情境化教學(xué)在初中化學(xué)課堂中的應(yīng)用

一、教材分析

滬教版九年級(jí)化學(xué)的第九章“能源的綜合利用”與工業(yè)生產(chǎn)和科技進(jìn)步緊密相連，對(duì)學(xué)生未來的職業(yè)選擇具有重要的啟發(fā)作用。鑒于本章內(nèi)容的獨(dú)特性，教師在挑選教學(xué)材料時(shí)擁有更廣闊的創(chuàng)意空間。教師可以引入前沿科技，以此點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，鞏固他們的學(xué)習(xí)決心，并培育他們的愛國情感。

二、學(xué)情分析

已有認(rèn)知表現(xiàn)：九年級(jí)學(xué)生已經(jīng)能夠理解燃油汽車排放的尾氣對(duì)環(huán)境造成的污染以及溫室效應(yīng)的影響，并意識(shí)到石油資源的有限性。他們普遍認(rèn)為電動(dòng)汽車作為一種零排放的交通工具，是未來汽車發(fā)展的理想選擇。然而，學(xué)生對(duì)汽車能源的理解大多還停留在日常生活經(jīng)驗(yàn)上，缺乏深入的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

發(fā)展障礙點(diǎn)：學(xué)生在物質(zhì)轉(zhuǎn)化和化學(xué)反應(yīng)方面的知識(shí)較為零散，缺乏系統(tǒng)性和連貫性。他們往往不能全面地從化學(xué)角度審視汽車能源問題，未能認(rèn)識(shí)到汽車動(dòng)力的來源實(shí)質(zhì)上是通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。面對(duì)復(fù)雜的社會(huì)議題，學(xué)生往往缺乏將環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、工程技術(shù)以及國家安全等方面因素綜合考慮的能力，自主分析問題和解決問題的能力有待提高，同時(shí)，他們的責(zé)任感和參與意識(shí)也需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

發(fā)展?jié)摿εc方向：在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，學(xué)生需要學(xué)會(huì)從元素和變化的角度系統(tǒng)地分析問題，掌握從反應(yīng)物、反應(yīng)條件到生成物的全面分析方法。學(xué)生應(yīng)秉承可持續(xù)發(fā)展的理念，對(duì)汽車能源的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行全面評(píng)估。此外，學(xué)生應(yīng)積極參與到國家汽車能源發(fā)展的問題中，展現(xiàn)出強(qiáng)烈的責(zé)任感和主人翁意識(shí)，為國家的長遠(yuǎn)發(fā)展提供自己的見解和建議。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.認(rèn)識(shí)燃油汽車的局限性，了解燃油汽車對(duì)環(huán)境的影響。

2.通過實(shí)踐操作，理解太陽能汽車的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，并通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)電池的工作原理及其在汽車中的應(yīng)用。

3.理解氫氧燃料電池的工作原理及其在新能源汽車中的應(yīng)用前景。

4.培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保與創(chuàng)新精神，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)（見圖1）

五、教學(xué)過程

引入：目前人們使用的汽車大致分為兩類，一類是燃油車，另一類是新能源電車。同學(xué)們，家里汽車是燃油車的舉手，好放下，家里是新能源電車的同學(xué)舉手。

過渡：我發(fā)現(xiàn)我們班里使用燃油車的家庭更多一些。我們先來看使用最多的燃油汽車。

▲環(huán)節(jié)一：燃油汽車

教師：燃油汽車以什么為動(dòng)力呢？大家能說一說燃油汽車的能量轉(zhuǎn)化形式嗎？

學(xué)生：以汽油為動(dòng)力；化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

（教師展示燃油汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖片。）

這是燃油汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，汽油在汽缸里燃燒，燃燒會(huì)釋放出熱能使氣體膨脹，帶動(dòng)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使汽車動(dòng)起來。因此能量轉(zhuǎn)化是化學(xué)能先轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

問題1：以汽油為動(dòng)力的燃油汽車存在的問題有哪些？

學(xué)生1：油價(jià)高。

學(xué)生2：汽油不可再生。

學(xué)生3：有污染。

教師：中國有句古話——物以稀為貴，往往因?yàn)樵趺礃硬刨F？

學(xué)生：稀少才會(huì)貴。

教師：汽油是如何形成的？閱讀課本尋找答案。

學(xué)生：汽油屬于化石燃料。煤、石油、天然氣統(tǒng)稱為三大化石燃料，它們是在地底下經(jīng)過很長的時(shí)間并在高壓缺氧的環(huán)境中形成，屬于不可再生能源。

材料1：汽油常溫下呈液態(tài)，其主要成分為碳、氫兩種元素組成的化合物。此外還有含硫化合物、含氮化合物等多種成分。汽油還存在不能充分燃燒的情況，所以尾氣的成分十分復(fù)雜。

問題2：汽車燃油后的尾氣可能含有哪些物質(zhì)？請(qǐng)結(jié)合材料1寫出分析過程，具體如表1所示。

總結(jié)：通過上面的分析，大家應(yīng)該感受到了盡管現(xiàn)在大多數(shù)人都在使用燃油汽車，但是燃油汽車面臨的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題是我們不能忽視的。因此，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展，最好的辦法就是改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)出清潔的新能源。

過渡：大家聽說過的清潔的新能源有哪些呢？

學(xué)生：太陽能、地?zé)崮?、潮汐能、風(fēng)能等。

教師：大家說的這些新能源都很好，今天老師給大家介紹的第一種新能源是太陽能。

▲環(huán)節(jié)二：太陽能小汽車

教師：老師給每個(gè)小組都準(zhǔn)備了一輛太陽能小汽車，大家仔細(xì)觀察小汽車的構(gòu)造，猜一猜小汽車是依靠什么動(dòng)起來的呢？

學(xué)生：太陽能電池板。

教師：由于教室里沒有辦法直射到太陽，我們可以借助白熾燈來模擬陽光。

活動(dòng)1：體驗(yàn)太陽能小汽車

步驟：將太陽能小汽車放置在開闊平坦的地方，撥動(dòng)開關(guān)至Solar Cell Driven檔（第二檔）（見圖2）；連接白熾燈電源，打開開關(guān)，近距離照射小汽車（見圖3）。

材料2：盡管太陽輻射到地球大氣的能量僅為其總輻射能量的二十二億分之一，但已高達(dá)1.73×1017J·s-1，也就是說太陽每秒照射到地球上的能量相當(dāng)于燃燒500萬噸優(yōu)質(zhì)煤釋放的能量。

問題1：結(jié)合材料2，說說太陽能小汽車的優(yōu)點(diǎn)有哪些？

學(xué)生1：清潔、免費(fèi)、能量高。

問題2：晚上沒有陽光，太陽能汽車靠什么動(dòng)力繼續(xù)行駛？

學(xué)生：在太陽能汽車中有某種可充電的蓄電池，白天可通過太陽能轉(zhuǎn)化為電能對(duì)蓄電池充電，晚上蓄電池釋放出電能供汽車?yán)^續(xù)行駛。

教師：如果讓你制作一個(gè)電池，你需要幾部分呢？

學(xué)生：三部分。

問題3：電池的工作原理是什么？

活動(dòng)2：模擬電池，探究電池的工作原理

步驟：

1.將鎂片和碳片用紅黑夾固定在塑料杯中（注：黑線連接碳片，紅線連接鎂片，鎂片和碳片不能觸碰）（見圖4）。

2.把小車放在開闊平坦的地方，倒入濃鹽水（注：濃鹽水需浸沒導(dǎo)線夾）（見圖5）。

現(xiàn)象：小車動(dòng)起來了，溶液由無色變?yōu)辄S色。

解釋：小車動(dòng)起來是因?yàn)楫a(chǎn)生了電，溶液由無色變?yōu)辄S色是因?yàn)榘l(fā)生了化學(xué)變化。

小結(jié)：電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

過渡：教師播放我國首列氫氧燃料列車在長春運(yùn)行的視頻。

▲環(huán)節(jié)三：氫氧燃料電池小汽車

材料3：氫氧燃料電池是以氫氣為燃料，通過與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，把釋放出的能量轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。氫氧燃料電池不需要將氫氣和氧氣全部儲(chǔ)藏在電池內(nèi)，可以由電池外提供。

問題1：依據(jù)材料3，說說氫氧燃料電池車?yán)檬裁丛懋a(chǎn)生電能？具體反應(yīng)是怎樣的？

學(xué)生：氫氣與氧氣反應(yīng)生成水的化學(xué)反應(yīng)。

教師展示氫氧燃料小汽車（見圖6），并解釋小車運(yùn)行原理。

問題2：氫氧燃料汽車具有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？

學(xué)生1：原料為水，資源不受限制。

學(xué)生2：生成物為水，產(chǎn)物無污染。

教師：接下來，我們了解一下氫氧燃料電池在我國汽車領(lǐng)域的發(fā)展。

（教師播放2022年的綠色冬奧視頻。）

問題3：目前氫燃燃料電池車沒有被大規(guī)模應(yīng)用，造成這種現(xiàn)象的原因有哪些？

學(xué)生1：氫氣的存儲(chǔ)量不多、比較危險(xiǎn)。

教師：這是從燃料的角度看的，還能從哪些角度來看？

學(xué)生2：成本比較高，沒有加氫站。

教師：成本比較高，還是從燃料的角度看的，還有哪些角度呢？大家可以小組討論下。

（學(xué)生討論。）

教師：好了，老師帶領(lǐng)大家一起了解下阻礙我國氫氧燃料電池發(fā)展的幾座大山。

催化劑：催化劑的成本占總成本的53％以上。催化劑主要是鉑，貴且資源短缺，我國鉑供應(yīng)主要依靠國外。

儲(chǔ)氫技術(shù)：氫能源的存儲(chǔ)是目前主要的技術(shù)難點(diǎn)。目前車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)一般都采用高壓儲(chǔ)氫罐，需要加壓到70兆帕進(jìn)行儲(chǔ)存，而在國內(nèi)只能實(shí)現(xiàn)35兆帕儲(chǔ)氫罐的生產(chǎn)。壓力不夠大會(huì)極大地影響氫氣的裝載量。因此，對(duì)于我國來說，儲(chǔ)氫技術(shù)是一個(gè)需要攻克的難題。

制氫、加氫技術(shù)：目前成熟的制氫技術(shù)主要有化石能源重整制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫、電解水制氫。其中電解水制氫綠色環(huán)保，然而火電占比較大，會(huì)極大地消耗電能，且仍會(huì)產(chǎn)生碳排放。加氫技術(shù)站的建設(shè)成本非常高，相當(dāng)于傳統(tǒng)加油站的兩到三倍。此外，大部分加氫站設(shè)備需要依賴進(jìn)口。

膜電極技術(shù)：膜電極、雙極板、質(zhì)子交換膜已具備國產(chǎn)化能力，但生產(chǎn)規(guī)模較小，膜電極組件安全性、穩(wěn)定性、膜壽命與機(jī)械性能仍有提升空間，制備工藝較為復(fù)雜，對(duì)外依賴較高。

教師：同學(xué)們，如果未來的你是一名汽車工程師，在汽車能源方面，你希望突破的技術(shù)難關(guān)有哪些呢？你對(duì)世界新能源汽車的愿景有哪些？

六、作業(yè)

某汽車品牌推出了一輛氫燃料電池汽車，該汽車行駛100千米，需要消耗氫氣7.5千克。采用以下2種方式制氫，各自的成本是多少？比較計(jì)算結(jié)果，你能得到什么信息？

已知：蘇州天然氣價(jià)格約3.02元/立方米，水費(fèi)約1.86元/噸。

方法1：若用電解水法制取以上氫氣，需電解多少千克水？同時(shí)需要多少電費(fèi)？（電解1千克水約需消耗電能5.5 千瓦時(shí)，電費(fèi)：0.5元/ 千瓦時(shí)）

方法2：用甲烷（CH4）和水蒸氣在高溫下以鎳為催化劑，可轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣（天然氣中甲烷含量一般為85％）。若用該方法制取以上氫氣，要消耗多少天然氣？（天然氣密度為0.8 千克/立方米）

七、教學(xué)反思

本次課程以“汽車能源”為主題，教師通過問題驅(qū)動(dòng)的方式，引導(dǎo)學(xué)生探討了燃油汽車的局限性、太陽能汽車的環(huán)保優(yōu)勢(shì)以及氫氧燃料電池汽車的應(yīng)用前景。課程設(shè)計(jì)了互動(dòng)環(huán)節(jié)和實(shí)踐活動(dòng)，如模擬電池實(shí)驗(yàn)和太陽能小汽車體驗(yàn)，旨在提升學(xué)生的實(shí)踐能力和科學(xué)探究精神。

學(xué)生在課堂上表現(xiàn)出了較高的參與度，尤其在實(shí)踐活動(dòng)中，他們積極動(dòng)手操作，表現(xiàn)出了濃厚的興趣。然而，部分學(xué)生在自主分析問題和解決問題的能力上仍有提升空間。今后的教學(xué)中，我應(yīng)更多地設(shè)計(jì)開放性問題，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行批判性思考。

改進(jìn)措施：

1.加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)指導(dǎo)，幫助學(xué)生建立更系統(tǒng)的知識(shí)框架。

2.在課堂上更多地使用案例分析，讓學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)際問題相結(jié)合。

3.提供更多關(guān)于新能源技術(shù)的背景資料和視頻，提高課堂的生動(dòng)性和信息量。

4.對(duì)于計(jì)算任務(wù)，增加課堂上的輔導(dǎo)時(shí)間，確保學(xué)生能夠理解并掌握計(jì)算方法。

5.鼓勵(lì)學(xué)生在課后進(jìn)行小組討論，通過同伴互助提高解決問題的能力。

編輯：趙文靜

作者簡(jiǎn)介：張亞文（1995—），女，漢族，甘肅永昌人，碩士研究生，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：化學(xué)。