創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境構(gòu)建學(xué)科體驗(yàn)課堂

呂鐸 閆春更

摘要：創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境“乙醇汽油到底怎么樣”，構(gòu)建了認(rèn)識(shí)“乙醇汽油”的三個(gè)視角：即“乙醇汽油與燃燒熱”“乙醇汽油與乙醇的獲取”“乙醇汽油與‘能量和環(huán)境”。同時(shí)，重點(diǎn)融合了化學(xué)核心概念“燃燒熱”的提出、內(nèi)涵、應(yīng)用等學(xué)科知識(shí)，巧妙聯(lián)系了有關(guān)物質(zhì)獲取的化學(xué)知識(shí)，針對(duì)基于真實(shí)問題情境的化學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了積極的探索，為學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育提供了支撐。

關(guān)鍵詞：真實(shí)問題情境;證據(jù)推理;概念教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2021）01-0019-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2021.01.005

《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在課程基本理念里指出：“倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)?！痹诨瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”中也明確指出：“能對(duì)與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題做出正確的價(jià)值判斷，能參與有關(guān)化學(xué)問題的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)”[1]。結(jié)合上述兩方面的要求，在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中，盡可能多角度地挖掘能夠承載同一學(xué)科知識(shí)的不同情境資源，同時(shí)，在創(chuàng)設(shè)情境的過程中，合理地將化學(xué)學(xué)科知識(shí)與真實(shí)的社會(huì)生活文化（情境）相融合，將是我們踐行新時(shí)代課程改革理念、落地核心素養(yǎng)培育的應(yīng)然之舉。

為此，筆者在“燃燒熱”一課（人教版選修四第一章第二節(jié)燃燒熱能源P7）的教與學(xué)設(shè)計(jì)過程中，嘗試以“認(rèn)識(shí)乙醇汽油”作為牽引性問題，通過實(shí)際生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的分析和解釋，從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)生產(chǎn)生活中人們抉擇的合理性，同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)實(shí)際生產(chǎn)生活問題的多科性、綜合性和復(fù)雜性，增強(qiáng)學(xué)生關(guān)注化學(xué)學(xué)科與社會(huì)生活相聯(lián)系的意識(shí)，為學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育提供有力支撐。

一、教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

淡化本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)痕跡，在利用化學(xué)學(xué)科視角分析解決復(fù)雜問題的學(xué)科體驗(yàn)中，在學(xué)生建構(gòu)概念、證據(jù)推理中評(píng)價(jià)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度。著眼于學(xué)生發(fā)展中必備知識(shí)的獲取、關(guān)鍵能力的提升、學(xué)科價(jià)值的體驗(yàn)。

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過對(duì)燃燒熱概念的解析，掌握概念學(xué)習(xí)的要素;了解能源的分類與開發(fā)利用;

（2）通過對(duì)乙醇汽油與傳統(tǒng)汽油的比對(duì)，感受從化學(xué)視角和定量角度驗(yàn)證燃油品質(zhì);

（3）通過對(duì)能源分類和未來社會(huì)能源發(fā)展遠(yuǎn)景的設(shè)想，初步建立科學(xué)、可持續(xù)發(fā)展的能源觀念。

2.評(píng)價(jià)目標(biāo)

（1）通過對(duì)乙醇汽油與傳統(tǒng)汽油的對(duì)比探究，診斷并發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理、數(shù)據(jù)與信息整合能力;

（2）通過對(duì)燃燒熱概念的分析，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)概念的認(rèn)識(shí)進(jìn)階和認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化水平;

（3）通過對(duì)未來社會(huì)能源發(fā)展遠(yuǎn)景的討論和點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科價(jià)值的認(rèn)識(shí)水平。

二、教學(xué)與評(píng)價(jià)思路（圖1）

三、教學(xué)過程

教學(xué)環(huán)節(jié)一：認(rèn)識(shí)“乙醇汽油”的視角之一：“燃燒熱”

[情境創(chuàng)設(shè)]有句話叫“酒不醉人車自醉”，再過兩年，汽車上路前如果不先“喝二兩”，都不好意思和別人打招呼。這是為什么呢？

[新聞鏈接]原來，國務(wù)院、國家發(fā)改委、國家能源局等15部門聯(lián)合發(fā)文，到2020年在全國范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋。

[師]乙醇汽油到底是什么？

[生]乙醇和汽油的混合物。

[師]乙醇汽油就是90%汽油+10%乙醇（體積比）。那么乙醇汽油到底怎么樣？

[師]我們?cè)诎俣戎休斎搿耙掖计偷降自趺礃印?，搜索得?52000多條信息，其中眾說紛紜。沒有調(diào)查就沒有發(fā)言權(quán)。如果讓你給乙醇汽油寫個(gè)測評(píng)報(bào)告，你準(zhǔn)備從哪些方面來寫？

[生]價(jià)格、油耗、來源、燃燒放熱、動(dòng)力、污染……

[師]汽車?yán)锩嫔婕暗膶I(yè)內(nèi)容很多，你能否從“化學(xué)視角”選取某個(gè)方面進(jìn)行深入研究？

[生]燃燒放熱。

[設(shè)計(jì)意圖]傳統(tǒng)“燃燒熱”概念教學(xué)從燃燒放熱現(xiàn)象導(dǎo)入，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)痕跡較重，缺乏探究的動(dòng)機(jī)。本文創(chuàng)設(shè)學(xué)生感興趣的話題，代入感較強(qiáng)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和判斷能力，不“人云亦云”，用化學(xué)學(xué)科視角觀察世界、分析問題。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：“燃燒熱”是什么

[問題聚焦]比較燃料品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)就是放熱的多少。如果我們定義一個(gè)物理量——燃燒熱，你覺得應(yīng)該從哪些要素來定義它？

[生]條件、定量、燃燒程度、生成物、符號(hào)、單位等。

[師]提供材料，組織討論，逐一確定。

1.實(shí)驗(yàn)測得25℃、101kPa時(shí)，1molC完全燃燒放出393.5 kJ的熱量;1molC不完全燃燒放出110.5 kJ的熱量。

C（s）+O2（g）=CO2（g）

△H=-393.5kJ/mol

C（s）+1/2O2（g）=CO（g）

△H=-110.5 kJ/mol

CO（g）+1/2O2（g）=C0：（g） △H=-283.0 kJ/mol

2.實(shí)驗(yàn)測得101kPa時(shí)，1molH2完全燃燒生成液態(tài)水放出285.8kJ的熱量;1molH2完全燃燒生成氣態(tài)水放出241.8kJ的熱量。

H2（g）+1/2O2（g） =H20（1） △H=-285.8 kJ/mol

H2（g）+l/2O2（g） =H20（g） △H=-241.8 kJ/mol

[生]總結(jié)燃燒熱定義：在25℃、101kPa時(shí)，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時(shí)所放出的熱量。

[師]還可以從哪些角度表示物質(zhì)放熱的多少？并與燃燒熱進(jìn)行換算嗎？

[生]如單位質(zhì)量（或體積）的燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量。

[師]類比中和熱的測定，燃燒熱如何測定呢？

[生]利用特殊的儀器測定樣品燃燒后溫度的變化，換算成熱量，最后換算成燃燒熱。

[師]化學(xué)上常利用氧彈式量熱計(jì)測定，其原理就是將樣品放在彈內(nèi)，壓人高壓氧氣，通電流將鐵絲熔融引起樣品燃燒，再利用溫度升高計(jì)算燃燒熱。（恒容反應(yīng)熱）

[設(shè)計(jì)意圖]結(jié)合課本表格提供的數(shù)據(jù)，以文字和符號(hào)的形式展示物理量的化學(xué)意義，展現(xiàn)物質(zhì)不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量差異，強(qiáng)化相關(guān)概念的學(xué)習(xí)要素。類比“中和熱”的概念與測定，拓展“熱值”的概念與“量熱計(jì)”的應(yīng)用，延伸相關(guān)廣義物理量的介紹，讓學(xué)生體驗(yàn)“概念學(xué)習(xí)”的建構(gòu)和發(fā)展過程。

教學(xué)環(huán)節(jié)三：“燃燒熱”怎么用

[深入探究]展示一些物質(zhì)在25℃、101kPa時(shí)的燃燒熱，請(qǐng)寫出辛烷、乙醇的燃燒熱的熱化學(xué)方程式。

[生]書寫熱化學(xué)方程式。

[師]請(qǐng)結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算1L汽油（辛烷）放出多少熱量？1L乙醇汽油放熱多少？兩者相差多少？

[生]Q（C8Hl8）=33882.5kJ

Q（ 10% C2H5OH +90% C8H18） =32841.5kJ

兩者能量相差1041kJ。

[師]若某型號(hào)汽車百公里汽油油耗為10L，則換成乙醇汽油后油耗為多少？價(jià)格如何？

[生]汽油：10L，75兀。

乙醇汽油：10.32L，72.76元。

[師]有興趣的同學(xué)可以繼續(xù)將50L汽油和乙醇汽油的續(xù)航里程及用車成本、燃?xì)獗鹊茸鲞M(jìn)一步比對(duì)。

[師]由此，我們可以看出在熱量輸出角度，兩者差異并不大，甚至在用車成本上乙醇汽油還有一定的優(yōu)勢(shì)。那么媒體和專家怎么看，我們一起來看一段微視頻。

[生]觀看《乙醇汽油——來了》微視頻。

[設(shè)計(jì)意圖]結(jié)合情境素材中的物質(zhì)，由“化學(xué)專業(yè)數(shù)據(jù)”到“社會(huì)普遍評(píng)價(jià)指標(biāo)”，如燃料的續(xù)航里程和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行深入探究，再到“生態(tài)環(huán)?！本C合分析新型燃料的優(yōu)劣，培養(yǎng)學(xué)生多角度綜合分析、評(píng)價(jià)的能力。如引領(lǐng)學(xué)生分析驗(yàn)證燃料品質(zhì)的重要指標(biāo)——“燃燒熱”概念的幾個(gè)要素，并以此為依據(jù)結(jié)合數(shù)據(jù)對(duì)比放出熱量、油耗、續(xù)航里程、燃?xì)獗鹊仍u(píng)價(jià)指標(biāo)，讓學(xué)生真實(shí)感受證據(jù)推理的過程，培養(yǎng)不“人云亦云”的質(zhì)疑精神。

教學(xué)環(huán)節(jié)四：認(rèn)識(shí)“乙醇汽油”的視角之二：“乙醇的獲取”

[追根溯源]乙醇汽油中的乙醇從何而來呢？

[生]玉米和秸稈、陳化糧。

[師]介紹燃料乙醇的生產(chǎn)過程并練習(xí)。（圖2）

（1）粉碎玉米的目的是：____。

（2）步驟a的操作是（

）

A、蒸發(fā) B、萃取

C、蒸餾

D、分液

（3）含10%乙醇的汽油在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中應(yīng)特別注意防水，如果混入了水，汽油中會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象是_____.

（4）下圖是燃料乙醇的生產(chǎn)和消費(fèi)過程示意圖。雖然燃料乙醇的使用緩解了汽車能源的緊張狀況，但仍存在一些問題。由此可知，燃料乙醇（

）

A、是最理想的綠色能源

B、提供的能量來自于太陽能

C、生產(chǎn)和消費(fèi)過程對(duì)空氣沒有任何影響

D、生產(chǎn)過程中將消耗大量糧食，以避免糧食過剩

注：選自2008年上海高考理科綜合（化學(xué)）試題

[師]在我國目前還在推廣乙醇汽油的同時(shí)，部分國家已經(jīng)宣布了禁售燃油車的時(shí)間表，由此可以說明我國在能源利用方面還比較落后。請(qǐng)結(jié)合世界和我國能源利用相關(guān)圖表，討論能源的分類及開發(fā)利用情況，提出未來我國能源發(fā)展的合理建議。

[設(shè)計(jì)意圖]通過練習(xí)，拓展乙醇的來源、生產(chǎn)及乙醇汽油使用中注意的問題。我國的高考題中已經(jīng)關(guān)注乙醇汽油的推廣和使用。高考試題中的素材也可以作為課堂教學(xué)的問題情境。此外，通過“形象化圖表”，以“數(shù)據(jù)可視化”的形式引導(dǎo)學(xué)生分析未來世界能源發(fā)展趨勢(shì)。

教學(xué)環(huán)節(jié)五：認(rèn)識(shí)“乙醇汽油”的視角之三：“能量和環(huán)境”

[整理歸納]人類社會(huì)的發(fā)展與能源的開發(fā)利用是密切相關(guān)的。誰掌握了能源，誰就掌握了未來。最后用一首詩總結(jié)本節(jié)內(nèi)容：

燃“油”思“源”

乙醇汽油要來到，評(píng)測報(bào)告早知道。

燃燒效能開新源，綠色化學(xué)更環(huán)保。

[課后探究]任選其一：

1.甲醇汽油vs乙醇汽油;

2.燃燒我的卡路里——舌尖上的熱量（糖、脂肪、蛋白質(zhì)）;

3.家用燃料調(diào)查（天然氣、液化石油氣C3H8、煤氣等）;

4.我省新能源的開發(fā)與利用。

[設(shè)計(jì)意圖]總結(jié)提升學(xué)生本節(jié)課的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，類比遷移、借助課外研究性學(xué)習(xí)話題，繼續(xù)引導(dǎo)用“化學(xué)視角”從話題選擇、信息篩選、角度選定、深入探究到撰寫調(diào)研報(bào)告或提出可行性建議。

四、教學(xué)反思

本節(jié)關(guān)于“燃燒熱”的教與學(xué)設(shè)計(jì)，沒有采取慣常的“知識(shí)詮釋性教學(xué)”的模式或“一個(gè)定義、幾點(diǎn)注意”的“教學(xué)常規(guī)”[2]，而是圍繞“乙醇汽油”情境創(chuàng)設(shè)了系列問題，引導(dǎo)學(xué)生通過問題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決，合理性地建構(gòu)相關(guān)概念，在具體的問題情境中嘗試用所學(xué)知識(shí)解決問題。

圍繞“乙醇汽油”情境，我們構(gòu)建了認(rèn)識(shí)“乙醇汽油”的三個(gè)視角：（1）乙醇汽油與燃燒熱;（2）乙醇汽油與“乙醇的獲取”;（3）乙醇汽油與“能量和環(huán)境”。這三個(gè)視角相輔相成，有機(jī)結(jié)合，既從化學(xué)、生物、社會(huì)等多個(gè)視角回答了“乙醇汽油怎么樣”的問題，又重點(diǎn)融合了化學(xué)核心概念“燃燒熱”的提出、內(nèi)涵、應(yīng)用等學(xué)科知識(shí)，還巧妙聯(lián)系了有關(guān)物質(zhì)獲取的化學(xué)知識(shí)，為學(xué)生基于真實(shí)問題情境的化學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)創(chuàng)造了條件、提供了可能。同時(shí)，通過實(shí)際教學(xué)的課堂觀察和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)化學(xué)與社會(huì)生活相融合的認(rèn)識(shí)有所加深，利用數(shù)據(jù)分析進(jìn)行證據(jù)推理的意識(shí)有所增強(qiáng)，同時(shí)還有了更多地運(yùn)用化學(xué)學(xué)科知識(shí)解釋社會(huì)生活事件和解決社會(huì)生活問題的興趣。

當(dāng)然，在教學(xué)實(shí)施過程中，我們也注意到一些問題：從更豐富的化學(xué)視角引導(dǎo)學(xué)生分析乙醇汽油的性能優(yōu)劣，如熱值、抗爆震性能（辛烷值）、沸點(diǎn)、汽化潛熱、燃?xì)獗鹊葍?yōu)勢(shì)，抑或是燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、腐蝕性、液相分離等不足，這些問題還有待我們?cè)谖磥淼慕虒W(xué)中持續(xù)關(guān)注、積極探索并著力加以解決。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[s].北京：人民教育出版社，2018

[2]王軍翔，追求飽含學(xué)科意義的中學(xué)化學(xué)教學(xué)[M].西安：陜西師范大學(xué)出版社，2016