基于社會(huì)性科學(xué)議題的硫及其化合物教學(xué)實(shí)踐

摘" 要：本文聚焦真實(shí)問題解決，以社會(huì)性科學(xué)議題“論證煙花爆竹的禁與放”為例開展硫及其化合物教學(xué)實(shí)踐。課前由學(xué)生檢索信息、收集資料，認(rèn)識(shí)議題價(jià)值；課中利用三個(gè)子任務(wù)，探討燃放煙花爆竹所釋放的二氧化硫與酸雨的形成原因，構(gòu)建硫及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并深入分析燃放煙花爆竹的利弊，對(duì)煙花爆竹的燃放做出決策，形成成果匯報(bào)。通過討論與化學(xué)密切相關(guān)的社會(huì)性科學(xué)爭(zhēng)議題，促進(jìn)學(xué)生辯證地看待問題，培養(yǎng)學(xué)生參與社會(huì)決策的意識(shí)。

關(guān)鍵詞：社會(huì)性科學(xué)議題；硫及其化合物；酸雨

文章編號(hào)：

1008-0546（2024）14-0052-05

中圖分類號(hào)：

G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

B

一、教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析

本節(jié)課的教學(xué)主題選自蘇教版高中化學(xué)必修第一冊(cè)專題4第三單元“防治二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染”。酸雨作為一種常見的生態(tài)問題，對(duì)社會(huì)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害，已引起廣泛關(guān)注。本節(jié)內(nèi)容屬于化學(xué)與社會(huì)發(fā)展主題的重要組成，蘊(yùn)含著科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的內(nèi)涵，旨在樹立環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，形成正確的化學(xué)價(jià)值觀。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中六次提及“社會(huì)性議題”，可見高中化學(xué)教學(xué)中重視社會(huì)性科學(xué)議題教學(xué)的實(shí)施。酸雨和霧霾防治、水體保護(hù)、食品安全等議題，均源于真實(shí)的社會(huì)問題，與化學(xué)息息相關(guān)，可以引入化學(xué)教學(xué)的意識(shí)。通過查閱文獻(xiàn)，筆者發(fā)現(xiàn)不少關(guān)于氮及其化合物的討論如霧霾防治［1］、氮污染治理［2］、氮肥［3］等，而關(guān)于硫及其化合物的文獻(xiàn)卻不多。酸雨防治是目前社會(huì)面臨的一大難題，作為社會(huì)性科學(xué)議題具有很好的切入點(diǎn)。因此，在系統(tǒng)學(xué)習(xí)有關(guān)硫元素的知識(shí)的同時(shí)，還可以有意識(shí)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)或?qū)で笙嚓P(guān)證據(jù)參與社會(huì)性議題的討論。

二、教學(xué)思想與創(chuàng)新點(diǎn)

社會(huì)性科學(xué)議題（簡(jiǎn)稱SSI）是指與科學(xué)或技術(shù)相關(guān)的一些具有爭(zhēng)議性的社會(huì)議題。［4］在真實(shí)、復(fù)雜、現(xiàn)實(shí)的情境中，學(xué)生以自己的生活經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用調(diào)查、文獻(xiàn)分析等方式提出較為合理、客觀的看法，其解決方案沒有固定答案。因此，在社會(huì)性議題的學(xué)習(xí)過程中既涉及科學(xué)知識(shí)，又涵蓋政治、經(jīng)濟(jì)、文化、環(huán)境及倫理道德等多個(gè)維度，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供充分的探討空間，促進(jìn)學(xué)生辯證地看待問題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。［5］這充分體現(xiàn)了“能對(duì)與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題作出正確的價(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)”［6］的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

由于煙花爆竹燃燒后產(chǎn)生二氧化硫、二氧化氮等空氣污染物，因此我國(guó)各地實(shí)施“禁燃令”。然而，在春節(jié)期間，“禁燃令”引發(fā)了群眾的爭(zhēng)議。有人認(rèn)為，燃放煙花爆竹是春節(jié)不可或缺的重要儀式，不應(yīng)禁止；也有人認(rèn)為，煙花爆竹燃燒后易造成霧霾天氣和大氣污染，存在不少安全隱患，應(yīng)該禁止。因此，基于社會(huì)討論的矛盾點(diǎn)，議題確立為“論證煙花爆竹的禁與放”。本文以二氧化硫?yàn)橹行?，圍繞硫單質(zhì)、氧化物、（亞）硫酸、（亞）硫酸鹽等含硫元素的相關(guān)性質(zhì)及轉(zhuǎn)化關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的變化觀念、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)和可持續(xù)發(fā)展理念。

三、教學(xué)目標(biāo)

本課例的教學(xué)目標(biāo)具體如下。

（1）通過對(duì)“禁燃煙花爆竹政策”情境中的問題進(jìn)行剖析，并將社會(huì)問題轉(zhuǎn)化為化學(xué)問題，認(rèn)識(shí)酸雨形成的原因，分析自然界中的硫循環(huán)，構(gòu)建硫及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，建立“價(jià)—類”二維圖。

（2）通過模擬“酸雨的形成”的探究實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)酸雨的性質(zhì)以及人類的行為與自然和諧相處的重要性，辯證看待化學(xué)對(duì)自然環(huán)境可能帶來的負(fù)面影響，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

（3）在討論燃放煙花爆竹的議題論證的過程中，從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)等多視角綜合分析燃放煙花爆竹所帶來的影響，提出合理的觀點(diǎn)，樹立可持續(xù)發(fā)展理念，進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。

四、教學(xué)流程

筆者基于社會(huì)決策模式［7］和共識(shí)項(xiàng)目模式［8］，結(jié)合文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)出本節(jié)課的教學(xué)流程（見圖1）。通過課前確立議題，布置小組作業(yè)，指導(dǎo)學(xué)生正確使用檢索工具?；趯W(xué)情，提供文獻(xiàn)資料參考，為學(xué)生理解資料、討論和發(fā)言奠定基礎(chǔ)；展示煙花爆竹禁放的相關(guān)資料，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，讓學(xué)生發(fā)表觀點(diǎn)。通過剖析議題，將社會(huì)問題轉(zhuǎn)化為化學(xué)問題，確立探討的子問題，提供資料，引導(dǎo)學(xué)生從不同維度對(duì)燃放煙花爆竹進(jìn)行評(píng)估，指導(dǎo)學(xué)生確立角色身份，組織學(xué)生，根據(jù)不同身份角色談?wù)剬?duì)燃放煙花爆竹的認(rèn)識(shí)。通過展示查閱資料的結(jié)果，交流討論、總結(jié)并建立硫及其化合物的“價(jià)—類”二維圖，全面分析燃放煙花爆竹的利與弊，科學(xué)決策，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

五、教學(xué)實(shí)錄

1. 問題驅(qū)動(dòng)" 引入議題

［資料］2023年關(guān)于禁止燃放煙花爆竹的通告：為改善我市環(huán)境空氣質(zhì)量，做好大氣污染防治工作，防范火災(zāi)、爆炸等傷亡事故的發(fā)生，全市組織開展“禁炮”統(tǒng)一行動(dòng)。

［教師］在春節(jié)期間，禁止燃放煙花爆竹遭到了部分群眾的不滿。然而，絢爛煙火的背后也緊隨著安全隱患和環(huán)保問題。你是否支持春節(jié)期間禁止燃放煙花爆竹的政策？請(qǐng)闡述理由。

［學(xué)生1］支持。理由1：燃放煙花爆竹容易產(chǎn)生二氧化硫等污染物，造成空氣質(zhì)量下降，危害人體健康。理由2：燃放煙花爆竹容易存在安全隱患，每年都有人因?yàn)椴划?dāng)燃放煙花爆竹而發(fā)生安全事故。

［學(xué)生2］不支持。理由1：春節(jié)期間，燃放煙花爆竹不僅是過年的象征，還傳達(dá)了人們對(duì)美好生活的愿景。理由2：春節(jié)期間，燃放煙花爆竹空氣污染物的污染持續(xù)時(shí)間較短?；茉吹拇罅咳紵C(jī)動(dòng)車輛尾氣的排放對(duì)污染空氣的影響更大。

［教師］人們支持或者反對(duì)燃放煙花爆竹的最主要因素是什么？

［學(xué)生］燃放煙花爆竹容易造成空氣污染，不符合綠色環(huán)保要求。

［教師］燃放煙花爆竹是否是造成空氣質(zhì)量問題的來源？如何從化學(xué)視角探討煙花爆竹的禁與放？

［學(xué)生活動(dòng)］討論煙花爆竹的組成，燃燒產(chǎn)物對(duì)大氣的影響以及如何減少污染物的釋放。

2. 議題探討" 科學(xué)解釋

任務(wù)1：煙花爆竹的組成和燃放影響。

［教師］請(qǐng)簡(jiǎn)述煙花爆竹的由來和組成。

［學(xué)生1］煙花爆竹在我國(guó)有著悠久的歷史，由黑火藥演變而來，以硝酸鉀、硫黃、木炭為主要原料按一定比例混合而成?，F(xiàn)今爆竹的成分基本不變，煙花成分較為復(fù)雜，包含黑火藥、氧化劑和可燃劑，并按一定比例加入鎂、鋁、銻等金屬粉末，在燃燒時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色（即“焰色反應(yīng)”）；此外，人們還會(huì)在煙花里加入不同劑量的粘合劑、穩(wěn)定劑等，以提高煙花爆竹的穩(wěn)定性和安全性。［9］

當(dāng)煙花著火時(shí)，短時(shí)間在狹小的空間內(nèi)生成大量氣體并放出大量的熱，氣體受熱迅速膨脹引發(fā)爆炸，發(fā)出聲音，從而達(dá)到燃放的目的。該過程的化學(xué)方程式為S＋2KNO3＋3C點(diǎn)燃K2S＋3CO2↑＋N2↑。

燃放后會(huì)聞到刺激性的味道，是因?yàn)闊熁ū裰械牧蛉紵啥趸颍瘜W(xué)方程式為S＋O2點(diǎn)燃SO2。

［學(xué)生2］當(dāng)煙花爆竹燃放時(shí)，黑火藥會(huì)被氧化生成SO2、NOx、CO等有害氣體和各種金屬氧化物的粉塵，金屬顆粒在大氣中形成懸浮顆粒物，還會(huì)產(chǎn)生固體廢棄物，造成環(huán)境污染，危害人體健康。［10］。

任務(wù)2：酸雨的形成及其危害。

［教師］當(dāng)SO2過度排放時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列的環(huán)境問題如酸雨、土壤酸化等。請(qǐng)問什么是酸雨？

［學(xué)生］酸雨是指pH小于5.6的大氣降水。當(dāng)空氣中的SO2等酸性物質(zhì)和水汽相結(jié)合，形成酸霧，隨雨水降落就成為酸雨。

［教師］SO2源自哪里？結(jié)合教材，闡述自然界和人類活動(dòng)中SO2的來源。

［學(xué)生活動(dòng)］交流討論，得出結(jié)論。

［教師］工業(yè)生產(chǎn)和民用生活加劇了SO2的排放，如化石能源的大量燃燒、化工生產(chǎn)過程排放的廢氣、機(jī)動(dòng)車輛尾氣排放等。請(qǐng)依據(jù)硫及其化合物的“價(jià)—類”二維圖，分析酸雨形成的原因，并寫出可能的轉(zhuǎn)化路徑。

［學(xué)生1］二氧化硫和水蒸氣結(jié)合生成亞硫酸：SO2＋H2OH2SO3，生成的亞硫酸被氧化成硫酸：2H2SO3＋O22H2SO4。

［學(xué)生2］空氣中的二氧化硫在陽(yáng)光照射下，被空氣中一些金屬粉塵、金屬氧化物等催化后氧化成三氧化硫：2SO2＋O2催化劑2SO3，生成的三氧化硫與空氣中的水蒸氣繼續(xù)作用生成硫酸：SO3＋H2OH2SO4。

［教師］ SO2經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程形成硫酸分子，在潮濕的空氣中與水蒸氣作用生成硫酸霧即酸雨。這樣所形成的酸雨稱為硫酸型酸雨。

［演示實(shí)驗(yàn)］通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M二氧化硫形成酸雨的過程及酸雨的危害，步驟如下：在廣口瓶中，提前放置相關(guān)的實(shí)驗(yàn)用品（紫色石蕊試液、鎂條、大理石和鮮花）；將一定數(shù)量的火柴頭放在燃燒匙中，點(diǎn)燃后迅速插入廣口瓶中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。參考相關(guān)文獻(xiàn)［11］，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

注：煙花爆竹具有一定的爆炸威力，不便于演示，而火柴圓頭中含有氯酸鉀、重鉻酸鉀、硫黃、硫化銻等，與爆竹成分相近，燃燒后也產(chǎn)生SO2氣體，故用火柴燃燒代替煙花爆竹燃燒。

［學(xué)生］酸雨會(huì)破壞動(dòng)植物的生長(zhǎng)和繁殖，污染河流湖泊，還會(huì)加快金屬、建筑物的腐蝕，對(duì)人體健康造成諸多負(fù)面影響。

［教師］由此可見，燃放煙花爆竹產(chǎn)生的污染物對(duì)環(huán)境造成多方面的危害。

任務(wù)3：減少二氧化硫污染的措施。

［教師］防治酸雨，首先要從消除污染源著手。如何看待煙花爆竹所產(chǎn)生的污染？你有什么建議？

［學(xué)生］設(shè)計(jì)低硫或無硫的煙花爆竹產(chǎn)品，提高環(huán)保性能。

［教師］低硫或無硫的環(huán)保材料逐漸成為環(huán)保性煙花的主要材料。不少設(shè)計(jì)師圍繞綠色、安全、環(huán)保的主題對(duì)煙花材料進(jìn)行改進(jìn)。

有研究表明，大氣中SO2最主要的來源是燃燒含硫的燃料，由于含硫量較高，導(dǎo)致產(chǎn)生酸雨污染。［12］

針對(duì)燃煤所產(chǎn)生的污染，你有什么建議？

［學(xué)生1］開發(fā)新能源，減少化石燃料的使用。

［學(xué)生2］對(duì)含硫燃料預(yù)先進(jìn)行脫硫處理，減少SO2的排放。

［教師］請(qǐng)從物質(zhì)類別的角度進(jìn)行分析，如何將SO2廢氣進(jìn)行處理或回收再利用。

［學(xué)生］對(duì)于相同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，基于二氧化硫酸性氧化物的通性，二氧化硫可以和水、堿以及堿性氧化物反應(yīng)；對(duì)于不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，硫元素的化合價(jià)由＋4價(jià)轉(zhuǎn)化為＋6價(jià)，化合價(jià)升高作還原劑，反應(yīng)中需要有氧化劑如高錳酸鉀、過氧化氫等。

［教師］工業(yè)生產(chǎn)要考慮成本問題，因此生產(chǎn)中使用較為廉價(jià)的物質(zhì)如熟石灰、生石灰或濃氨水來吸收二氧化硫；同時(shí)，不同的脫硫工業(yè)有不同的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。例如，雖然NaOH比Ca（OH）2價(jià)格高，但使用NaOH溶液吸收SO2最終可形成有用的副產(chǎn)品Na2SO4，從而平衡生產(chǎn)成本。

3. 角色扮演" 批判辯論

［資料］①瀏陽(yáng)花炮制作技藝入選第一批國(guó)家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。某電視節(jié)目多維度地展示了瀏陽(yáng)花炮的制作過程、演出形式、創(chuàng)新成果和深厚歷史底蘊(yùn)。②“中國(guó)煙花第一人”蔡國(guó)強(qiáng)展現(xiàn)了一場(chǎng)無人機(jī)煙花表演，將夜空裝點(diǎn)得美輪美奐。

［教師］綜合分析燃放煙花爆竹所帶來的影響。

［學(xué)生活動(dòng)］小組交流討論，從不同維度對(duì)燃放煙花爆竹進(jìn)行評(píng)估，如表1所示。

［教師］假如你是政府人員、科學(xué)家、企業(yè)家和消費(fèi)者，你是否認(rèn)同在過年期間燃放煙花爆竹？

［學(xué)生活動(dòng)］小組交流討論，闡述各自的理由以及不同角色對(duì)燃放煙花爆竹的看法，如圖3所示。

4. 科學(xué)決策" 反思評(píng)價(jià)

［資料］2024年1月30日，應(yīng)急管理部網(wǎng)站發(fā)布：積極引導(dǎo)地方政府廣泛聽取群眾意見、權(quán)衡利弊、科學(xué)評(píng)估，因地制宜、依法依規(guī)制定當(dāng)?shù)責(zé)熁ū窠薹耪?，避免“一刀切”全面（全區(qū)域、全時(shí)段）禁放煙花爆竹。

［教師］權(quán)衡議題中的利與弊，綜合考慮：你是否支持春節(jié)期間燃放煙花爆竹？

［學(xué)生1］不支持。禁止燃放煙花爆竹主要是出于環(huán)保問題和安全隱患的考量，這需要政府、企業(yè)和個(gè)人的共同推進(jìn)。政府應(yīng)完善或設(shè)立相關(guān)法規(guī)，發(fā)揮監(jiān)管作用；企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)煙花爆竹的科技創(chuàng)新，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升安全、環(huán)保性能；個(gè)人應(yīng)實(shí)名登記，控制購(gòu)買煙花爆竹的數(shù)量和規(guī)格。然而，目前這些措施尚未全面實(shí)施。

［學(xué)生2］支持。地方政府通過制定合理的、科學(xué)的禁限放規(guī)定，采取以政府為主、個(gè)人為輔的方式，實(shí)現(xiàn)燃放煙花爆竹的適度適量。在空曠的操場(chǎng)、廣場(chǎng)等地點(diǎn)打造“煙花廣場(chǎng)”，既可以作為“煙花秀”展現(xiàn)城市風(fēng)采，打造文旅項(xiàng)目，又可以避免安全事故和擾民問題。

［教師活動(dòng)］尊重學(xué)生觀點(diǎn)，提供針對(duì)性評(píng)價(jià)反饋，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)整個(gè)議題探討活動(dòng)進(jìn)行總結(jié)。

［師生共建］師生共同總結(jié)本節(jié)課所學(xué)知識(shí)，板節(jié)設(shè)計(jì)如圖4所示。

六、教學(xué)反思

素養(yǎng)的學(xué)習(xí)是有真實(shí)情境與任務(wù)介入的真實(shí)學(xué)習(xí)，只有在真實(shí)情境下運(yùn)用某種或多種知識(shí)完成特定的任務(wù)，才能評(píng)估關(guān)鍵能力、必備品格和價(jià)值觀念。［13］通過提供一種真實(shí)、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)情境，教師在教學(xué)中提供支架作用，提供證據(jù)和資料，促使學(xué)生運(yùn)用已有的科學(xué)知識(shí)去討論、對(duì)話、反思所面臨的問題，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與議題的積極性；學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中利用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際生活中的問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生參與社會(huì)決策的意識(shí)，強(qiáng)化社會(huì)責(zé)任感，這也體現(xiàn)了科學(xué)課程教學(xué)的科學(xué)性和人文性。本節(jié)課的教學(xué)流程設(shè)計(jì)的不足之處有以下兩點(diǎn)：①項(xiàng)目?jī)?nèi)容較多，用時(shí)兩個(gè)課時(shí)，耗時(shí)較長(zhǎng)，需要教師對(duì)學(xué)生活動(dòng)進(jìn)行組織和協(xié)調(diào)，富有挑戰(zhàn)性，對(duì)教師的教學(xué)素養(yǎng)能力要求較高。②本節(jié)課涉及的陌生信息需要學(xué)生以小組活動(dòng)形式參與進(jìn)來，而學(xué)生小組活動(dòng)容易出現(xiàn)靠一人完成，造成完成效果不佳的問題，教師需要在課前利用導(dǎo)學(xué)案輔助，使其分工明確。

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