STSE情境教學與初中化學課堂的融合
--以“燃料的合理利用與開發”為例

孫夢涵，王 宇，王繼庫

(吉林師范大學 化學學院，吉林 四平 136000)

《義務教育化學課程標準》 (2022年版)要求學生形成化學觀念、解決實際問題，理解科學、技術、社會、環境(STSE)的相互關系[1]。這就要求學生能夠將理論知識應用到社會生活中，做到學以致用。在科技迅速發展的今天，對環境造成的負面影響也更加嚴重，教師在授課的過程中應該注重培養學生的環境保護意識。我國教師傳統的教學方式多側重于書本上知識的傳授，割裂了自然科學與社會科學之間的聯系，因此教師應該在教學設計中創設科學的教學情境，比如在與社會和環境相關的問題背景下引導學生進行對理論知識的學習。

1 STSE情境教學的內涵

STSE是由Science，Technology，Society，Environment四個單詞的首字母縮寫組成，即科學、技術、社會、環境。科學是人類認識世界的基本準則，技術是人類提高生活質量的保障，社會是人類創造與生活的環境，環境是社會發展的物質基礎。STSE教育理念是指在科學的指導下利用技術解決社會中存在的問題，同時要注意到對環境產生的影響。因此，科學與技術的不斷創新和發展是解決人類社會面臨像環境污染等問題和提升社會進步的重要手段。STSE教育是在STS教育的基礎上延伸而來的，將其應用于我國中學教學，能夠打破應試教育帶來的弊端，即只注重書面問題，忽視了將知識與實際生活相聯系。

情境教學是為建構主義服務的。建構主義認為，學習是在先前所習得的經驗的基礎上建構對新知識的理解，因此學習理論知識時應該與情境化的生活實踐結合起來，以便于學習者回想起自己原有的知識經驗從而進行知識的建構。

將STSE教育理念與情境教學相結合，即形成STSE情境教學。STSE情境教學是指教師在傳授知識的過程中，將與社會和環境相關的問題情境和化學學科知識有機結合，對情境問題探索和研究的過程就是學生獲得科學知識的過程，學生在與生活相關的經驗的基礎上完成對知識的建構。在初中化學課堂上采用STSE情境教學法，能夠激發學生對化學的探究興趣和求知欲，并且能利用所學的知識解釋實際生活中的現象，認識化學在解決與環境、能源、材料、人類健康等相關問題中的作用，樹立人與自然和諧發展的綠色發展觀和科學發展觀。

2 教學設計

2.1 教材分析

本節課選自人教版化學九年級上冊第七單元“燃料及其利用”課題2“燃料的合理利用與開發”。該課題緊扣單元主題，起到承上啟下的作用，承接上一課題“燃燒和滅火”，同時啟發學生進一步學習有關燃料的知識以及使用燃料對環境產生的影響。新課標對本節課的要求是：結合實例，在了解化石燃料對社會的重要性的同時知道資源開發、材料使用和能源利用可能會對環境產生影響，認識到節約使用資源以及開發新能源的重要性，從而樹立環保意識。

2.2 教學目標

1)了解化石燃料是重要的自然資源，對其合理開采和節約使用具有充分的認識。

2)在解決與化學相關的社會問題中運用比較、分類、歸納等科學方法，形成創新意識。

3)明確化石燃料燃燒對環境產生的負面影響，開發新能源刻不容緩，培養學生環保意識，增強社會責任感。

4)深刻理解化學學科對促進人類文明和社會可持續發展的重要價值，培養學生在社會生活中應用化學知識解決問題的能力。

2.3 教學重難點

1)重點：化學反應中的能量變化；化石燃料及其綜合利用。

2)難點：培養學生信息加工、獨立思考的能力。

2.4 教學流程圖

教學流程圖如圖1所示。

圖1 教學流程圖

2.5 教學過程

1)課堂導入

教師：燃料的使用在我們生活中無處不在，比如路上行駛的汽車、家里做飯使用的天然氣等等。本節課我們就基于生活中的具體情境學習燃料的合理利用與開發。

2)課堂講授

教學環節1：化學反應中的能量變化

教師：近幾年流行的自熱火鍋、自熱米飯想必同學們都吃過，將發熱包平放入盒子底部，加入一定量的水，兩分鐘左右就會開始冒熱氣。發熱包里的物質是生石灰，主要成分是氧化鈣。

[演示實驗]向生石灰上滴加水

學生：觀察實驗現象，發現反應的過程中溫度計示數不斷升高，可達 100 ℃。

教師：有新物質產生的化學反應，同時也伴隨著能量的改變。能量變化通常表現為熱量變化。有些反應是放熱的，比如鎂與鹽酸反應；有些反應是吸熱的，比如碳與二氧化碳的反應。熱量變化被廣泛應用于生產生活中，同學們討論列舉一下有哪些例子。

學生：用炭火做飯、取暖；燒制陶瓷；利用爆炸拆除破舊建筑等。

設計意圖：從學生熟悉的生活中的物品引入，在學生已有經驗的基礎上進行演示實驗，探究生活中的現象背后的本質，這樣學生對于理論知識會更加容易理解。再類比推理，讓學生聯系生活實際進行舉例，加強化學知識與實際生活的聯系。

教學環節2：化石燃料的利用

教師：化石燃料包含煤、石油和天然氣，它們是由古代生物遺骸經過一系列復雜變化而形成的，是不可再生能源。

[播放視頻]煤和石油的綜合利用

教師：新疆塔里木盆地的油氣資源十分豐富，在開采原油的同時也會產生大量的天然氣。天然氣的主要成分是甲烷，它有哪些性質呢？

[探究實驗]甲烷的燃燒

學生：甲烷是無色無味的氣體，它的密度小于空氣，在水中很難溶解。觀察實驗現象得出結論：甲烷能燃燒，產物中有水和二氧化碳生成，推斷出甲烷含有碳、氫兩種元素。

[過渡]人類目前所消耗的能量主要來源于化石能源，但化石能源是不可再生能源，所以如何合理利用與開發化石能源是一門重要的課題。

教師：吃銅火鍋時可能導致一氧化碳中毒，是什么原因造成的？

學生：通過討論空氣中的碳的燃燒情況推斷出可能是燃料不充分燃燒所導致的，得出結論：燃料不充分燃燒不僅產生的熱量減少，浪費資源，而且還會產生大量的一氧化碳等物質，污染空氣。

教師：那怎么做可以使燃料充分燃燒呢，請同學們根據以下生活中的情境進行推測。在篝火燃燒時，木柴為什么不平放在地上，要架空起來？煉鋼爐煉鋼時為什么要不停地鼓入空氣？煤為什么制作成蜂窩狀？

學生：討論以上問題，思考使燃料充分燃燒的條件，得出兩點“一是燃燒時要有足夠的空氣，二是燃料與空氣要有足夠大的接觸面”[2]。

設計意圖：通過對生活中現象的探討來激發學生的學習興趣，引導學生分析問題的本質，提高學生將理論與實踐相結合的能力，將科學、技術、社會、環境進行融合，加深化學與社會的聯系。使學生明白燃料充分燃燒的意義，加強節約資源、保護環境的意識。

教學環節3：使用燃料對環境的影響

教師：隨著科技的迅速發展，當今世界面臨的環境問題也愈加嚴重，使用燃料給我們的生活帶來巨大好處的同時也對環境造成了負面影響。燃料中的一些雜質如硫、氮等燃燒時會產生二氧化硫、二氧化氮等氣體，這些氣體或氣體在空氣中反應形成的生成物溶于雨水會使雨水呈酸性，叫作酸雨。

[小組討論]酸雨的危害和防治措施

學生：酸雨會造成水體酸化以及水生動植物的死亡，還會腐蝕金屬與建筑物，破壞土壤和森林，危害人體健康。要想防止酸雨的形成就必須減少向空氣中排放二氧化硫等氣體，可以使用天然氣或者脫硫煤來替代煤，同時還要開發新能源。

教師：在生活中我們常常呼吁乘坐公共交通工具或者步行來替代駕駛私家車，這是為了減少空氣中汽車尾氣的排放。常見的汽車發動機以汽油或柴油為燃料，它們燃燒時產生的一氧化碳和未燃燒的碳氫混合物等會隨尾氣直接排放到空氣中，對空氣造成污染。請同學們觀看資料，思考用哪種物質可以替代石油燃料減少汽車尾氣的產生呢？

學生：資料中顯示，將燃料乙醇和普通汽油按照一定比例混合，可以形成乙醇汽油，它屬于可再生能源。用乙醇汽油來替代石油燃料，不僅能夠節省石油資源，還能降低尾氣排放對大氣造成的污染。除此之外，還可以用壓縮天然氣替代汽油，天然氣的燃燒值比汽油高，可以節約燃料費用，并且壓縮天然氣不含鉛、苯等致癌物質，更加環保。

設計意圖：給及學生背景資料引導學生探究，增強學生和同學之間的討論交流，同時參考資料提出解決措施，培養學生獨立思考和解決問題的能力，增強環境保護的責任感。

教學環節4：能源的利用和開發

教師：含碳元素的燃料燃燒時不可避免總會產生一定量的一氧化碳。老師給大家介紹一種不含碳元素的高熱值清潔能源--氫氣。請同學們閱讀材料，回答氫氣作為原料有哪些優點。

學生：氫氣無毒、極易燃燒且放熱量大，放出的熱量約為同質量的汽油的三倍；氫氣有廣泛的來源，可用水作原料，燃燒后只生成水，對環境沒有污染。

[過渡]除了化學反應，還有哪些途徑可以提供能量呢？

教師：有很多現實生活中存在的現象說明我國能源結構正在向清潔、多元、低碳轉型。比如，公園里和路邊有很多風力發電和太陽能發電的路燈；2020年長征五號火箭將我國首個火星探測器天問一號送入太空，天問一號使用了太陽能電池板供電；秦山核電站是我國自行設計建造的第一座核電站；新疆達坂城風力發電廠是我國最大的風能基地。

學生：目前正在利用和開發的新能源種類除了太陽能、風能、核能，還有潮汐能和地熱能等。新能源的利用既可以部分解決化石能源面臨耗盡的問題，又可以減少對環境的污染。

設計意圖：使學生體會到科學、技術、社會與環境之間的聯系，即運用科學知識進一步地提高技術來解決社會中的環境問題，體會學習化學的魅力與必要性，鞏固樹立生態文明觀念。

3)課堂深化

教師：講述我國明確提出的2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標。在“雙碳”戰略下，我國將持續推進低碳綠色發展，調整產業和能源結構，加強綠色技術的創新。

學生：討論并踐行生活中的低碳行為，加大對碳中和的宣傳力度，從生活中的小事做起，節約資源，在衣食住行等各個環節行動起來。

設計意圖：使學生了解國家政策，樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念[3]。通過本節課堂的學習不僅能夠收獲知識、增長能力，還能培養社會責任感，明確化學對滿足人民日益增長的美好生活需要作出的重大貢獻[4]。

3 教學反思

化學是一門與社會生活息息相關的學科，初中化學教學應該是知識性和生活性相結合的。本節課將STSE情境教學與初中化學中“燃料的合理利用與開發”這一課程內容相結合，引導學生通過對生活中的情境討論和研究來學習理論知識。這種教學方式能更大程度上滿足義務教育新課標的要求，能夠加強學生對抽象的學科知識的理解，體會學習化學的興趣，促進師生和學生之間的交流討論，讓學生體會到化學與社會生活的密切聯系，促進學生綜合能力的發展。