng)先的性能，讓學(xué)生感受我國的軍事力量，激發(fā)愛國情感，增強(qiáng)民族自信。

2.通過學(xué)習(xí)核電站工作原理，了解我國核電站發(fā)展，如大亞灣、秦山等，認(rèn)識(shí)到我國核能利用的領(lǐng)先地位，進(jìn)一步激發(fā)愛國情懷。

3.通過氫彈威力的體會(huì)，明確使用核武器的嚴(yán)重后果，了解中國的核政策，認(rèn)識(shí)到維護(hù)世界和平的大國責(zé)任，增強(qiáng)政治認(rèn)同。

4.以“50億年后地球怎么辦”為引，介紹我國在受控核聚變研究方面的進(jìn)展，激發(fā)愛國熱情，體會(huì)科技與人類福祉的聯(lián)系，培養(yǎng)科技服務(wù)人類的責(zé)任意識(shí)。

5.通過閱讀和小組討論，加深對(duì)科技的理解，培養(yǎng)全面認(rèn)識(shí)事物和辯證思維的習(xí)慣。

6.通過討論核能的潛在應(yīng)用，培養(yǎng)為可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)的意識(shí)，激發(fā)科技服務(wù)人類的熱情。

五、教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

引入：2019年，在國慶70周年閱兵式上，東風(fēng)-41洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈第一次驚艷亮相，震驚世界！它到底有多厲害呢？我們來看一下。

【播放視頻】東風(fēng)-41洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈介紹

東風(fēng)-41洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈這么厲害，其中一個(gè)重要的原因就是它配載的核彈頭具有非常強(qiáng)大的威力。（認(rèn)識(shí)我國核軍事力量的強(qiáng)大，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，增強(qiáng)學(xué)生的民族自信心與自豪感。）

【提問】核彈為什么具有這么大的威力？核彈的原理能不能應(yīng)用在我們生活中呢？今天我們就一起來探討：核能的開發(fā)與利用。（引發(fā)思考，引入課題）

【任務(wù)一】認(rèn)識(shí)核能

核能是什么？首先要回憶一下原子的結(jié)構(gòu)。

填寫學(xué)案任務(wù)一。

1.原子核的結(jié)構(gòu)。

2.原子的質(zhì)量主要集中在哪兒？

3.原子的相對(duì)原子質(zhì)量是由什么決定的呢？

（結(jié)合化學(xué)課上學(xué)過的內(nèi)容，復(fù)習(xí)原子結(jié)構(gòu)、相對(duì)原子質(zhì)量、元素的種類、同位素等知識(shí)，為引入核能做鋪墊。）

在化學(xué)課上大家已經(jīng)學(xué)習(xí)過很多種類的原子，并且知道具有同種核電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）的一類原子是同一種元素。如核電荷數(shù)最小的氫元素，同是氫元素，根據(jù)中子數(shù)的不同，又可以分為氕、氘、氚三種原子，其質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同。有的很大，如錒系的稀有金屬鈾，也存在三種不同的原子。（為學(xué)習(xí)核裂變與聚變做鋪墊。）

【提問】那么問題來了，鈾235它有92個(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子。這么多的質(zhì)子與中子為什么集中在一起，而不會(huì)散開呢？（提出疑問，引發(fā)學(xué)生思考，引出核能。）

解答：因?yàn)橘|(zhì)子、中子依靠強(qiáng)大的核力緊密結(jié)合在一起，要使它們分裂或結(jié)合都是極其困難的。

【核能概念】質(zhì)量較大的原子核發(fā)生分裂或者質(zhì)量較小的原子核相互結(jié)合時(shí)，就有可能釋放驚人的能量，這就是核能。（介紹核能的概念，讓學(xué)生知道原子核內(nèi)部貯藏了巨大的能量。這是利用核能的基礎(chǔ)。）

【任務(wù)二】認(rèn)識(shí)核能利用的原理

【學(xué)生活動(dòng)】在最短時(shí)間內(nèi)，讓站立的木塊全部倒塌。（通過動(dòng)手操作，為學(xué)習(xí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)做鋪墊。）

利用手機(jī)軟件投屏到大屏幕，對(duì)比、評(píng)價(jià)學(xué)生不同的方案，選出最快倒塌的方式。

過渡：其實(shí)，核裂變就是這樣一個(gè)快速、劇烈的過程。

核裂變：中子轟擊鈾235原子核，鈾核會(huì)變成兩個(gè)質(zhì)量中等大小的原子核，同時(shí)釋放出巨大的能量，叫作裂變。（了解核裂變的概念。）

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：用中子轟擊鈾235原子核，鈾核在分裂時(shí)，會(huì)釋放出核能，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)新的中子，這些中子又會(huì)轟擊其他鈾核……于是導(dǎo)致一系列鈾核持續(xù)裂變，并釋放出大量核能。這就是裂變中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。（就像鏈條一樣，持續(xù)引起更多的反應(yīng)。）

利用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)示意圖解釋說明。（呈現(xiàn)教材相關(guān)圖片）

下面老師用火柴給大家模擬一下這個(gè)過程。

【演示實(shí)驗(yàn)】火柴模擬鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

我先點(diǎn)燃一根火柴，再用這根點(diǎn)燃的火柴去觸碰其他火柴，會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生？

我們來驗(yàn)證一下同學(xué)們的猜想是否正確。（利用火柴實(shí)驗(yàn)生動(dòng)演示鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程，引導(dǎo)學(xué)生理解鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的含義。）

一根小小的火柴，引發(fā)了熊熊火焰，釋放了很多的熱量。它發(fā)生了什么反應(yīng)？

定義中說裂變會(huì)釋放巨大的能量，有多大呢？

【舉例】1 kg的鈾全部裂變，釋放的能量超過2000 t煤完全燃燒時(shí)釋放的能量。（煤炭熱值：2.9×107J/kg）

【數(shù)據(jù)對(duì)比】長(zhǎng)島縣，6萬人口，每個(gè)冬天需要1.2萬噸煤炭取暖。

【提問】如果使用鈾來供暖的話，需要多少？

（通過計(jì)算與數(shù)據(jù)對(duì)比，聯(lián)系生活實(shí)際，使學(xué)生感受核裂變釋放巨大能量的含義。）

【提問】裂變釋放的能量實(shí)在太多了，剛才我們用木塊、火柴模擬鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，如果我們用的是濃度為90%以上的鈾235，會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？大家請(qǐng)看。

【播放視頻】原子彈爆炸（介紹威力）

鈾235在不受控制時(shí)，發(fā)生裂變，釋放巨大能量，就是原子彈，具有非常大的殺傷力。（明確原子彈的原理與原子彈爆炸的威力。）

我們前面提到的東風(fēng)-41洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈上搭載的核彈頭，就是利用這個(gè)原理制成的。

鈾裂變可以釋放這么多能量，如果釋放的能量能被和平地利用，該多好呀！可是裂變反應(yīng)一旦開始，就會(huì)很劇烈，要想利用核能，我們必須想辦法控制。（引發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，解決問題，在問題解決中獲得知識(shí)。）

【提問】怎么樣才能控制裂變呢？

（提示：根據(jù)裂變發(fā)生的條件）

科學(xué)家也是像你這么想的。他們?cè)诜磻?yīng)堆里放置控制棒與可燃毒物，吸引中子，減少中子數(shù)量，控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生速度。

控制了裂變反應(yīng)速度，獲取核能，能用來做什么呢？（引出核電站）

請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位，閱讀材料，分析核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿恼麄€(gè)過程（能量轉(zhuǎn)化、內(nèi)能改變方式、物態(tài)變化），給出核反應(yīng)堆示意圖，分析能量轉(zhuǎn)化的過程。請(qǐng)同學(xué)們稍后做展示。

【學(xué)生活動(dòng)】分析核反應(yīng)堆內(nèi)能量轉(zhuǎn)化、物態(tài)變化、能量改變方式等。

（通過閱讀材料、小組討論等方式，運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)梳理核反應(yīng)堆的工作過程，建構(gòu)思維鏈條。體會(huì)物理知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。）

介紹我國核電站發(fā)展?fàn)顟B(tài)：我國在核能利用方面走在世界前列，已經(jīng)建造了大亞灣、秦山等十多座核電站。（引導(dǎo)學(xué)生了解我國核電站發(fā)展?fàn)顟B(tài)，激發(fā)愛國情懷，增強(qiáng)民族自信心與自豪感。）

其實(shí)，最早開發(fā)核反應(yīng)堆的目的并不是發(fā)電，而是在軍事上應(yīng)用。我國第一艘核潛艇“長(zhǎng)征一號(hào)”就是利用核能作為燃料，其原理與核電站是一樣的。

人類已經(jīng)能夠利用鈾這樣的相對(duì)原子質(zhì)量很大的重核裂變來發(fā)電了，像氫這種原子質(zhì)量比較小的輕核能不能聚合在一起呢？（提出疑問，引發(fā)思考。）

【提問】大自然中，哪種物質(zhì)中存在的氫原子最多？發(fā)生聚變了嗎？

解答：海水當(dāng)中的氘、氚在一起卻并沒有發(fā)生聚變，因?yàn)榫圩兪切枰獥l件的。氘核與氚核在超高溫下結(jié)合形成氦核，能釋放巨大的核能，叫作聚變。（結(jié)合化學(xué)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到核聚變?cè)系膬?chǔ)備量巨大的情況。）

這個(gè)巨大有多大呢？我們剛才計(jì)算了裂變釋放的能量，而聚變釋放的能量是裂變的很多倍。

海水當(dāng)中氘、氚的儲(chǔ)量非常豐富，要是能夠發(fā)生聚變，釋放能量，我們可以做什么呢？

想法非常好，也是科學(xué)家一直在努力的方向。但是到目前為止還沒有實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楹司圩兊母邷匦枰獛装偃f攝氏度到上千萬攝氏度，目前人類還沒有辦法控制這么高的溫度，所以聚變反應(yīng)也叫作熱核反應(yīng)。（培養(yǎng)學(xué)生利用核能的意識(shí)。）

現(xiàn)階段人類無法控制聚變，只能利用它來做一種武器，叫作氫彈。我們國家有氫彈與原子彈嗎？（意識(shí)到可控核聚變發(fā)生的條件很嚴(yán)苛，人類目前還沒有找到有效的辦法。）

從此我們國家就有了核武器。（簡(jiǎn)單說明我國原子彈發(fā)展情況）我國是世界上第五個(gè)擁有核武器的國家，在國際上就有了一定的地位。

但是，我國發(fā)展核武器是為了維護(hù)國家主權(quán)，始終奉行在任何時(shí)候和任何情況下都不首先使用核武器、無條件不對(duì)無核武器的國家和地區(qū)使用或威脅使用核武器的政策。（了解中國的核政策，明確我國維護(hù)世界和平、保護(hù)人民安全的堅(jiān)定立場(chǎng)，體會(huì)國家對(duì)人民的熱愛與維護(hù)世界和平的大國擔(dān)當(dāng)，加強(qiáng)政治認(rèn)同。）

雖然現(xiàn)在還不能控制核聚變反應(yīng)，但是人類也已經(jīng)從中獲取了很大的好處。誰來說一說？

太陽內(nèi)部的氘、氚在不斷地發(fā)生核聚變，形成氦核，既然發(fā)生聚變，氘、氚早晚都有用完的一天，大家知道太陽的壽命是多長(zhǎng)嗎？50億年以后地球怎么辦呢？（拓展思維，了解太陽為人類做出的貢獻(xiàn)，知道太陽內(nèi)部發(fā)生核聚變。）

播放視頻：中國“人造太陽”進(jìn)展

“人造太陽”還有很多技術(shù)難點(diǎn)需要攻破，未來，還要靠在座的同學(xué)們！（了解我國受控核聚變的研究進(jìn)展，激發(fā)愛國熱情，體會(huì)科技與人類幸福生活的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)為可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)、將科技服務(wù)于人類的使命感，落實(shí)科學(xué)態(tài)度責(zé)任教育。）

【任務(wù)三】認(rèn)識(shí)核能的利與弊

既然核能的優(yōu)點(diǎn)這么多，為什么人們還“談核色變”呢？

【小組討論】核能是天使還是魔鬼？

評(píng)價(jià)：剛才大家提出的觀點(diǎn)都很好，核能作為一種新型能源來說有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然存在一些無法解決的問題。隨著科技的進(jìn)步，我相信這些問題都會(huì)慢慢解決的。（加深對(duì)科學(xué)技術(shù)的全面認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)全面認(rèn)識(shí)事物的思維習(xí)慣，學(xué)會(huì)辯證地看待問題。）

【提問】那么，如果這些問題能夠得到解決，大家想利用核能來做什么？

尋找新能源，是保護(hù)地球的關(guān)鍵。如果人類能夠掌握可控核聚變，就可以讓人類徹底擺脫對(duì)化石燃料的依賴。或許不久之后，在大家的共同努力下，人類會(huì)迎來能源問題的重大突破?。ㄅ囵B(yǎng)學(xué)生為可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)、將科技服務(wù)于人類的使命感。）

（作者單位：北京市第八十中學(xué)睿德分校）

編輯：常超波