基于STSE情境的化學主題教學設計

潘碧雁　鄭秀明　張曉鳳

一、問題的提出

“化學與社會”是初巾化學五大學習主題之一，立足于“可持續發展”大概念，涉及較多STSE內容，包含資源、能源、材料、環境等核心知識。滬教版九年級化學教材中，“化學與社會發展”主題的新課教學僅將真實情景作為導入，無法發揮STSE情境的育人價值，情境間缺少聯系，難以形成方法鏈及知識網，教師應選擇恰當的STSE情境展開該主題的教學，重視情境的真實性、關聯性?；谝陨媳尘?，以“煤改電”工程作為真實情境，開展“‘煤改電工程中的能源與環境”（以下簡稱“煤改電”工程）主題教學設計。

二、教學思想

滬教版九年級化學教材中“化學與社會發展”主題的內容順序為：能源一材料一污染治理，該研究將“能源的綜合利用”與“環境污染及防治”中的大氣污染巧妙結合，以“煤改電”工程為真實情境，在問題解決的過程中獲取知識，體現“做中學”。

三、教學目標的確立

基于學生的基礎及對《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）中內容要求和學業要求的分析，可制定表1所列主題教學目標。

四、教學案例

1.情境價值

2021年中國29.8%的城市PM2.5濃度超過國家環境空氣質量標準年平均限制，散煤燃燒取暖被認為是導致空氣污染嚴重的重要原因?；诖?，政府制定“煤改電”工程政策。

選擇“煤改電”工程為情境，讓學生參與相關社會話題的討論，在“煤改電”工程的分析中學習常見的能源、能源分布與使用等知識；從物質組成的角度分析燃料的組成與燃燒產物之間的聯系，深入剖析化石燃料造成環境問題的原因及造成的環境問題，引導學生提出減少污染物排放和提高燃料利用的方法和措施。

2.教學設計思路

以“煤改電”工程作為情境設計4個教學環節，基于問題解決展開教學過程，該節課的教學設計思路如圖1所示。

3.教學過程

[課前準備]將學生分為8個小組，根據以下問題進行資料的收集和整理。

（1）“煤改電”工程的內容及價值。

（2）大氣污染物導致的環境問題。

（3）我國能源礦產分布情況。

（4）不同時期的能源發生了什么變化？

（5）有哪些常見能源？各種能源有哪些優缺點？

可供參考網站：國家統計局、中華人民共和國自然資源部、世界能源署、國家能源署。

環節一：剖析“煤改電”工程

[情境導入]2017年，中國國家發展和改革委員會發布《中國北方冬季清潔采暖工作計劃》，制定“煤改電”政策。

[教師]什么是“煤改電”政策？結合查找的資料和表2中的數據分析，為什么要實行“煤改電”政策？

[課件展示]京津翼地區2017年與2021年大氣六項污染物濃度報告表，見表2。

[評價觀測點]通過資料收集與數據分析，了解“煤改電”工程并分析其實施原因，診斷與發展獲取和加工信息的自主學習能力。

[隨機小組1-2]相互補充回答，教師總結：“煤改電”工程是指以煤炭為燃料的傳統鍋爐更換為以電為主的鍋爐。通過表2可以直觀地看到：實施“煤改電”工程后，2021年空氣污染物濃度較2017年有明顯降低。燃煤取暖會產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，大氣污染物濃度會降低。

[教師]煤是我國目前最主要的能源之一，煤是怎么形成的？煤直接燃燒的產物有哪些？大量燃煤對環境造成什么影響？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。

[評價觀測點]從元素組成和變化角度分析煤燃燒的產物及其影響，樹立化學觀念；從環境保護與人體健康多角度剖析“煤改電”工程的意義，診斷和發展學生的證據推理、構建模型并推測物質及其變化的思維能力。

[隨機小組3-5]相互補充回答，教師總結：煤直接燃燒的產物可能為CO、CO2、SO2、NO2、炭黑、飛塵（PM2.5和PM10）等。CO2會導致溫室效應，SO2和氮氧化物會造成酸雨，PM2.5和PM10會導致霧霾，造成可見度減低，吸入會滯留于末端細支氣管與肺泡中，造成健康問題、CO氣體有毒，吸入對人體健康有害。

[教師補充]大量燃煤會產生的大氣污染物會導致許多環境問題，“煤改電”工程有利于環境保護。同時促進能源結構轉型，提供了除傳統的煤炭為主外的另一種能源運輸體系。

環節二：初探“能源”

[教師]除了煤，生活中還有哪些常見的能源呢？結合圖表分析我國的能源狀況。

[評價觀測點]通過能源儲量和分布圖表的分析，獲取我國能源現狀，診斷與發展獲取和加工信息的能力。

[課件展示]中同能源礦產儲量（見表3）及中國主要能源礦產分布圖（如圖2所示）。

[隨機小組6-7]相互補充回答，教師總結：常見能源有石油、天然氣、太陽能、風能、氫能、電能等。我國能源礦產儲量較為豐富，煤主要分布在華北和西北地區，石油和天然氣主要分布在東北、華北和西北地區。能源分布從整體上可以總結為：能源礦產資源較為豐富，但資源結構不理想且分布不均。

[教師]發展離不開能源，我們如何克服能源分布不均的問題？我國采取了哪些措施？

[評價觀測點]通過信息技術了解我國相關的能源措施，拓展學生知識面，診斷和發展學生使用科學方法、利用信息加工自主學習的能力。

[隨機小組8]學生回答，教師總結：各地區可根據地區能源分布情況，因地制宜。我國針對能源采取“西氣東輸”、“西電東送”等工程。

[拓展]“西氣東輸”與“西電東送”工程。

環節三：再探“能源”

[課件展示]古代廚具與現代廚具（圖略）。

[教師]通過查閱資料，常見能源的使用經歷r怎樣的變遷歷程，繪制能源變遷圖，并根據不同分類標準對常見能源進行分類。

[評價觀測點]通過信息技術知道常見的能源類型并進行分類，梳理能源變遷歷史，思考能源種類變遷原因，發展學生的想象力和探究欲，診斷和發展學生分類、歸納及模型建構的能力；小組討論完成能源分類，診斷和發展學生溝通交流、合作解決問題的能力。

[隨機學生1-2]相互補充回答，教師總結：從能源類型來看：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，繼續發展了氫能、太陽能、風能、水能等等。從使用方式來看：剛開始的能源是直接取用，比如：煤炭、木材等；隨著社會發展，人們能對能源進行加工，能源的區域方式轉變為間接取用，比如：煤氣、電能。

[課堂任務1]繪制能源類型變遷圖（如圖3所示）。

[教師活動]結合學生作品，引導學生概括性畫出能源變遷圖（如圖4所示）。

[課堂任務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、太陽能、風能、水能、潮汐能等能源做一個分類。

[討論與總結]小組討論后，教師與學生一起完成能源的分類（見表4）。

[課件展示]2012年-2021年中國能源結構圖與清潔能源占比圖（如圖5所示）。

[教師]分析能源消費結構圖與清潔能源占比圖，又可以發現什么呢？

[隨機學生3]學生回答，教師總結：分析能源消費結構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，能源的使用越來越綠色化。

[教師追問]不同能源都有什么優缺點？分析能源的使用發生變化的原因。

[評價觀測點]通過資料了解不同能源的優缺點，結合圖表分析我國能源消費情況，基于事實分析能源種類變化的原因，樹立性質決定用途的化學觀念，發展與診斷學生信息處理能力、批判能力與創新思維，形成可持續發展的正確認識。

[隨機小組3，5]相互補充回答，教師總結：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?；剂弦變Υ婧瓦\輸、經濟實惠，但屬于不可再生能源，大量使用容易污染環境，導致溫室效應、酸雨等環境問題。天然氣相對煤和石油更環保，但氣源少，易發生爆炸、窒息等危險。電能可以通過火力、水力、風力等形式轉化，具有轉化方便、能源清潔、輸送安全等優點，但使用過程容易發生事故、家庭儲存不方便。氫能、太陽能屬于清潔能源，對環境友好，但是存在制取、儲存、運輸問題未解決，所以沒有大范圍使用。

[教師]從儲量、開發、運輸、環境保護等方面多角度對學生匯報內容進行匯總，總結能源的優缺點。

環節四：問題與應用

[課件展示]我國煤和油的進出口情況圖（如圖6所示）。

[教師]從我國煤炭、油的進出口情況圖中可以發現了什么？

[討論回答]我國每年能源進口量逐年遞增。

[教師追問]我國煤炭、石油、天然氣儲量在世界前列，為什么還要進口這么多？

[評價觀測點]通過材料分析，在解決能源問題的過程中診斷和發展學生的質疑能力與證據推理的科學思維，培養學生的發散思維。

[隨機小組4]我國煤、石油儲量總量多，但人均能源占有量低于世界平均水平；隨著中國人口的增長、城市化進程的加快以及工業化的發展，中國的能源消耗也在持續上升，我國能源儲量有限，且化石燃料屬于不可再生能源，因此需要不斷進口能源。

[教師追問]通過數據、圖標分析，發現我國能源短缺問題，應如何解決？

[課后任務]搜集資料，尋找解決我同能源使用與環境保護問題的對策。

[評價觀測點]利用信息技術，結合現有的知識經驗，以小組合作的形式對“能源的使用與環境保護”問題提出相應的建議。在此過程中診斷和發展學生團隊協作、溝通交流、合作解決問題的能力，發展學生科學態度與責任核心素養，培養學生的責任擔當。

[教師引導]問題解決首先了解導致問題出現的因素，接著分析因素間關聯及可能發生的變化，再從“因”人手尋找解決“果”的對策，最后付諸行動。結合所學，請同學們課后思考以下問題：針對我國能源短缺問題我們應該怎么做？能源的使用與環境問題息息相關，怎么處理好發展與環境問題？我們能做什么？

[評價觀測點]設計意圖：通過對比我國煤和石油的儲量及進口量，制造矛盾沖突，引導學生查詢文獻解釋原因，得出我國能源短缺的現狀，并結合所學知識，小組合作思考能源使用和環境保護對策。

五、結論與反思（略）

通訊聯系人：張曉鳳

E-mail：xfz@fjnu.edu.cn

（收稿日期：2024-01-31）