基于SSI议题的高中物理单元整合教学设计*——以“是否支持大力发展核能”为例

周浩|广东省广州市第六十五中学

余理|湖南省长沙市一中城南中学

“社会性科学议题”（Socio-scientific Issues）的简称是SSI议题，是指由当代科学技术研究开发所引起的一系列与社会伦理、道德观念和经济发展紧密相关的社会性问题，如克隆技术、基因工程等高新产品给社会伦理观念和生态环境保护带来的难题[1]。相关研究表明，以SSI议题为载体开展论证教学，能有效培育学生的核心素养。由于SSI议题具有情境复杂、牵涉知识点多、争议性大等特点，并且需要持续深入的探讨过程，传统的单课时教学模式难以满足其教学，因此，教师必须从大单元视角围绕议题整合教学内容，进行较长时段的教学以达成目标。下面，笔者以“是否支持大力发展核能”议题为例，探讨基于SSI议题的高中物理单元整合教学的设计与实施过程。

一、基于SSI议题的单元整合教学

以SSI议题开展单元教学具有天然优势。首先，SSI议题提供了一个具有社会背景和现实意义的大情境，这样的大情境有助于克服传统课堂情境碎片化的问题，具备统领所学内容、赋予学习实际意义的特点。其次，由于涉及判断争议的证据和数据尚不完整，SSI议题往往具有“开放、跨领域、结构不佳、两难”的特性，学生需对议题展开资料搜索、概念辨析、推理论证等活动，这为持续的深度学习提供了良好条件。有学者指出，指向学科核心素养的教学方案应围绕学科大概念进行大单元教学设计，兼顾教材逻辑结构、学生认知发展水平以及学科核心素养的基本内容，通过真实的教学情境帮助学生理解和运用所学概念[2]。而一个好的SSI议题背后往往隐藏着大概念，围绕SSI议题组织单元教学，能有效实现以大概念为核心、指向核心素养的教学目标。因此，基于SSI议题的单元教学既能充分展现SSI议题的教学价值，又能为单元教学提供良好的素材与抓手。

教材编写一般依循学科逻辑，学科逻辑是学科知识以及知识间的联系与组织方式，它具有客观性，主要揭示的是学科的结论与规律[3]。而SSI议题所涉及的知识方法可能跨章节甚至跨领域，其知识体系与教材编写的思路不一致，因此，教师需要将课标和教材呈现的理论知识与SSI议题相关联，通过适当的增减、重组或改造等方式，整合成相适应的教学单元。与教材提供的自然单元相比，围绕某一议题而建立的整合单元，更能体现大概念的完整性，也有利于学生构建大概念。

二、基于SSI议题的单元整合教学设计

（一）整合新闻和课标内容，确定议题

“能源与可持续发展”与“原子与原子核”两个主题分别位于人教版普通高中教科书《物理》必修第三册与选择性必修第三册，二者关联密切，但教材在“能源与可持续发展”中只简单介绍了核能发电的原理和安全性要求，学生只知其然不知其所以然，这就使《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》的活动建议“查阅资料，了解人类利用核裂变和核聚变释放核能的前景与挑战”难以落地。此外，“原子与原子核”主题的学习虽然能帮助学生深入认识核反应原理，但又缺乏可持续发展理念的引领。因此，教师有必要在教学“原子与原子核”主题时重新整合前者，以达到深度学习的目的。新闻“日本政府在2021年4月宣布将福岛第一核电站核污水排入大海”刚好牵涉这两个主题，涉及的具体内容详见表1。

表1 “能源与可持续发展”与“原子与原子核”涉及模块及关联内容、活动建议

通过进一步分析，我们可明确需要揭示并理解的大概念有两个：一是当事物发生变化或被改变时，会发生能量的转化，但在宇宙中能量的总量保持不变；二是科学应用经常会对伦理、社会、经济和政治产生影响。基于大概念，我们可将上述内容整合为一个大单元“核能的利用与挑战”，然后结合对相关资料（新闻报道、图片、视频及数据等）的分析确定对应的SSI议题为“是否支持大力发展核能”。这样的单元整合教学，可以避免因模块和单元割裂而带来的知识碎片化、理解粗浅化，有助于学生加深对能源类型和能量转化方式的认识，进而形成正确的能量观念。而通过议题的论证和实践活动，我们又能真正培养学生的高阶思维能力、科学态度和社会责任。

（二）聚焦单元核心任务，制订目标

基于SSI议题的单元整合教学往往要跨单元甚至跨模块，而且聚焦大概念，跟自然单元教学有较大区别，因此更需要制订明确可行的教学目标。如何确定单元教学目标的层次与顺序结构呢？威金斯和麦克泰格认为可以通过聚焦于该领域中具有真实挑战性的迁移任务来确定[4]。显然，该单元的SSI议题为我们提供了真实性的挑战情境，我们可基于大概念的可迁移性确定核心任务，采用逆向教学设计中的预期目标来设计框架。单元教学目标详见表2（见下页）。

表2 单元教学目标

（三）选择议题教学模式，设计流程

SSI议题教学在国外开展较早，形成了一些成熟的教学模式，如沃克斯的五个层次教学模式，前四个层次分别为“自我了解”“研究与反思”“作决策”“采取负责任的行动”，最终落脚于“整合”层次[5]。这与单元整合教学逐层进阶并指向大概念的理念相契合，因此，笔者结合该模式和单元教学的目标要求，设计“核能的利用与挑战”单元教学流程，详见图1。

图1 “核能的利用与挑战”单元教学流程

环节一：自我了解，发现利弊

笔者先播放新闻视频介绍日本福岛核事故及后续影响；再让学生阅读2021年拉闸限电的新闻，说明我国经济发展存在电力供应紧张的问题；然后向学生介绍发电的主要方式包括煤电、风电、水电、核电及太阳能等，其中核电占比只有5%左右，有极大的发展潜力，从而引出议题：“是否支持大力发展核能？”为了让学生更快进入议题的情境，发展对议题的认知，笔者安排了“核电站负责人”“当地市民”“政府领导人”“邻国民众”“环保志愿者”等角色让学生认领，从角色的角度选择“支持”或“反对”，并分小组派代表阐述理由和观点。

该环节旨在让学生迅速进入议题情境，通过从不同角度阐述理由发现议题的利弊。学生初步体验作决策需要权衡各方的利弊，感受决策的重要性和两难性，初步认识SSI议题的特点。

环节二：研究反思，分析利弊

在充分讨论之后，聚焦议题的争议部分：发展核能的效益和安全性。为充分了解各立场的优缺点和影响层面，首先，笔者让学生针对争议部分自学相关的核心知识。为了降低难度，笔者先给出教学目标中的基本问题帮助学生搭建线索和脚手架，再结合讨论、答疑、适当讲解等方式进行辅导。其次，笔者让学生课后搜索资料，分析核电的利弊。学生开始比较茫然，笔者建议他们从科学、环境、经济、社会等层面入手，并给出搜索渠道，如权威网站、图书馆、访谈单位或个人等，使搜索更高效，减少盲目性和虚假信息干扰。在此基础上，学生再从经济、环境、伦理道德等价值点审视和反思各立场，为之后的决策作准备。

该环节能让学生对核心知识实现结构化、有意义的学习，学会解决SSI议题中的科学问题，提升科学探究和实践能力。

环节三：作决策，论证利弊

在前面环节的基础上，学生初步提出主张，将搜集的资料分组整理并概括成论据，然后提炼成观点。为了检验主张和观点能否站得住脚，学生必须相互质疑和反驳，同时还要为自己的观点辩护。此环节要运用小组合作学习这一形式，组内成员发挥优势分工合作，如充当信息搜索员、论据整理员、辩手等。同主张的小组之间既要相互支援，又要有竞争。教师在引导不同主张的小组进行反驳和辩护时，既要适时启发学生捕捉思维火花输出观点，又要控场以避免陷入无序争吵。学生主张及其论据、观点、反驳、辩护如下。

【支持大力发展核能】

论据：（1）根据质能方程计算，1千克铀235全部核裂变放出的能量相当于2800吨标准煤完全燃烧时释放的化学能；（2）反应堆产生的放射性同位素可广泛应用于放疗、培优保鲜、示踪原子技术、考古等领域；（3）我国已掌握第四代先进核电技术——高温气冷堆被称为“不会熔毁的核反应堆”；（4）2022年初，中国的“人造太阳”运行时间达1056秒，可控核聚变产能效率比裂变更高。

观点：（1）核能产能效率高且不产生二氧化碳，取代煤炭、石油等化石燃料，既能使双碳目标早日实现，又能解决电力紧缺问题，助推国家经济发展；（2）发展核能可提高我国放射性同位素的自主产能，满足生产和健康需求；（3）在吸取教训和积累经验中不断发展核电技术，能确保核电站更加安全；（4）可控核聚变燃料储量丰富、产物无污染，且安全性和产能效率极高，一旦实现将彻底解决能源危机。

反驳（反方）：（1）铀浓缩需依靠煤电，依然要排放二氧化碳，且铀浓缩过程中会排放大量的氯氟烃，产生更强的温室效应；（2）任何方案和技术都不能保证万无一失，一旦出事，后果无法承受；（3）可控核聚变难以实现，就算实现，由能量转化方向性推测，也将产生严重的热污染而影响环境。

辩护：（1）优化能源结构，降低煤电在铀浓缩中的占比，核电完全能以极低的碳排放量运行；（2）任何事物都有利弊，不能因噎废食，而要以更先进的技术来降低事故风险和损失；（3）地球变暖的元凶是温室气体，发展可控核聚变能大大降低碳排放，热交换时损失的热量会顺利散发到宇宙中，对环境的影响很小。

【反对大力发展核能】

论据：（1）核燃料棒中铀238半衰期长达45亿年，福岛核污水中的氚半衰期也有12.43年，辐射时间长；（2）核辐射会破坏人体组织，诱发各种疾病，引起胎儿畸形甚至死亡；（3）核废料腐蚀容器后可能泄漏，难以存储且处理成本极高；（4）核电热效率仅约30%，核电厂热污染严重，大多建在海边，发生事故后核泄漏污染物会随洋流扩散至全世界；（5）某些发达国家如德国和法国已计划停止煤电、核电的使用，加快能源资源转型，将更多的目标投放在可再生能源上。

观点：（1）发展核能会产生大量核废料，一旦泄漏将长久污染土地和水，严重破坏环境且无法恢复；（2）应用放射性同位素、核电站排放废水废气均会产生大量辐射，损害人类健康；（3）核电站的前期建设投入、原料生产及核废料处理的成本高，热效率低，经济价值并不高；（4）发生战争时核电站会成为首要攻击目标，发生事故也会影响周边国家，严重损害国际关系；（5）可持续发展的理念是使用清洁、可再生能源，如国家大力发展的太阳能、风能等，核能并不在此列。

反驳（正方）：（1）我国已研发出提高核燃料利用率的技术（如启明星Ⅱ号），大大降低了核废料的产生，并建设了专门的核废料处置库确保不泄漏；（2）只要不超过辐射剂量并采取保护措施就不会损害健康；（3）风能、太阳能、水能易受天气影响，不稳定不可控，不能从根本上解决用电需求，而且对环境有一定的负面影响。

辩护：（1）核废料处置库在未来数百年会不会被破坏难以预料，若无法妥善处置将带来灭顶之灾；（2）与危险的核能相比，风能、太阳能等可再生能源清洁、安全、环保，无疑是更好的选择，很多国家已放弃核能转而发展风电和太阳能，其中风电以每年30%的增长速度成为世界上增速最快的能源，且可利用气象服务为新能源发电提供保障。

该环节是最关键、最核心的部分，既促成了多角度观点的生成，使学生的批判性思维得到锻炼，又明确了决策必须要权衡利弊、通盘考虑，培养了学生的科学论证能力和大局观。

环节四：采取负责任的行动，实地考察利弊

虽然经过论证分析，学生对议题利弊有了较深的认识，但碍于信息来源有限、信息传播失真等问题，仍存在“纸上谈兵”的盲目性，因此，需要深入实地进一步考察，以验证信息真伪、修正论证过程。在这一环节，笔者先让学生根据可能出现的利弊现象设计调查问卷，然后利用假期去实地走访，比如走进广东大亚湾核电基地，在工程师的带领下对核电基地进行生态调查，亲身体验核电环境监测的过程，对核电站工作人员、核科学家、附近居民等深入访谈，将考察结果写成调研报告，并在“我对两会有话说”建言征集活动中提交自己的建议。由于学生缺乏实践和调研的途径与方法，教师要陪同组织、指导学生围绕议题考察并撰写报告，鼓励学生积极参与社会行动，肩负起公民责任。

由于缺少有效的实施路径和策略，在物理教学中培养学生的科学态度与责任一直是难题。这一环节抓住SSI议题的真实性和社会性特征，通过较深入的实践行动，一方面要求学生对论据的真实性和论证的客观性进行检验修正，以有效培养他们实事求是、去伪存真的科学态度，另一方面要求学生以访谈、撰写报告及建言献策等方式参与社会决策过程，以培养他们学以致用、自觉承担社会责任的意识。

环节五：整合，提炼大概念

学生经过前述环节的学习，会在头脑中逐步构建大概念，但其会因每个人的认知差异而呈现不同形态，有些比较模糊、粗糙，有些存在偏差或缺陷，因此，教师有必要让学生经历整合的过程，将大概念输出、显化，进一步修整使之更清晰、完整。整合可以分为如下三个层面。

其一是知识层面。教师要让学生将议题讨论中所涉知识用概念图、思维导图等方式呈现出来，力求体现概念之间的结构性。“结构性知识”能直接表征学生的认知水平。

其二是规则层面。教师要让学生从议题中提炼出一般的议事规则，并应用于其他相似议题的讨论，如核心的框架为“自我了解→研究反思→论证决策→考察行动”、基本原则为“论据客观真实、论证逻辑清晰、道德底线明确”等。这种“再生性知识”具备长期的活力，让学生在长远发展中保持再生产、再增值的能力。

其三是思想层面。教师要引导学生讨论能源开发对各方面的影响，使他们从更高的层面认识到，科学应用经常会对伦理、社会、经济和政治等产生深远影响，科学发展必须与社会、环境等相互协调。

（四）构建多维评价体系，精准测评

传统的纸笔测试无法准确测评学生在SSI议题学习中的表现，因此，教师要根据既能引导学生明确方向和激发积极性，又能准确诊断学生全面表现的原则，从知识、能力、情感态度三方面构建多维评价体系，详见表3（见下页），并在课前将表格发给学生，使其有对照的学习标准，也使课后多视角的评价更为精准，从而使核心素养培育目标真正落地。

表3 知识、能力及情感态度评价体系

三、反思与总结

实践证明，基于SSI议题的单元整合教学能够极大激发学生在课堂内外的活力，使他们能持久地保持兴趣并专注于对议题的探讨，不论是知识、思维能力还是态度责任，均在此过程中围绕议题有序生长，最终形成可迁移的学科大概念。这无疑对学生核心素养的发展具有极大作用，但我们也必须看到实践中所遇到的困难和问题。一是教师必须花较长时间钻研课标、教材及相关资料，并具备较强的整合能力和课堂驾驭能力，这对一线教师来说极具挑战性。二是学生受传统讲授式课堂影响极深，在表达、论证、媒介素养及科学写作等方面比较欠缺，因此教学实施的效果往往不够理想。三是相较于传统课堂的“大容量、快节奏”，基于SSI议题的单元整合教学更注重慢工出细活，需要花费更多课时、转换更多场地，这往往与繁重紧凑的教学任务相冲突。这些困难和问题有待未来继续研究解决。