看东风威力，爱吾之华夏

一、背景分析

1.教材中相关课程思政元素的分析。

2.学生在相关课程思政方面学习的基本情况把握。

部分学生有关注时事新闻的习惯，对拓展课外知识有很大的兴趣，愿意投入精力了解我国前沿科技与军事力量的发展，比较容易通过我国高水平的科技发展与军事力量生发爱国情怀，增强民族自信心与自豪感。

大部分学生能够通过认识能源开发与使用情况，认识到人与生活和社会的关系，激发为可持续发展做贡献、将科技服务于人类的使命感与责任感。

在面对社会问题时，大部分学生能够运用所学的知识进行分析和思考，有一定的思辨能力和批判性思维，能认识到事物的两面性。

二、教学目标

物理观念：了解原子、原子核的结构，了解核聚变、核裂变，知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国核能利用的新进展。培养环保意识，形成能源可持续发展的观念。

科学思维：建构链式反应模型，理解链式反应本质，提升模型建构的能力。

科学探究：通过探究分析核反应堆内的能量转化、物态变化、能量改变方式等，提升分析概括与探究能力。

科学态度与责任：增强政治认同，激发爱国热情，建立全面认识事物的思维习惯，学会辩证地看待问题。

三、问题框架

核心问题及问题链。（见文末图1）

四、方法策略

针对学习内容特点和学情，突破教学重难点采取的方法策略：

重点1：搭建链式反应模型，模拟链式反应。

重点2：了解我国核利用的现状，增强政治认同，激发爱国热情。

重点3：建立全面认识事物的思维习惯，学会辩证地看待问题。

重点4：体会科技与人类幸福生活的关联，培养为可持续发展做贡献、将科技服务于人类的使命感。

难点1：链式反应的本质。

难点2：核反应堆的工作过程。

本节课设置让木块最快速倒塌的任务，给予学生充分发挥的空间，激发学生的想象力与创造力，使学生在问题解决中明确链式反应的过程，再通过教师演示火柴棍实验，引导学生了解链式反应的巨大威力，理解链式反应的本质，突破重点1与难点1；通过阅读材料、小组讨论等方式，综合运用学过的知识梳理核反应堆的工作过程，形成思维链条，提升表达力，体会物理知识在工程实践中的应用，突破难点2；通过了解我国核电站、核武器、核政策、人造太阳的研究进展，增强政治认同，激发爱国热情，增强民族自信心与自豪感；通过材料阅读、信息提取与小组讨论，加深对科学技术的全面认识，培养建立全面认识事物的思维习惯，学会辩证地看待问题，突破重点3；通过能量观的建立，培养学生为可持续发展做贡献、将科技服务于人类的使命感，突破重点4。

课程思政元素融入的方式方法：

1.播放东风-41洲际战略导弹视频，展示其世界领先的性能，让学生感受我国的军事力量，激发爱国情感，增强民族自信。

2.通过学习核电站工作原理，了解我国核电站发展，如大亚湾、秦山等，认识到我国核能利用的领先地位，进一步激发爱国情怀。

3.通过氢弹威力的体会，明确使用核武器的严重后果，了解中国的核政策，认识到维护世界和平的大国责任，增强政治认同。

4.以“50亿年后地球怎么办”为引，介绍我国在受控核聚变研究方面的进展，激发爱国热情，体会科技与人类福祉的联系，培养科技服务人类的责任意识。

5.通过阅读和小组讨论，加深对科技的理解，培养全面认识事物和辩证思维的习惯。

6.通过讨论核能的潜在应用，培养为可持续发展做贡献的意识，激发科技服务人类的热情。

五、教学活动设计

引入：2019年，在国庆70周年阅兵式上，东风-41洲际战略导弹第一次惊艳亮相，震惊世界！它到底有多厉害呢？我们来看一下。

【播放视频】东风-41洲际战略导弹介绍

东风-41洲际战略导弹这么厉害，其中一个重要的原因就是它配载的核弹头具有非常强大的威力。（认识我国核军事力量的强大，激发学生的爱国情怀，增强学生的民族自信心与自豪感。）

【提问】核弹为什么具有这么大的威力？核弹的原理能不能应用在我们生活中呢？今天我们就一起来探讨：核能的开发与利用。（引发思考，引入课题）

【任务一】认识核能

核能是什么？首先要回忆一下原子的结构。

填写学案任务一。

1.原子核的结构。

2.原子的质量主要集中在哪儿？

3.原子的相对原子质量是由什么决定的呢？

（结合化学课上学过的内容，复习原子结构、相对原子质量、元素的种类、同位素等知识，为引入核能做铺垫。）

在化学课上大家已经学习过很多种类的原子，并且知道具有同种核电荷数（质子数）的一类原子是同一种元素。如核电荷数最小的氢元素，同是氢元素，根据中子数的不同，又可以分为氕、氘、氚三种原子，其质子数相同，中子数不同。有的很大，如錒系的稀有金属铀，也存在三种不同的原子。（为学习核裂变与聚变做铺垫。）

【提问】那么问题来了，铀235它有92个质子，143个中子。这么多的质子与中子为什么集中在一起，而不会散开呢？（提出疑问，引发学生思考，引出核能。）

解答：因为质子、中子依靠强大的核力紧密结合在一起，要使它们分裂或结合都是极其困难的。

【核能概念】质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时，就有可能释放惊人的能量，这就是核能。（介绍核能的概念，让学生知道原子核内部贮藏了巨大的能量。这是利用核能的基础。）

【任务二】认识核能利用的原理

【学生活动】在最短时间内，让站立的木块全部倒塌。（通过动手操作，为学习链式反应做铺垫。）

利用手机软件投屏到大屏幕，对比、评价学生不同的方案，选出最快倒塌的方式。

过渡：其实，核裂变就是这样一个快速、剧烈的过程。

核裂变：中子轰击铀235原子核，铀核会变成两个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，叫作裂变。（了解核裂变的概念。）

链式反应：用中子轰击铀235原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。（就像链条一样，持续引起更多的反应。）

利用链式反应示意图解释说明。（呈现教材相关图片）

下面老师用火柴给大家模拟一下这个过程。

【演示实验】火柴模拟链式反应

我先点燃一根火柴，再用这根点燃的火柴去触碰其他火柴，会有什么现象发生？

我们来验证一下同学们的猜想是否正确。（利用火柴实验生动演示链式反应过程，引导学生理解链式反应的含义。）

一根小小的火柴，引发了熊熊火焰，释放了很多的热量。它发生了什么反应？

定义中说裂变会释放巨大的能量，有多大呢？

【举例】1 kg的铀全部裂变，释放的能量超过2000 t煤完全燃烧时释放的能量。（煤炭热值：2.9×107J/kg）

【数据对比】长岛县，6万人口，每个冬天需要1.2万吨煤炭取暖。

【提问】如果使用铀来供暖的话，需要多少？

（通过计算与数据对比，联系生活实际，使学生感受核裂变释放巨大能量的含义。）

【提问】裂变释放的能量实在太多了，刚才我们用木块、火柴模拟链式反应，如果我们用的是浓度为90%以上的铀235，会有什么现象发生呢？大家请看。

【播放视频】原子弹爆炸（介绍威力）

铀235在不受控制时，发生裂变，释放巨大能量，就是原子弹，具有非常大的杀伤力。（明确原子弹的原理与原子弹爆炸的威力。）

我们前面提到的东风-41洲际战略导弹上搭载的核弹头，就是利用这个原理制成的。

铀裂变可以释放这么多能量，如果释放的能量能被和平地利用，该多好呀！可是裂变反应一旦开始，就会很剧烈，要想利用核能，我们必须想办法控制。（引发学生主动思考，解决问题，在问题解决中获得知识。）

【提问】怎么样才能控制裂变呢？

（提示：根据裂变发生的条件）

科学家也是像你这么想的。他们在反应堆里放置控制棒与可燃毒物，吸引中子，减少中子数量，控制链式反应发生速度。

控制了裂变反应速度，获取核能，能用来做什么呢？（引出核电站）

请同学们以小组为单位，阅读材料，分析核能转变为电能的整个过程（能量转化、内能改变方式、物态变化），给出核反应堆示意图，分析能量转化的过程。请同学们稍后做展示。

【学生活动】分析核反应堆内能量转化、物态变化、能量改变方式等。

（通过阅读材料、小组讨论等方式，运用学过的知识梳理核反应堆的工作过程，建构思维链条。体会物理知识在工程实践中的应用。）

介绍我国核电站发展状态：我国在核能利用方面走在世界前列，已经建造了大亚湾、秦山等十多座核电站。（引导学生了解我国核电站发展状态，激发爱国情怀，增强民族自信心与自豪感。）

其实，最早开发核反应堆的目的并不是发电，而是在军事上应用。我国第一艘核潜艇“长征一号”就是利用核能作为燃料，其原理与核电站是一样的。

人类已经能够利用铀这样的相对原子质量很大的重核裂变来发电了，像氢这种原子质量比较小的轻核能不能聚合在一起呢？（提出疑问，引发思考。）

【提问】大自然中，哪种物质中存在的氢原子最多？发生聚变了吗？

解答：海水当中的氘、氚在一起却并没有发生聚变，因为聚变是需要条件的。氘核与氚核在超高温下结合形成氦核，能释放巨大的核能，叫作聚变。（结合化学知识，引导学生意识到核聚变原料的储备量巨大的情况。）

这个巨大有多大呢？我们刚才计算了裂变释放的能量，而聚变释放的能量是裂变的很多倍。

海水当中氘、氚的储量非常丰富，要是能够发生聚变，释放能量，我们可以做什么呢？

想法非常好，也是科学家一直在努力的方向。但是到目前为止还没有实现，因为核聚变的高温需要几百万摄氏度到上千万摄氏度，目前人类还没有办法控制这么高的温度，所以聚变反应也叫作热核反应。（培养学生利用核能的意识。）

现阶段人类无法控制聚变，只能利用它来做一种武器，叫作氢弹。我们国家有氢弹与原子弹吗？（意识到可控核聚变发生的条件很严苛，人类目前还没有找到有效的办法。）

从此我们国家就有了核武器。（简单说明我国原子弹发展情况）我国是世界上第五个拥有核武器的国家，在国际上就有了一定的地位。

但是，我国发展核武器是为了维护国家主权，始终奉行在任何时候和任何情况下都不首先使用核武器、无条件不对无核武器的国家和地区使用或威胁使用核武器的政策。（了解中国的核政策，明确我国维护世界和平、保护人民安全的坚定立场，体会国家对人民的热爱与维护世界和平的大国担当，加强政治认同。）

虽然现在还不能控制核聚变反应，但是人类也已经从中获取了很大的好处。谁来说一说？

太阳内部的氘、氚在不断地发生核聚变，形成氦核，既然发生聚变，氘、氚早晚都有用完的一天，大家知道太阳的寿命是多长吗？50亿年以后地球怎么办呢？（拓展思维，了解太阳为人类做出的贡献，知道太阳内部发生核聚变。）

播放视频：中国“人造太阳”进展

“人造太阳”还有很多技术难点需要攻破，未来，还要靠在座的同学们！（了解我国受控核聚变的研究进展，激发爱国热情，体会科技与人类幸福生活的关联，培养为可持续发展做贡献、将科技服务于人类的使命感，落实科学态度责任教育。）

【任务三】认识核能的利与弊

既然核能的优点这么多，为什么人们还“谈核色变”呢？

【小组讨论】核能是天使还是魔鬼？

评价：刚才大家提出的观点都很好，核能作为一种新型能源来说有很多的优点，但是仍然存在一些无法解决的问题。随着科技的进步，我相信这些问题都会慢慢解决的。（加深对科学技术的全面认识，培养全面认识事物的思维习惯，学会辩证地看待问题。）

【提问】那么，如果这些问题能够得到解决，大家想利用核能来做什么？

寻找新能源，是保护地球的关键。如果人类能够掌握可控核聚变，就可以让人类彻底摆脱对化石燃料的依赖。或许不久之后，在大家的共同努力下，人类会迎来能源问题的重大突破！（培养学生为可持续发展做贡献、将科技服务于人类的使命感。）

（作者单位：北京市第八十中学睿德分校）

编辑：常超波