基于核心素養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的教學(xué)設(shè)計(jì)
——以人教版必修二“自然資源的開發(fā)利用”為例*

李國偉，龍世佳，劉 敏，汪鵬霞

(天水師范學(xué)院 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741001)

近年來，在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》 (以下簡稱“2020修訂版課標(biāo)”)的實(shí)施過程中，在普通高中化學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)，教師的教學(xué)重點(diǎn)放在培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)之上。學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[1]。但在實(shí)際的教學(xué)過程中，“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”所依托的課程內(nèi)容在教學(xué)中往往不是教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，容易被教師忽略。而對于學(xué)生的發(fā)展來說，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”核心素養(yǎng)是使學(xué)生樹立起遠(yuǎn)大志向以及培養(yǎng)學(xué)生正確價值觀的重要方式之一。

1 “自然資源的開發(fā)利用”教學(xué)分析及教學(xué)設(shè)計(jì)

化學(xué)是人類利用自然資源和應(yīng)對自然資源和環(huán)境問題的重要科學(xué)依據(jù)。以金屬礦物、海水、煤、石油等的開發(fā)利用為例，了解依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)及其變化以及綜合利用資源和能源的方法[1]。從而使學(xué)生樹立“綠色化學(xué)”的觀念，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境的環(huán)保意識，以及投身社會主義建設(shè)的熱情。

1.1 教學(xué)內(nèi)容分析

“自然資源的開發(fā)利用”選自人教版化學(xué)必修二第八章“化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展”第一節(jié)。其位于必修和選擇性必修的銜接位置，本章內(nèi)容更注重培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”。第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用以金屬礦物、海水資源、化石燃料的綜合運(yùn)用為切入點(diǎn)[2]，學(xué)生能夠更直接的認(rèn)識化工產(chǎn)品的使用價值，了解與化工相關(guān)的環(huán)保、發(fā)展等問題。使學(xué)生充分認(rèn)識到化學(xué)與人類社會息息相關(guān)，認(rèn)識到人如何與自然和諧相處，為什么說化學(xué)改變世界。

1.2 學(xué)情分析

高一的學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了元素化合物的基本知識，在義務(wù)教育階段和必修一已經(jīng)學(xué)習(xí)了金屬及其化合物、無機(jī)非金屬及其化合物以及簡單的有機(jī)化合物。同時學(xué)習(xí)了氧化還原等反應(yīng)基本概念，化學(xué)簡單原理，有了一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。對于本節(jié)課程的學(xué)習(xí)提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。然而現(xiàn)階段學(xué)生所學(xué)知識零散，對于知識還處于感性認(rèn)識階段，缺乏規(guī)律性和系統(tǒng)性，大多數(shù)學(xué)生對化學(xué)的認(rèn)識多停留在記憶階段，僅少部分學(xué)生有應(yīng)用化學(xué)解決實(shí)際問題的能力。此階段的學(xué)生面對本節(jié)與社會生活緊密聯(lián)系的內(nèi)容，更容易激發(fā)起利用化學(xué)知識解決實(shí)際問題的熱情，通過對生活實(shí)際的聯(lián)系提高學(xué)生利用所學(xué)知識解答生活現(xiàn)象的熱情。

1.3 確立教學(xué)目標(biāo)

目標(biāo)一：通過情境創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生知道自然界中金屬的存在形式，如何進(jìn)行金屬的冶煉以及冶煉的原理，會寫反應(yīng)過程中涉及到的的化學(xué)方程式。培養(yǎng)學(xué)生變化觀念與平衡思想等學(xué)科核心素養(yǎng)。通過小組實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生掌握鋁熱反應(yīng)的原理。熟知從海水中提取溴單質(zhì)的原理，會寫反應(yīng)中涉及到的化學(xué)方程式。使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)對于合理利用自然資源方面是極為重要的，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析等學(xué)科核心素養(yǎng)。

目標(biāo)二：通過海水提溴的工藝流程的探究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識等學(xué)科核心素養(yǎng)；通過課前查閱資料，小組討論課上匯報等形式使學(xué)生進(jìn)一步了解海水資源的綜合利用，增強(qiáng)學(xué)生查閱資料和自學(xué)能力，以及小組合作的能力，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作精神和科學(xué)探究意識。

目標(biāo)三：通過課上展示資料，學(xué)生了解自然資源和環(huán)境之間的關(guān)系，讓學(xué)生感受化學(xué)知識在海水資源、油氣資源、金屬資源等開發(fā)利用中的重要性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的動力，提升愛護(hù)自然和合理開發(fā)利用自然資源的意識，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。通過教學(xué)活動培養(yǎng)學(xué)生敢于思考的能力，提高學(xué)生探究意識，以及培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

1.4 教學(xué)程序設(shè)計(jì)

教學(xué)流程如表1所示。

表1 教學(xué)流程

2 教學(xué)過程

2.1 環(huán)節(jié)一：金屬礦物的開發(fā)利用

【學(xué)習(xí)活動一】了解自然界中存在的金屬單質(zhì)以及金屬化合物的冶煉方法及化學(xué)方程式。

【教師提問】日常生活中經(jīng)常用到金屬制品，請列舉自然界中以游離狀態(tài)存在的幾種金屬，其他金屬在自然界中的存在形式？

【學(xué)生討論】自然界中以游離狀態(tài)存在的金屬有金、鉑等，其他絕大多數(shù)金屬以化合狀態(tài)存在。

【教師講解】自然界中除金、鉑等金屬以游離態(tài)存在與大自然中之外，大多數(shù)金屬以化合狀態(tài)存在于自然界中，要想利用這些金屬則需要將其從化合物中還原出來，把金屬從其化合物中還原出來的過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。

【提出問題】指出金屬的冶煉方法和金屬的活動性順序的關(guān)系？

【學(xué)生討論】初中階段學(xué)習(xí)的置換反應(yīng)，活潑性強(qiáng)的金屬能把活潑性弱的金屬從其鹽溶液中置換出來。

【教師講解】不同金屬離子的氧化性不同，活潑性弱的金屬，其離子的得電子能力越強(qiáng)，即氧化能力越強(qiáng)，其金屬冶煉越容易；而活潑性強(qiáng)的金屬，其離子得電子能力越弱，冶煉也越難。對于一些不活潑的金屬，可以直接采用加熱法進(jìn)行提取。

對于一些非常活潑的金屬，工業(yè)上通常采用電解法冶煉。例如

【教師提問】除了上述兩種方法大家思考是否還有其他的方法進(jìn)行冶煉？

【學(xué)生討論】初中學(xué)習(xí)過碳還原氧化銅和一氧化碳還原氧化銅，可以在高溫下利用還原劑，將金屬從其化合物中還原出來[3]。

【教師講解】說的不錯，除此之外還可以將金屬氧化物利用熱還原法進(jìn)行還原，利用活潑金屬做還原劑，在高溫的條件下還原活潑性弱的金屬。例如，可以通過鋁熱反應(yīng)將金屬鋁從其氧化物中還原出來。此方法可以冶煉活潑性較強(qiáng)難以冶煉的金屬。

【教師補(bǔ)充】自然界中金屬資源有限，冶煉金屬耗能高，有哪些途徑可以合理開發(fā)利用金屬資源？

【師生歸納】可以改變金屬冶煉工藝，使金屬的冶煉更加高效，更加節(jié)能，還可以回收利用舊金屬，同時還可以用其他環(huán)保材料代替金屬材料等。

2.2 環(huán)節(jié)二：海水資源的開發(fā)利用

【學(xué)習(xí)活動二】回顧海水淡化實(shí)驗(yàn)，知道海水淡化的意義以及知道如何從海水中提取溴單質(zhì)。

【教師提問】初中階段大家做過的哪個實(shí)驗(yàn)可以完成海水的淡化？

【學(xué)生討論】蒸餾實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)⒓儍舻乃畯暮Ｋ蟹蛛x出來。

【教師追問】蒸餾實(shí)驗(yàn)要用到哪些儀器？操作需要注意哪些事項(xiàng)？

【師生回憶】儀器有鐵架臺、鐵圈、燒瓶夾、蒸餾燒瓶、玻璃棒、冷凝管、尾接管、錐形瓶、酒精燈、橡膠塞。

操作時應(yīng)注意： ①燒瓶需墊石棉網(wǎng)加熱；②常壓蒸餾時，燒瓶中的液體的體積應(yīng)該在燒瓶容量的1/3到2/3之間；③燒瓶底部需要加幾粒沸石或者碎瓷片，防止液體暴沸；④冷凝管應(yīng)該先通冷凝水再進(jìn)行加熱，且應(yīng)從下口進(jìn)水上口出水；⑤為了確保蒸餾氣體的純凈，所以水銀球應(yīng)該位于蒸餾燒瓶支管口處，檢測蒸出氣體的溫度。

【教師講解】除了用蒸餾法外，還可以采用電滲析法和離子交換法等方法實(shí)現(xiàn)海水的淡化。海水中富含氯化鈉，可以從中提取氯化鈉。氯化鈉是食鹽的主要成分，除食用外，其還作為工業(yè)原料用來生產(chǎn)NaOH、NaCO3、Na、Cl2、HCl等化工用品。根據(jù)海水中的主要成分，除了上述作用之外海水還能提取其他的什么化工用品？

【學(xué)生討論】還可以提取鎂、鉀、溴等化工產(chǎn)品。

【教師講解】同學(xué)說的很對，接下來重點(diǎn)講解海水提溴，海水提溴有氧化、吹出、吸收、蒸餾等環(huán)節(jié)，請同學(xué)們看大屏幕，此為工業(yè)提取溴“吹出法”的流程圖。(如圖1所示)

圖1 海水提溴工藝流程

【教師提問】同學(xué)嘗試寫出吹出法中涉及到的化學(xué)方程式或離子反應(yīng)方程式。

【學(xué)生討論】

【教師鼓勵】同學(xué)寫的很對，

第一步已經(jīng)得到溴單質(zhì)，為什么還要通入空氣？通入二氧化硫?qū)鍐钨|(zhì)還原后再通入氯氣生成溴單質(zhì)，是否多此一舉？

課下舉一反三通過查閱資料，閱讀書籍等途徑，思考如何從海水中提取鎂以及如何從海帶中提取碘，總結(jié)元素可以通過什么途徑來轉(zhuǎn)化為單質(zhì)。

2.3 環(huán)節(jié)三：煤、石油、和天然氣的綜合利用

【學(xué)習(xí)活動三】知道煤的干餾、天然氣的主要成分和用途以及石油的分餾和裂化。

【教師提問】閱讀課本了解煤炭除了直接燃燒外還有其他什么利用途徑？

【學(xué)生活動】閱讀課本小組討論回答：可以采用干餾、氣化和液化的途徑把煤轉(zhuǎn)化為清潔燃料和多種化工原料。

【教師鼓勵】同學(xué)說的的很好，煤的氣化和液化與物理上的氣化、液化是有區(qū)別的，煤的氣化使將煤在一定條件下通過與水的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程。主要反應(yīng)為：

【教師講解】煤的液化是將煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程，其有兩種方式分別為直接液化和間接液化。

直接液化：煤與氫氣作用生成液體燃料的過程。

間接液化：煤先與水反應(yīng)生成水煤氣(CO、H2)，然后利用催化劑在一定條件下生成甲醇的過程。

【教師追問】煤除了可以液化之后作為燃料，還可以通過干餾來獲得重要的化工原料，閱讀課本了解煤干餾的主要產(chǎn)品和用途。

【學(xué)生活動】閱讀課本，小組討論

【展示表格】展示課本上給出的煤干餾的主要產(chǎn)品和用途(如表2所示)。

表2 煤干餾的主要成分和用途

【教師講解】煤是一種復(fù)雜的混合物，其由有機(jī)物和少量的無機(jī)物組成，煤的組成元素主要為碳元素，同時還含有少量氫、氧、氮、硫等元素。通過干餾可以將煤充分利用且減少對環(huán)境的污染。煤的干餾過程為將煤與空氣隔離，然后加熱使其分解。煤干餾的主要產(chǎn)物有焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯、焦?fàn)t氣(含H2、CH4及少量CO、CO2、C2H4、N2等)。

【教師提問】天然氣是國內(nèi)普遍使用一種清潔能源，閱讀課本了解天然氣的主要成分和用途。

【師生總結(jié)】天然氣主要成分是甲烷，甲烷的化學(xué)式為CH4，其燃燒產(chǎn)物為水和二氧化碳，對環(huán)境無污染，所以為清潔能源。作為化工原料主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇。

【學(xué)生活動】閱讀教材第103頁“資料卡片”，了解可燃冰的組成及其開發(fā)、應(yīng)用。

【教師提問】同學(xué)閱讀課本，小組討論，了解石油的組成以及如何綜合利用？

【學(xué)生活動】討論后回答，石油是由多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物，通過分餾可以實(shí)現(xiàn)石油的綜合利用。

【教師講解】我們學(xué)習(xí)到一個新的操作名稱：分餾。分餾是根據(jù)混合物中各成分沸點(diǎn)不同，加熱混合液體使各成分從混合物中分離出來，屬于物理變化。石油分餾的原理是加熱石油，沸點(diǎn)低的烴先蒸發(fā)，經(jīng)過冷凝管后液化分離出來，隨著溫度的升高，沸點(diǎn)較高的烴再汽化，經(jīng)冷凝后又分離出來[4]。但是分餾后含碳原子少的輕質(zhì)油供不應(yīng)求，含碳原子多的重油供大于求，因此則需要通過催化裂化將重油裂化為輕質(zhì)油。

【教師總結(jié)】課本給出了重油裂解成為輕質(zhì)油的過程以及部分用途，同學(xué)感興趣的可以課下查閱資料拓展一下石油在生產(chǎn)生活中的用途。

【教師講解】石油工業(yè)發(fā)展早期，煉油廠的廢氣如乙烯、丙烯等往往被燒掉。現(xiàn)在，這些曾經(jīng)的廢棄物可用于合成聚乙烯、聚丙烯等合成高分子材料。但這些聚合物很難降解，隨著這些合成材料的大量生產(chǎn)和使用，急劇增加的廢棄物給人類社會造成巨大的環(huán)境壓力[5]，例如廢棄的塑料制品會形成“白色污染”。

2.4 總結(jié)回顧，樹立環(huán)保意識

【學(xué)習(xí)活動四】總結(jié)本節(jié)課，重點(diǎn)講解化學(xué)與自然資源和社會生活的關(guān)系。

【教師總結(jié)】通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，同學(xué)們體會到化學(xué)技術(shù)的發(fā)展對于社會生活的重要性，為我們的生活提供了極大的方便，但是又不可避免地破壞了環(huán)境，造成了資源的浪費(fèi)。習(xí)總書記指出綠水青山就是金山銀山，作為新時代社會主義建設(shè)者和接班人我們必須要樹立環(huán)保意識和服務(wù)社會意識。這就要求化學(xué)工作者從源頭上控制污染物的排出，尋找綠色化學(xué)的工藝。必須培養(yǎng)其青少年的環(huán)保意識，并將其付諸行動。

【教師提問】通過本節(jié)課我們可以得出哪些節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境的措施？

【學(xué)生討論】資源回收重復(fù)利用；低碳生活，出門騎車或者坐公交車；減少塑料袋的使用；垃圾分類；節(jié)約用水等。汽車制造業(yè)加大新能源汽車的開發(fā)；減少空氣污染物的排放等。

【教師鼓勵】說的很好，希望大家今后的生活中能夠低碳出行，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。

3 教學(xué)反思

3.1 教學(xué)組織效果

通過“自然資源的開發(fā)利用”教學(xué)設(shè)計(jì)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，從多方面多角度向?qū)W生展示如何合理開發(fā)利用自然資源，緊密聯(lián)系教材。課堂中利用了提問、討論等方式，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過大量實(shí)際生產(chǎn)生活中的案例對知識進(jìn)行講解。教學(xué)過程學(xué)生小組討論，自己總結(jié)，老師進(jìn)行引導(dǎo)歸納，充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，教師在教學(xué)活動中的主導(dǎo)地位。教學(xué)過程中更注重培養(yǎng)學(xué)生的能力，同時側(cè)重知識的講解，既重知識又重素質(zhì)。

3.2 重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”核心素養(yǎng)

本節(jié)課主線是“如何合理的開發(fā)利用自然資源”，圍繞這一主線，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)階段對于知識的掌握水平，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。在教學(xué)過程中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“保護(hù)環(huán)境” “自然資源的合理利用” “綠色環(huán)保”等理念。通過討論生產(chǎn)生活中如何保護(hù)環(huán)境、如何節(jié)約資源培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識。最后引導(dǎo)學(xué)生思考自己將來步入社會如何從自己的職業(yè)出發(fā)做到綠色環(huán)保。使核心素養(yǎng)深入學(xué)生的觀念之中，逐步把科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任內(nèi)化為學(xué)生內(nèi)在素養(yǎng)。

4 結(jié)語

培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與傳統(tǒng)教授學(xué)生書本知識不同，它是一個漫長的過程，需要化學(xué)教師從每一節(jié)課、每一個細(xì)節(jié)中培養(yǎng)，如此才能將學(xué)生培養(yǎng)成具有高度科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任的新時代共產(chǎn)主義建設(shè)者和接班人，達(dá)成培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目標(biāo)。