科技創(chuàng)新對人類發(fā)展的影響
作者： ${content.author} 時間：2021-09-14 瀏覽量：4,176關聯(lián)展品： 手蓄電池、魔力水車、超導磁懸浮、光伏發(fā)電、可再生能源-氫能、核聚變核裂變、PM2.5
講解主題： 能源創(chuàng)新對環(huán)境的影響
選擇展品： PM2.5、光伏發(fā)電、可再生能源-氫能
輔導對象： 初中九年級（選擇該階段學上進行輔導，一是因為展品的趣味性相對比較低，如果是輔導低年級的學生，可能不容易吸引他們的注意力，而初中九年級的學生，不管是專注度還是自控力等都相對要好很多；二是因為展品所涉及的原理比較難，需要有大量的學科知識儲備量，尤其是在物理、化學等基礎學科方面。）
切入點： 能源作為國家命脈，我們的生活離不開它。今年兩會中“碳達峰、碳中和”，新能源汽車、氫能、新能源消納、充電樁等，也成為了熱點話題。如何在開發(fā)和使用能源的同時保護好我們賴以生存的地球，這已經(jīng)是一個全球性的重大課題。
輔導形式：采用體驗式學習和發(fā)現(xiàn)式教學相結(jié)合。通過用問題引導，引發(fā)學生思考，同時讓學生自主體驗、探究展品，再聯(lián)系生活中相關的常識、現(xiàn)象，最終使學生獲得認知的這么一個自主學習的過程。
創(chuàng)新點：學校教育大部分是基于教材的授受式教學，而科技館的展品輔導是將展品化身為實驗器材和教具，可以更好地開展基于實物的體驗式學習和基于實踐的探究式學習。
預期效果：達到讓學生了解PM2.5究竟是什么，知道光伏發(fā)電、電解水制氫的過程及原理等知識目標；同時使學生領悟到科技創(chuàng)新的重要性，尤其是能源技術的創(chuàng)新對未來環(huán)境的深刻影響，讓學生理解“綠色出行”、“低碳生活”這些措施對環(huán)境保護的重要意義。
從刀耕火種開始，人類社會的文明進步就離不開能源，能源技術推動了經(jīng)濟社會的高速發(fā)展。但能源的開發(fā)與利用是把雙刃劍，它帶來社會繁榮的同時，也帶來了前所未有的環(huán)境危機。
“垃圾圍城”、“全球變暖”、“微塑料”、“霧霾”、“PM2.5”，相信同學們對這些名詞都不陌生，煤炭、石油等舊化石燃料的過多開發(fā)利用，正是導致這些環(huán)境問題出現(xiàn)的根本原因。
什么是PM2.5？PM2.5會帶來哪些危害？別急，讓我們通過面前這件展品來詳細了解吧。展項主要由三個部分組成，分別是“顆粒的世界”、“它去哪里了”、“口罩的秘密”。
我們先看“顆粒的世界”，請這位同學按動按鈕切換樣本，仔細觀察PM2.5、PM10和水稻花粉的樣本圖像，然后對比看看究竟哪個大，哪個最??？你發(fā)現(xiàn)PM2.5最小，水稻花粉好像最大。很好，其實這件展品主要是讓我們直觀上感受PM2.5究竟有多小。PM2.5是指空氣動力學當量直徑≤2.5微米的顆粒物，而水稻花粉的平均直徑在30微米左右，所以顯而易見，PM2.5是一種非常小的顆粒污染物，那如果我們吸入這種顆粒物之后會造成什么危害呢？有同學說會咳嗽，有同學說會嘔吐，還有同學說會得肺病。究竟會怎樣？讓我們一起跟隨“它去哪里了”的視頻，帶著問題一起去探究吧。原來直徑極小的PM2.5顆粒物能順利穿過鼻腔中的鼻纖毛的阻擋，從呼吸道到達人體的肺部，由于直徑太小沒辦法排出，這些顆粒物就會在肺泡內(nèi)沉淀聚集，影響肺的通氣功能，最終造成肺氣腫，嚴重的甚至導致肺癌。那戴口罩可以阻擋我們吸入PM2.5顆粒物嗎？這個問題就留給同學們自己去思考和探究了。
PM2.5已被公認為是大氣環(huán)境中危害健康的最主要污染物，而煤炭、石油燃燒排放出的二氧化硫和氮氧化物則是造成PM2.5升高的罪魁禍首。唐太宗李世民曾說“以史為鑒，可以知興替；以人為鑒，可以明得失。”在吸取前人慘痛教訓之后，我們現(xiàn)在面臨的是新的能源技術創(chuàng)新，減少化石能源的利用，增加無污染的新能源的開發(fā)利用。
現(xiàn)在我們來到的是能源展區(qū)，在這里我們將了解中國能源新貌?，F(xiàn)代生活離不開“電”，大家知道電從哪來嗎？水力發(fā)電、核能發(fā)電……我聽到有同學說到了太陽能，很好，大部分人都知道太陽能發(fā)電，但其實太陽能發(fā)電也分為兩種類型：一種是太陽能光伏發(fā)電，另一種是太陽能光熱發(fā)電。我們今天著重為大家介紹的是光伏發(fā)電。在過去天然氣應用還不是特別廣泛的時候，很多人家里都會用太陽能熱水器，這其實是一種太陽能集熱器，也算是簡單的光熱發(fā)電吧，但光伏發(fā)電就相對比較復雜了。接下來，我們就通過面前的展品來了解一下光伏發(fā)電。
首先按動啟動按鈕，使照明燈發(fā)光來模擬太陽光，接著我們來看一看電視、LED燈的運轉(zhuǎn)情況，你們發(fā)現(xiàn)了什么？當燈光照射到光伏板上時，電機旋轉(zhuǎn)，LED燈發(fā)光。那么現(xiàn)在我們用遮光板遮住燈光，看看是否會發(fā)生什么變化？當改變燈光照射到光伏板上的強弱時，電機旋轉(zhuǎn)速度變慢，LED燈亮度也開始變?nèi)?。那么這塊光伏板中到底隱藏著什么奧秘呢？科學家們發(fā)現(xiàn)了一種能夠吸收太陽光產(chǎn)生電能的半導體材料，光伏板就是用這種半導體材料制成。光伏發(fā)電靠的是半導體的光電效應，也就是利用半導體界面的光生伏特效應，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/span>
在這件展品中遮光片代表太陽照射到地面需要經(jīng)過大氣層和云層的阻擋。大氣層阻擋率為10%，云層阻擋率為5%。當遮光板擋住燈光時，代表太陽光變?nèi)?，相對應光伏板輸出的電能減少，因此電機的旋轉(zhuǎn)變慢，LED燈也隨之變暗。
目前我國的光伏發(fā)電技術已經(jīng)相對成熟，其優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在太陽能汽車的制造上，在氫能制備這塊也不可或缺。2021年1月，全國首個碳中和垃圾分類站落地四川成都，居民可以投放自己日常產(chǎn)生的可回收物，通過回收抵消碳排放量，還能獲得收益。隨著“2030年碳達峰，2060年碳中和”任務的提出，氫能似乎成為實現(xiàn)終端燃料脫碳的最終解，又增添了其討論的熱度。那么氫能如何制??？現(xiàn)階段我國氫能又發(fā)展到什么程度了？
我們都知道氫能是一種清潔高效的二次能源，無法直接從自然界中獲取，人工制取是唯一的方法。面前的這件展品將會向我們展示：太陽能電解水制氫-氫的存儲運輸-燃料電池驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的全過程。
按下第一個按鈕時，模仿太陽光的燈亮起，光線照到前方的光伏板上發(fā)電，利用電能電解水，進而制取氫氣和氧氣；按動第二個按鈕時，氫氣和氧氣通過特定管道輸送，凈化后輸送至燃料電池；按動第三個按鈕時，燃料電池被啟動，通過氫與氧的反應產(chǎn)生電能，最終驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)起。
目前主流制氫路線中，煤炭、天然氣等化石燃料制氫是當前國內(nèi)成本最低的制氫路線。雖然電解水制氫，特別是可再生能源電力制氫非常熱門，但目前電解水占所有制氫方式的比重僅為3%~5%。因為現(xiàn)階段大規(guī)模電解水制氫仍然存在諸多問題，其中最主要受成本制約。即使制氫成本得到大幅下降，在經(jīng)過存儲、運輸多個環(huán)節(jié)后終端氫氣價格仍居高不下。只有當氫氣大規(guī)模存儲、運輸?shù)燃夹g瓶頸得到解決，且下游需求如氫燃料電池得以激發(fā)的情況下，大規(guī)模電解水制氫才可以實現(xiàn)商業(yè)模式上的閉環(huán)。
縱觀人類能源轉(zhuǎn)型歷史，可以發(fā)現(xiàn)從高碳到低碳、從低密度到高密度轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。人類學會用火標志著柴新時代的開始，第一次工業(yè)革命伴隨著煤炭的大量使用，石油的開采極大推進了現(xiàn)代文明，而我們現(xiàn)在正處在大規(guī)?？稍偕茉刺娲茉吹霓D(zhuǎn)換期，那么下一次能源革命會是更加清潔高效的氫能時代嗎？我們拭目以待！
