王九洲 趙興華

(1. 蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730107；2. 廣東省珠海市拱北中學(xué)，廣東 珠海 519000)

1 問題的提出

近年來，有小區(qū)居民因?yàn)閾?dān)心無(wú)線通信基站的電磁輻射危害身體健康、要求拆除基站設(shè)備引發(fā)的各種矛盾時(shí)有發(fā)生，有的居民小區(qū)為了尊重“民意”開展民主投票，根據(jù)投票的結(jié)果決定是否拆除已有的基站設(shè)備，往往使周邊民眾的通信權(quán)益受到侵害。隨著5G時(shí)代的到來，信息的傳播能力比4G快，很多人認(rèn)為5G輻射也會(huì)成倍增長(zhǎng)，導(dǎo)致民眾和通信公司產(chǎn)生沖突。

為什么民眾對(duì)電磁輻射會(huì)有這么多的擔(dān)憂，對(duì)周邊安裝通信基站等設(shè)備懷有這么大的抵觸情緒？問題出在哪里？分析我國(guó)初高中物理教材中有關(guān)電磁波的教學(xué)內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，教材基本都是從電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收,到電磁波的應(yīng)用展開教學(xué)的，而理性認(rèn)識(shí)電磁波對(duì)人體健康影響的內(nèi)容卻甚少涉及，導(dǎo)致很多人不能正確認(rèn)識(shí)電磁輻射，甚至將電磁輻射和核輻射混為一談,這就容易導(dǎo)致人們不考慮能量密度、不分種類地對(duì)一切電磁輻射產(chǎn)生恐慌。

科學(xué)課程應(yīng)該把人類群體的生活經(jīng)驗(yàn)呈現(xiàn)給學(xué)生，切入到學(xué)生的生活世界，使文化教育融入到他們的生活經(jīng)驗(yàn)”中，而不應(yīng)該只是給學(xué)生呈現(xiàn)單一的、理論化、體系化的書本知識(shí)。這就要求在物理課程中，學(xué)生通過直接或間接的方式經(jīng)歷科學(xué)探究過程，達(dá)到對(duì)知識(shí)的深刻理解，領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)，提高探究的意識(shí)和技能，養(yǎng)成求實(shí)求真的科學(xué)態(tài)度。

在“信息的傳遞”教學(xué)中，可以基于教材的開放性原則，突破知識(shí)本位，順應(yīng)時(shí)代的要求，開展電磁波與人體健康的專題探究活動(dòng)，使學(xué)生習(xí)得分析事物的科學(xué)方法，通過理性評(píng)估電磁輻射對(duì)健康的影響，形成對(duì)電磁輻射的正確認(rèn)知，培育學(xué)生的科學(xué)精神與科學(xué)思維能力，提高學(xué)生的社會(huì)參與意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2 “信息的傳遞”中“電磁輻射與健康”的教學(xué)實(shí)施

2.1 “信息的傳遞”教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

為了讓學(xué)生對(duì)電磁波有更完整、更具體的認(rèn)識(shí)，筆者對(duì)《信息的傳遞》一章的知識(shí)內(nèi)容和邏輯結(jié)構(gòu)做了調(diào)整，將原來的4課時(shí)增加到5課時(shí)，增加“電磁輻射與健康”(圖1)。

圖1

2.2 “電磁輻射與健康”的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.2.1 電磁輻射的電流效應(yīng)

金屬物質(zhì)吸收電磁輻射后會(huì)產(chǎn)生電流，如微波和無(wú)線電波能夠在無(wú)線電設(shè)備的天線中產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電信號(hào)的接收。

2.2.2 電磁輻射的熱效應(yīng)

人體中70%以上是水，吸收了電磁輻射后，其中的水分子會(huì)相互摩擦，引起機(jī)體溫度升高，影響體內(nèi)器官的正常工作。電磁輻射的熱效應(yīng)的強(qiáng)弱還與電磁波的能量密度有關(guān)，通常使用手機(jī)時(shí)，產(chǎn)生的微波的能量密度很小，在人體中產(chǎn)生的熱效應(yīng)極不明顯。

2.2.3 電磁輻射的化學(xué)效應(yīng)

如果電磁輻射的能量足夠大，會(huì)讓吸收它的分子發(fā)生化學(xué)變化。例如：植物葉片里的葉綠體吸收可見光的能量后，發(fā)生光合作用。在此設(shè)計(jì)了“想想議議”欄目：陽(yáng)光和生命。

“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”，地球上幾乎所有的能量都直接或間接地來自太陽(yáng)。除了植物利用太陽(yáng)的能量進(jìn)行光合作用，制造出為各種生物體的生命活動(dòng)提供能量的物質(zhì)外，人類的皮膚在太陽(yáng)光的照射下能產(chǎn)生維生素D，可以有效促進(jìn)人體對(duì)鈣的吸收、預(yù)防佝僂病，還能提高人體的免疫功能。很多人喜歡進(jìn)行日光浴，是因?yàn)殛?yáng)光能夠促進(jìn)人體產(chǎn)生調(diào)節(jié)情緒的化學(xué)物質(zhì)，給人產(chǎn)生快樂的感覺，減少抑郁的發(fā)生。但太陽(yáng)光中過量的紫外線也會(huì)增加人類罹患皮膚癌的風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期暴露在強(qiáng)烈陽(yáng)光下的人患白內(nèi)障的概率是普通人的4倍。研究表明，長(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光下是罹患皮膚癌或患白內(nèi)障的一個(gè)因素，兩者之間有一定的關(guān)聯(lián)，但還不能認(rèn)定陽(yáng)光的照射就是這個(gè)結(jié)果的直接原因。

學(xué)生開展討論：如何辯證地看待日光照射的好處和風(fēng)險(xiǎn)？在需要長(zhǎng)時(shí)間暴露在日光下的時(shí)候，可以采取哪些措施降低陽(yáng)光危害身體健康的風(fēng)險(xiǎn)？

通過辯證了解“陽(yáng)光和生命”的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生初步樹立“任何事物對(duì)人類都不是絕對(duì)安全的”的基本觀念，學(xué)生學(xué)會(huì)在討論給定的某種危險(xiǎn)時(shí)，能夠從“發(fā)生的概率”和“產(chǎn)生的后果”兩個(gè)方面進(jìn)行考量，并能夠提出降低風(fēng)險(xiǎn)的方案。

2.2.4 電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)

生物體在吸收電磁輻射后產(chǎn)生的與生命現(xiàn)象有關(guān)的變化叫作電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)。決定電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)的主要因素是電磁波的頻率，不同頻率的電磁波產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)的方式和強(qiáng)弱也不相同。按照電磁波頻率的高低，通常把電磁輻射分為電離輻射和非電離輻射。像高頻紫外線、X射線和γ射線這樣頻率較高的電磁波，吸收體的分子接收這樣的輻射后有可能被破壞掉，產(chǎn)生離子，這一過程叫作“電離”。這些離子還有可能參與其他的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的物質(zhì)。因此，電離輻射可能會(huì)導(dǎo)致生物細(xì)胞的破壞，甚至?xí)?dǎo)致癌變。而低頻紫外線、可見光、紅外線、微波和無(wú)線電波的頻率較低，吸收體的分子不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，而只是使分子動(dòng)能加大，產(chǎn)生熱效應(yīng)。而且不論它的能量密度有多高，都不會(huì)使生物體內(nèi)的分子電離，這類頻率較低的電磁輻射被稱為非電離輻射。

深入了解事物的屬性可更好地應(yīng)用于生活和生產(chǎn)，列舉一些實(shí)例，讓學(xué)生了解電離輻射在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用：① 利用紫外線進(jìn)行殺菌消毒；② 利用γ射線照射生物體，誘發(fā)生物基因突變，選擇培育出所需性狀的生物品種；③ 醫(yī)學(xué)上利用γ射線進(jìn)行一次性大劑量聚焦照射病變部位，使病變部位產(chǎn)生局部壞死或功能改變，達(dá)到治療疾病的目的。

2.2.5 電磁輻射的管理政策

最后在本節(jié)課的末尾設(shè)置“科學(xué)世界”欄目：了解電磁輻射的管理政策，針對(duì)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)制定適當(dāng)?shù)墓芾碚?，這是關(guān)乎民生的重要問題。國(guó)際上針對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的政策通常有3種：預(yù)防性原則、減少“已知危險(xiǎn)”(ALARA)原則、謹(jǐn)慎原則。預(yù)防性原則通常應(yīng)用在“高度不確定”情況，具有潛在“嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)”，而無(wú)需等待科學(xué)研究進(jìn)行證實(shí)。ALARA原則是在綜合考慮技術(shù)水平、公眾健康、成本高低等因素的同時(shí)，將危險(xiǎn)因素盡可能降低，主要運(yùn)用在控制電離輻射對(duì)環(huán)境影響方面，當(dāng)電離輻射在低于所推薦限值的水平時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)也仍然可能存在。因此，就需要在條件允許時(shí)，盡可能采取各種措施來降低電磁輻射的風(fēng)險(xiǎn)。謹(jǐn)慎原則是指即使不存在可驗(yàn)證的風(fēng)險(xiǎn)，也需要采取措施來降低有可能存在的健康風(fēng)險(xiǎn)，但這些措施應(yīng)該是低成本的、容易實(shí)現(xiàn)的、自愿自發(fā)的。世界衛(wèi)生組織明確提出：不推薦將ALARA原則應(yīng)用于制定電磁輻射的相關(guān)公共政策。世界衛(wèi)生組織認(rèn)為，ALARA原則對(duì)電磁輻射并不是一種合適的政策，因?yàn)榈捅┞端降碾姶泡椛涫菦]有健康風(fēng)險(xiǎn)的，而且電磁輻射本來就是無(wú)處不在的。我國(guó)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電磁環(huán)境控制限值GB8702—2014》中規(guī)定：30-3 000 MHz的電磁輻射等效平面波功率密度限值為0.4 W/m2，明顯高于歐美國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)還強(qiáng)調(diào)：在滿足限值標(biāo)準(zhǔn)的條件下遵循預(yù)防性原則，積極采取有效措施，降低公眾暴露。

此后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生討論以下問題：(1) 如何看待乘坐飛機(jī)接收宇宙射線帶來的電離輻射風(fēng)險(xiǎn)？(2) X射線屬于電離輻射，如何理解利用X射線進(jìn)行醫(yī)療檢查中的ALARA原則？(3) 要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解核電站的電離輻射水平對(duì)周邊環(huán)境的影響，判斷是否值得擔(dān)憂。

2.3 課程的實(shí)施建議

針對(duì)新增的教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并為學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)提供必要的條件。通過教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生消除了錯(cuò)誤的前概念，逐步形成物理觀念。在教學(xué)的具體實(shí)施過程中，教師還可以通過組織辯論會(huì)的方式來開展教學(xué)，例如：創(chuàng)設(shè)在住宅區(qū)新建5G通信基站的情境，讓部分學(xué)生扮演反對(duì)建造的居民，質(zhì)疑通信設(shè)備的電磁輻射造成的健康隱患，另一部分學(xué)生扮演通信公司的工作人員，利用教材提供的素材和自己查詢的資料進(jìn)行答疑和勸解，開展辯論活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生理解相關(guān)物理知識(shí)，提高他們應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。也可以通過組織學(xué)生撰寫“電磁輻射與健康”為主題的科普論文，在班級(jí)或年級(jí)范圍內(nèi)進(jìn)行評(píng)選、展示。學(xué)生經(jīng)歷自主探究、口頭論證、書面闡述的過程，參與多輪協(xié)商與討論，體驗(yàn)科學(xué)論證的過程，提升學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度?？茖W(xué)論證是科學(xué)探究的核心，學(xué)生參與科學(xué)論證活動(dòng)能夠增強(qiáng)對(duì)科學(xué)概念的認(rèn)識(shí)，深化對(duì)合理使用證據(jù)的理解，提高邏輯論證能力。

這一部分的教學(xué)內(nèi)容比較龐雜，讓初中生系統(tǒng)掌握是不合適的。但考慮到高中物理課程中相關(guān)內(nèi)容放在選擇性必修模塊，會(huì)有部分學(xué)生失去學(xué)習(xí)這些知識(shí)的機(jī)會(huì)。因此，基于全民科普的需要，將這部分課程內(nèi)容的教學(xué)放在義務(wù)教育階段是十分必要的，筆者也望在修訂初中物理教材時(shí)，能夠?qū)@一部分教學(xué)內(nèi)容有所涉及，以便教師更好地開展相關(guān)教學(xué)活動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者費(fèi)恩曼說過：“如何對(duì)待疑問和不確定性，依據(jù)的法則是什么，如何思考問題并作出判斷，如何區(qū)別真理與欺騙、真理與虛飾……在對(duì)科學(xué)的學(xué)習(xí)中，學(xué)會(huì)通過試驗(yàn)和誤差來處理問題，養(yǎng)成一種獨(dú)創(chuàng)精神和自由探索精神，這比科學(xué)本身的價(jià)值更巨大?！痹谖锢斫虒W(xué)中，應(yīng)重視利用物理規(guī)律和科學(xué)思維方法對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系進(jìn)行解讀，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)論證的過程，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，使學(xué)生內(nèi)化分析、綜合、推理論證等科學(xué)思維方法；訓(xùn)練學(xué)生在事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理基礎(chǔ)上，對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑與批判，有效提升學(xué)生的創(chuàng)新能力；要讓學(xué)生在科學(xué)探究過程中養(yǎng)成尊重事實(shí)、事實(shí)求是的科學(xué)態(tài)度，并能在今后的學(xué)習(xí)、生活和工作中自覺堅(jiān)持，幫助學(xué)生了解自己的興趣和發(fā)展?jié)摿?，培養(yǎng)他們的核心素養(yǎng)。