基于STSE情境的化學(xué)主題教學(xué)設(shè)計(jì)

潘碧雁　鄭秀明　張曉鳳

一、問(wèn)題的提出

“化學(xué)與社會(huì)”是初巾化學(xué)五大學(xué)習(xí)主題之一，立足于“可持續(xù)發(fā)展”大概念，涉及較多STSE內(nèi)容，包含資源、能源、材料、環(huán)境等核心知識(shí)。滬教版九年級(jí)化學(xué)教材中，“化學(xué)與社會(huì)發(fā)展”主題的新課教學(xué)僅將真實(shí)情景作為導(dǎo)入，無(wú)法發(fā)揮STSE情境的育人價(jià)值，情境間缺少聯(lián)系，難以形成方法鏈及知識(shí)網(wǎng)，教師應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)腟TSE情境展開(kāi)該主題的教學(xué)，重視情境的真實(shí)性、關(guān)聯(lián)性?；谝陨媳尘埃浴懊焊碾姟惫こ套鳛檎鎸?shí)情境，開(kāi)展“‘煤改電工程中的能源與環(huán)境”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“煤改電”工程）主題教學(xué)設(shè)計(jì)。

二、教學(xué)思想

滬教版九年級(jí)化學(xué)教材中“化學(xué)與社會(huì)發(fā)展”主題的內(nèi)容順序?yàn)椋耗茉匆徊牧弦晃廴局卫?，該研究將“能源的綜合利用”與“環(huán)境污染及防治”中的大氣污染巧妙結(jié)合，以“煤改電”工程為真實(shí)情境，在問(wèn)題解決的過(guò)程中獲取知識(shí)，體現(xiàn)“做中學(xué)”。

三、教學(xué)目標(biāo)的確立

基于學(xué)生的基礎(chǔ)及對(duì)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“課標(biāo)”）中內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求的分析，可制定表1所列主題教學(xué)目標(biāo)。

四、教學(xué)案例

1.情境價(jià)值

2021年中國(guó)29.8%的城市PM2.5濃度超過(guò)國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)年平均限制，散煤燃燒取暖被認(rèn)為是導(dǎo)致空氣污染嚴(yán)重的重要原因?；诖?，政府制定“煤改電”工程政策。

選擇“煤改電”工程為情境，讓學(xué)生參與相關(guān)社會(huì)話題的討論，在“煤改電”工程的分析中學(xué)習(xí)常見(jiàn)的能源、能源分布與使用等知識(shí)；從物質(zhì)組成的角度分析燃料的組成與燃燒產(chǎn)物之間的聯(lián)系，深入剖析化石燃料造成環(huán)境問(wèn)題的原因及造成的環(huán)境問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生提出減少污染物排放和提高燃料利用的方法和措施。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)思路

以“煤改電”工程作為情境設(shè)計(jì)4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，基于問(wèn)題解決展開(kāi)教學(xué)過(guò)程，該節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

3.教學(xué)過(guò)程

[課前準(zhǔn)備]將學(xué)生分為8個(gè)小組，根據(jù)以下問(wèn)題進(jìn)行資料的收集和整理。

（1）“煤改電”工程的內(nèi)容及價(jià)值。

（2）大氣污染物導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題。

（3）我國(guó)能源礦產(chǎn)分布情況。

（4）不同時(shí)期的能源發(fā)生了什么變化？

（5）有哪些常見(jiàn)能源？各種能源有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

可供參考網(wǎng)站：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、中華人民共和國(guó)自然資源部、世界能源署、國(guó)家能源署。

環(huán)節(jié)一：剖析“煤改電”工程

[情境導(dǎo)入]2017年，中國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布《中國(guó)北方冬季清潔采暖工作計(jì)劃》，制定“煤改電”政策。

[教師]什么是“煤改電”政策？結(jié)合查找的資料和表2中的數(shù)據(jù)分析，為什么要實(shí)行“煤改電”政策？

[課件展示]京津翼地區(qū)2017年與2021年大氣六項(xiàng)污染物濃度報(bào)告表，見(jiàn)表2。

[評(píng)價(jià)觀測(cè)點(diǎn)]通過(guò)資料收集與數(shù)據(jù)分析，了解“煤改電”工程并分析其實(shí)施原因，診斷與發(fā)展獲取和加工信息的自主學(xué)習(xí)能力。

[隨機(jī)小組1-2]相互補(bǔ)充回答，教師總結(jié)：“煤改電”工程是指以煤炭為燃料的傳統(tǒng)鍋爐更換為以電為主的鍋爐。通過(guò)表2可以直觀地看到：實(shí)施“煤改電”工程后，2021年空氣污染物濃度較2017年有明顯降低。燃煤取暖會(huì)產(chǎn)生大量空氣污染氣體，而“煤改電”工程將煤換成電，電比煤更清潔，大氣污染物濃度會(huì)降低。

[教師]煤是我國(guó)目前最主要的能源之一，煤是怎么形成的？煤直接燃燒的產(chǎn)物有哪些？大量燃煤對(duì)環(huán)境造成什么影響？基于以上分析“煤改電”工程的意義。

[視頻展示]自然界中煤的形成。

[評(píng)價(jià)觀測(cè)點(diǎn)]從元素組成和變化角度分析煤燃燒的產(chǎn)物及其影響，樹(shù)立化學(xué)觀念；從環(huán)境保護(hù)與人體健康多角度剖析“煤改電”工程的意義，診斷和發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理、構(gòu)建模型并推測(cè)物質(zhì)及其變化的思維能力。

[隨機(jī)小組3-5]相互補(bǔ)充回答，教師總結(jié)：煤直接燃燒的產(chǎn)物可能為CO、CO2、SO2、NO2、炭黑、飛塵（PM2.5和PM10）等。CO2會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)，SO2和氮氧化物會(huì)造成酸雨，PM2.5和PM10會(huì)導(dǎo)致霧霾，造成可見(jiàn)度減低，吸入會(huì)滯留于末端細(xì)支氣管與肺泡中，造成健康問(wèn)題、CO氣體有毒，吸入對(duì)人體健康有害。

[教師補(bǔ)充]大量燃煤會(huì)產(chǎn)生的大氣污染物會(huì)導(dǎo)致許多環(huán)境問(wèn)題，“煤改電”工程有利于環(huán)境保護(hù)。同時(shí)促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，提供了除傳統(tǒng)的煤炭為主外的另一種能源運(yùn)輸體系。

環(huán)節(jié)二：初探“能源”

[教師]除了煤，生活中還有哪些常見(jiàn)的能源呢？結(jié)合圖表分析我國(guó)的能源狀況。

[評(píng)價(jià)觀測(cè)點(diǎn)]通過(guò)能源儲(chǔ)量和分布圖表的分析，獲取我國(guó)能源現(xiàn)狀，診斷與發(fā)展獲取和加工信息的能力。

[課件展示]中同能源礦產(chǎn)儲(chǔ)量（見(jiàn)表3）及中國(guó)主要能源礦產(chǎn)分布圖（如圖2所示）。

[隨機(jī)小組6-7]相互補(bǔ)充回答，教師總結(jié)：常見(jiàn)能源有石油、天然氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能、電能等。我國(guó)能源礦產(chǎn)儲(chǔ)量較為豐富，煤主要分布在華北和西北地區(qū)，石油和天然氣主要分布在東北、華北和西北地區(qū)。能源分布從整體上可以總結(jié)為：能源礦產(chǎn)資源較為豐富，但資源結(jié)構(gòu)不理想且分布不均。

[教師]發(fā)展離不開(kāi)能源，我們?nèi)绾慰朔茉捶植疾痪膯?wèn)題？我國(guó)采取了哪些措施？

[評(píng)價(jià)觀測(cè)點(diǎn)]通過(guò)信息技術(shù)了解我國(guó)相關(guān)的能源措施，拓展學(xué)生知識(shí)面，診斷和發(fā)展學(xué)生使用科學(xué)方法、利用信息加工自主學(xué)習(xí)的能力。

[隨機(jī)小組8]學(xué)生回答，教師總結(jié)：各地區(qū)可根據(jù)地區(qū)能源分布情況，因地制宜。我國(guó)針對(duì)能源采取“西氣東輸”、“西電東送”等工程。

[拓展]“西氣東輸”與“西電東送”工程。

環(huán)節(jié)三：再探“能源”

[課件展示]古代廚具與現(xiàn)代廚具（圖略）。

[教師]通過(guò)查閱資料，常見(jiàn)能源的使用經(jīng)歷r怎樣的變遷歷程，繪制能源變遷圖，并根據(jù)不同分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)常見(jiàn)能源進(jìn)行分類(lèi)。

[評(píng)價(jià)觀測(cè)點(diǎn)]通過(guò)信息技術(shù)知道常見(jiàn)的能源類(lèi)型并進(jìn)行分類(lèi)，梳理能源變遷歷史，思考能源種類(lèi)變遷原因，發(fā)展學(xué)生的想象力和探究欲，診斷和發(fā)展學(xué)生分類(lèi)、歸納及模型建構(gòu)的能力；小組討論完成能源分類(lèi)，診斷和發(fā)展學(xué)生溝通交流、合作解決問(wèn)題的能力。

[隨機(jī)學(xué)生1-2]相互補(bǔ)充回答，教師總結(jié)：從能源類(lèi)型來(lái)看：能源的變化從木材到煤炭、石油、蠟燭，近代還有了電能、天然氣，繼續(xù)發(fā)展了氫能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等等。從使用方式來(lái)看：剛開(kāi)始的能源是直接取用，比如：煤炭、木材等；隨著社會(huì)發(fā)展，人們能對(duì)能源進(jìn)行加工，能源的區(qū)域方式轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接取用，比如：煤氣、電能。

[課堂任務(wù)1]繪制能源類(lèi)型變遷圖（如圖3所示）。

[教師活動(dòng)]結(jié)合學(xué)生作品，引導(dǎo)學(xué)生概括性畫(huà)出能源變遷圖（如圖4所示）。

[課堂任務(wù)2]按能源的利用、是否可再生、一次能源還是二次能源給化石燃料、電能、氫能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、潮汐能等能源做一個(gè)分類(lèi)。

[討論與總結(jié)]小組討論后，教師與學(xué)生一起完成能源的分類(lèi)（見(jiàn)表4）。

[課件展示]2012年-2021年中國(guó)能源結(jié)構(gòu)圖與清潔能源占比圖（如圖5所示）。

[教師]分析能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖與清潔能源占比圖，又可以發(fā)現(xiàn)什么呢？

[隨機(jī)學(xué)生3]學(xué)生回答，教師總結(jié)：分析能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)與清潔能源占比圖可得：化石燃料使用的占比逐年減少，清潔能源比重不斷增加，能源的使用越來(lái)越綠色化。

[教師追問(wèn)]不同能源都有什么優(yōu)缺點(diǎn)？分析能源的使用發(fā)生變化的原因。

[評(píng)價(jià)觀測(cè)點(diǎn)]通過(guò)資料了解不同能源的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合圖表分析我國(guó)能源消費(fèi)情況，基于事實(shí)分析能源種類(lèi)變化的原因，樹(shù)立性質(zhì)決定用途的化學(xué)觀念，發(fā)展與診斷學(xué)生信息處理能力、批判能力與創(chuàng)新思維，形成可持續(xù)發(fā)展的正確認(rèn)識(shí)。

[隨機(jī)小組3，5]相互補(bǔ)充回答，教師總結(jié)：木柴、秸稈等燃料易獲取、污染較小，但存在能量低、種植需要大面積土地的缺點(diǎn)?；剂弦變?chǔ)存和運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但屬于不可再生能源，大量使用容易污染環(huán)境，導(dǎo)致溫室效應(yīng)、酸雨等環(huán)境問(wèn)題。天然氣相對(duì)煤和石油更環(huán)保，但氣源少，易發(fā)生爆炸、窒息等危險(xiǎn)。電能可以通過(guò)火力、水力、風(fēng)力等形式轉(zhuǎn)化，具有轉(zhuǎn)化方便、能源清潔、輸送安全等優(yōu)點(diǎn)，但使用過(guò)程容易發(fā)生事故、家庭儲(chǔ)存不方便。氫能、太陽(yáng)能屬于清潔能源，對(duì)環(huán)境友好，但是存在制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸問(wèn)題未解決，所以沒(méi)有大范圍使用。

[教師]從儲(chǔ)量、開(kāi)發(fā)、運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等方面多角度對(duì)學(xué)生匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行匯總，總結(jié)能源的優(yōu)缺點(diǎn)。

環(huán)節(jié)四：?jiǎn)栴}與應(yīng)用

[課件展示]我國(guó)煤和油的進(jìn)出口情況圖（如圖6所示）。

[教師]從我國(guó)煤炭、油的進(jìn)出口情況圖中可以發(fā)現(xiàn)了什么？

[討論回答]我國(guó)每年能源進(jìn)口量逐年遞增。

[教師追問(wèn)]我國(guó)煤炭、石油、天然氣儲(chǔ)量在世界前列，為什么還要進(jìn)口這么多？

[評(píng)價(jià)觀測(cè)點(diǎn)]通過(guò)材料分析，在解決能源問(wèn)題的過(guò)程中診斷和發(fā)展學(xué)生的質(zhì)疑能力與證據(jù)推理的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

[隨機(jī)小組4]我國(guó)煤、石油儲(chǔ)量總量多，但人均能源占有量低于世界平均水平；隨著中國(guó)人口的增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程的加快以及工業(yè)化的發(fā)展，中國(guó)的能源消耗也在持續(xù)上升，我國(guó)能源儲(chǔ)量有限，且化石燃料屬于不可再生能源，因此需要不斷進(jìn)口能源。

[教師追問(wèn)]通過(guò)數(shù)據(jù)、圖標(biāo)分析，發(fā)現(xiàn)我國(guó)能源短缺問(wèn)題，應(yīng)如何解決？

[課后任務(wù)]搜集資料，尋找解決我同能源使用與環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的對(duì)策。

[評(píng)價(jià)觀測(cè)點(diǎn)]利用信息技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，以小組合作的形式對(duì)“能源的使用與環(huán)境保護(hù)”問(wèn)題提出相應(yīng)的建議。在此過(guò)程中診斷和發(fā)展學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流、合作解決問(wèn)題的能力，發(fā)展學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

[教師引導(dǎo)]問(wèn)題解決首先了解導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)的因素，接著分析因素間關(guān)聯(lián)及可能發(fā)生的變化，再?gòu)摹耙颉比耸謱ふ医鉀Q“果”的對(duì)策，最后付諸行動(dòng)。結(jié)合所學(xué)，請(qǐng)同學(xué)們課后思考以下問(wèn)題：針對(duì)我國(guó)能源短缺問(wèn)題我們應(yīng)該怎么做？能源的使用與環(huán)境問(wèn)題息息相關(guān)，怎么處理好發(fā)展與環(huán)境問(wèn)題？我們能做什么？

[評(píng)價(jià)觀測(cè)點(diǎn)]設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)比我國(guó)煤和石油的儲(chǔ)量及進(jìn)口量，制造矛盾沖突，引導(dǎo)學(xué)生查詢文獻(xiàn)解釋原因，得出我國(guó)能源短缺的現(xiàn)狀，并結(jié)合所學(xué)知識(shí)，小組合作思考能源使用和環(huán)境保護(hù)對(duì)策。

五、結(jié)論與反思（略）

通訊聯(lián)系人：張曉鳳

E-mail：xfz@fjnu.edu.cn

（收稿日期：2024-01-31）