“我现在明白了”

“等一下。”索菲亚说。基本上，我们是在说，我在谷歌上能找到的每一张温室效应图要么令人困惑，要么具有误导性。”

“嗯，是的，”黛昂德丽回答。

“是的。那么，人们应该如何弄清楚气候变化是如何起作用的，从而理解这个问题有多严重?热奈尔问。

“我想你需要认真考虑一下。如果你仔细想想，这是有道理的，但你必须自己把这些碎片拼凑起来，”埃米利亚诺说。

这段对话发生在纽约东哈莱姆气候正义高中(High School for Climate Justice)，我的9年级物理系学生之间。气候变化是地球上生命面临的最大威胁之一。它是由温室气体排放造成的，这些气体绝大多数是由特权阶层产生的。边缘化社区不成比例地感受到这种影响。我的学生主要是黑人和拉丁裔。我的一些学生是气候难民，他们通常直到来到我们学校才意识到这一点。有一次，一名学生在讲述她的家人如何从孟加拉国移民到美国的故事时，中途停了下来。她正在谈论越来越多的炎热和干旱，这让人们更难获得食物，然后她说:“这些干旱难道不是气候变化造成的吗?这不会让我成为气候难民吗?”另一个来自中美洲的学生告诉我，“飓风越来越严重，洪水越来越严重，所以我们搬到了纽约，现在我们在这里。”

气候变化是全球性的，但对我在东哈莱姆的学生来说，它也很重要。

在过去的一年里，我把气候变化作为物理课能源单元的锚定现象。我提出了一个关键问题:在过去的100年里，全球平均温度是如何变化的，是什么推动了这种变化?事实上，大多数成年人都无法回答这个问题。年轻人需要了解科学，这样他们才能发现气候错误信息，然后积极打击气候错误信息，这些信息是由拥有极端权力的人传播的，当我们应对气候危机时，他们的短期利益就会缩水。对于我的学生来说，要成为气候卫士，他们需要对人为气候变化有自己的思维模式:它是什么，它是如何发生的，我们需要做些什么来解决它。我通过创造提问的空间，创造意义，让学生们参与到这种探索中来，不相信任何人的话。

规划单位

当我开始计划这个气候物理单元时，我写了一篇关于学生从事这项工作的感受的描述。我希望学生们能够推动意义的形成，使用逻辑和数据来发展他们的气候模型，而不是接受合成的文本。面对如此复杂和微妙的概念，他们需要合作，共同提出和探索他们的问题。他们还需要感到安全，提出诸如“我母亲在煤炭行业工作;这能说明她是个坏人吗?“我的祖父母不相信气候变化;我该相信谁?或者“让孩子生活在一个我们正在毁灭的星球上，这在道德上是错误的吗?”这些问题既关乎道德，也关乎情感。

一般来说，科学家试图通过收集数据和创建模型来弄清楚我们的世界正在发生什么，这样我们就可以设计出治愈世界的解决方案。在个人和社会层面上，所有人都受到科学的影响。我需要我的气候物理课让我感觉不是干净、冰冷的计算，而是像科学真正的热烈、混乱的参与。

构建气候变化的心理模型

有许多资源可以帮助教师了解气候变化以及如何进行教学。特别是，我咨询过错误教育:气候变化在美国是如何被教导的凯蒂·沃斯，气候变化的物理学劳伦斯·克劳斯的物理学:第一门科学(第14章)，作者:彼得·林登菲尔德和苏珊娜·怀特·布拉米娅。我还观看了PBS的视频，阅读了科学和教育期刊上的文章。尽管这些资源令人难以置信，但它们都是解释气候变化及其教学方式，而不是为学生提供一个学习气候变化科学的结构。在我的研究的指导下，我为学生们构建了下面的弧线，这样他们就可以解释我们的地球是如何变暖的，并开始决定我们能做些什么。

太阳给我们提供光能。解释全球平均温度变化趋势的第一步是了解太阳的作用。我问学生们:“我们从太阳获得什么类型的能量?”大多数人说的是光和热，这是我们通常学到的。我问:“有热能是什么意思?什么是热?”

我给学生们看了两个烧杯，一个烧杯里有热水，一个烧杯里有冷水。我在每个烧杯里都放了一滴食用色素，学生们看到颜色在烧杯里用热水扩散得更快。“什么是性感?”我又问。他们回答说:“当材料摇晃得更快时，就会使其中的颗粒晃动得更厉害。”根据热的这个定义，我问我们是否可以从太阳获得热。“不，”一个学生回答说，“因为我们不能从太阳那里得到物质，只能从光那里得到。”

太阳的红外光与物质相互作用时会产生热量。在断定来自太阳的能量完全是光能之后，我说:“很明显，光和热之间是有关系的。这是什么关系?”

学生们提出了他们自己的光转化为热能的例子，比如当太阳出来时，路面变热。在这部分课程中，我最喜欢的学生问题是“为什么有时候光不产生热量，比如LED灯泡或我的手机屏幕，而有时候光会产生热量，比如火柴或白炽灯泡?”我的学生已经知道了能量守恒定律，它说能量可以改变它的形式和位置，但不能被创造或毁灭。所以当我的学生发现一个看似矛盾的现象时，我很高兴，那就是有时光产生很多热量，有时却不那么多。

解决这个难题的办法在于把红外光理解为一种热传递机制。我的学生首先需要明白，有些光的波长是我们的眼睛无法探测到的(这里最相关的是红外线)，然后红外光会传输热量。为了让学生们得出这个结论，我问他们:“相机能检测到什么?”“嗯，当然是光，”一个学生回答说。我给学生们看我的电视遥控器，然后开始随意按下按钮。我问学生们是否看到了遥控器发出的光;他们没有。我把遥控器举到手机摄像头前，学生们可以清楚地看到遥控器发出的光!我让学生们竖起大拇指，如果他们认为有些光是相机可以探测到的，但我们看不到的，否则就竖起大拇指。每个学生都竖起大拇指。

在他们的小组中，我要求学生使用谷歌来了解不同类型的摄像机，包括红外摄像机。一组学生是这样解释的:“光可以有任何波长，除了我们只能看到其中的一部分——大约400到700纳米。红外线的波长比我们能看到的要长。”

热的物体发出红外光。我向学生们展示了通过红外摄像机拍摄的各种物体(人、狗、蛇、桌子、冰块)的图像。他们记录了哪些物体发出的光更亮，哪些更暗。“热的东西在红外相机上更亮，”一名学生指出。“即使在黑暗中，人们在红外波长下也会发出非常明亮的光。我想知道白炽灯泡是否比红外摄像机上的LED灯泡更亮，因为红外灯泡更热。”这是一个准确的预测。一个学生问:“太阳就是这样使地球变暖的吗?”

一些物质吸收红外光并因此升温。我让学生们思考可见光。他们从早期的科学课上知道，当光线照射到物体上时，它会被反射或吸收。由于红外光仍然是光，它应该以同样的方式工作——问题是当红外光被吸收时发生了什么。由于学生们已经学过热的物体有更快运动的粒子，他们能够推断出红外光的吸收会导致粒子运动得更快，从而变得更热。考虑到他们对吸收和反射的了解，我要求每组学生制作一张图表，展示太阳和地球内部红外光的流动情况。每个小组的方法都略有不同，但他们最终都表明，一些红外光被地球吸收，另一些则进入了太空。

然后我问:“看看你的图表，什么因素会改变红外光被大气吸收而不是进入太空的比例?”一名学生提出，也许空气的不同成分会吸收不同数量的红外光。

温室气体(尤其是二氧化碳)升温更快。我告诉学生们，“让我们试着把二氧化碳和常规空气样本进行比较。你能设计什么实验来看看二氧化碳比普通空气吸收更多或更少的红外光?”大多数学生建议我们拿两个罐子，一个装空气(空气是各种气体的混合物，包括一些二氧化碳)，另一个装纯二氧化碳。一个学生解释说:“让我们把罐子放在阳光下一会儿，测量一下里面的空气温度。我认为有二氧化碳的玻璃杯会更热。”唉，我们实际上没有做这个实验，因为我们手边没有纯二氧化碳，但我确实计划在未来做这个实验。

我们没有做实验，而是花了一节课的时间一起阅读尤尼斯·富特(Eunice Foote) 1856年发表的论文《影响太阳光线热量的环境》(environmental influence the Heat of Sun’s Rays)，她用二氧化碳和空气做了这个实验，并得出结论:“含有(二氧化碳)气体的接收器本身变得非常热. . . .。这种气体的大气层会给地球带来高温。”大多数人从来没有听说过尤尼斯·富特，她的开创性工作早于所有常见的关于大气中二氧化碳影响的引用。我问学生们，他们是否知道为什么人们没有听说过她，他们猜测这是因为性别歧视。一个学生大胆地说，如果富特是男性，温室效应将被称为富特效应。性别歧视阻碍了科学进步。我需要我的学生知道这一点，这样他们才能成为解决方案的一部分。

在确认了纯二氧化碳气体比空气升温更快之后，我让学生们想想已经很热的东西。“它会永远保持高温，还是会降温?”我问。他们认为热的东西显然会冷却，但他们不知道如何冷却。热能肯定流向了某个地方，但是流向哪里呢?我给他们看了PBS的视频全球变暖:二氧化碳和温室效应．任何温度超过其周围温度的物体都会辐射出红外光，在此过程中物体会冷却下来。人类不会变冷，因为我们体内的化学反应会产生新的热量来取代我们体内不断散发的热量。

我暂停了视频，让学生们两人一组讨论:当他们将二氧化碳泵入人与红外摄像机之间的透明管中时，相机上的人的形象会发生什么变化?答案各不相同。一个学生说:“天会越来越亮的!”另一个学生叫道:“它会消失的!”第三个人说:“我认为什么都不会改变。”我喜欢看到学生们的预测(和理由)不同。有时学生的预测被证实，有时被否定，但预测会让人兴奋，因为他们知道事情为什么会这样发生。

随着视频的进展，学生们看到这个人从摄像机图像中消失:尽管这个人比周围的环境发出更多的红外光，因为这个人比周围的环境更热，这些红外光被二氧化碳吸收，没有到达红外摄像机。一个学生问:“所以如果我想在黑暗中隐形，即使有人戴着夜视镜，那么我需要在我周围覆盖一层二氧化碳吗?”“我想这可能行得通，”我告诉他。

空气中更多的二氧化碳将使地球整体变热。当学生们和他们的小组讨论这个实验的意义时，教室里的声音变得更大了。一些学生把能量守恒定律与大气中二氧化碳的存在联系起来。一个学生是这样说的:“如果地球上的某物很热，它会发出红外光，那么这些能量就会流向外太空，对吧?但如果空气中的二氧化碳在有机会进入外太空之前吸收了这些能量，那就不会了吗?”

正确的。到目前为止，在我们的单元中，学生们已经熟悉了这种提问和建立模型的方式，并且他们主动地扩展了这种对话。“但是等一下，”另一个学生说。“我认为我们燃烧化石燃料向空气中排放了大量二氧化碳。所以如果空气中有更多的二氧化碳，那么就会有更多的红外光被吸收，二氧化碳会吸收所有的能量，从而使空气变热，否则这些能量就会流向外太空。是这样吗?”

是的，没错。现在我的学生们可以看到我们面对的是全球变暖。

将理解应用于正义

当学生们完成对气候变化背后的科学原理的探索后，我开始听到他们表达对气候的焦虑。

“我们不会没事的，对吧?”一个学生问道。“我不想生活在我们创造的世界里。”另一个学生一直在读气候小说，比如撒种的比喻奥克塔维亚·e·巴特勒为英语课所写船断路器由Paolo Bacigalupi独自撰写。“我以为这些世界是假的，”她说，“但也许它们才是真正的未来。”

在整个学校都关注气候正义的情况下，教学的一个好处是，没有一个班级需要承担教授有关气候危机的所有内容的负担。我所有的学生还和我的同事本·奥托一起参加了一个为期一年的气候正义研讨会。在气候正义研讨会上，学生们深入探讨了产生吸热气体的人类活动，这些气体是他们在物理课上所学到的。他们了解到化石燃料在殖民和资本主义崛起中的作用，资本主义创造了一个有利于当权者的体系，同时危害了我们的星球。他们还了解了解决危机的社会运动，以及像他们这样的年轻人如何发挥作用。

我们需要我们的学生成为解决方案的一部分;我的物理单元的最后一部分是关于他们如何自己做出改变。有了对科学更深入的了解，我的一些学生联系了他们的国会议员，解释他们为什么需要支持气候立法。我希望在气候抗议活动中看到我的学生。我希望看到他们支持使用可再生能源制造的产品，并从碳中和的公司购买产品。我希望他们已经学会了质疑他们在网上看到的说法，而不是落入绿色清洗的圈套。他们对科学了解得越多，就越能有效地成为关注气候变化的公民。

我的学生对这些学习经历的反应令人振奋。“我一直认为气候变化是因为人们不回收，”一个学生告诉我。“但我现在明白了。”