基于社會性科學議題的硫及其化合物教學實踐

摘" 要：本文聚焦真實問題解決，以社會性科學議題“論證煙花爆竹的禁與放”為例開展硫及其化合物教學實踐。課前由學生檢索信息、收集資料，認識議題價值；課中利用三個子任務，探討燃放煙花爆竹所釋放的二氧化硫與酸雨的形成原因，構建硫及其化合物之間的轉化關系，并深入分析燃放煙花爆竹的利弊，對煙花爆竹的燃放做出決策，形成成果匯報。通過討論與化學密切相關的社會性科學爭議題，促進學生辯證地看待問題，培養(yǎng)學生參與社會決策的意識。

關鍵詞：社會性科學議題；硫及其化合物；酸雨

文章編號：

1008-0546（2024）14-0052-05

中圖分類號：

G632.41

文獻標識碼：

B

一、教學主題內容及教學現(xiàn)狀分析

本節(jié)課的教學主題選自蘇教版高中化學必修第一冊專題4第三單元“防治二氧化硫對環(huán)境的污染”。酸雨作為一種常見的生態(tài)問題，對社會環(huán)境造成了嚴重危害，已引起廣泛關注。本節(jié)內容屬于化學與社會發(fā)展主題的重要組成，蘊含著科學態(tài)度與社會責任的內涵，旨在樹立環(huán)境保護的意識，形成正確的化學價值觀。

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中六次提及“社會性議題”，可見高中化學教學中重視社會性科學議題教學的實施。酸雨和霧霾防治、水體保護、食品安全等議題，均源于真實的社會問題，與化學息息相關，可以引入化學教學的意識。通過查閱文獻，筆者發(fā)現(xiàn)不少關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，而關于硫及其化合物的文獻卻不多。酸雨防治是目前社會面臨的一大難題，作為社會性科學議題具有很好的切入點。因此，在系統(tǒng)學習有關硫元素的知識的同時，還可以有意識運用所學的知識或尋求相關證據(jù)參與社會性議題的討論。

二、教學思想與創(chuàng)新點

社會性科學議題（簡稱SSI）是指與科學或技術相關的一些具有爭議性的社會議題。［4］在真實、復雜、現(xiàn)實的情境中，學生以自己的生活經驗為基礎，運用調查、文獻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，在社會性議題的學習過程中既涉及科學知識，又涵蓋政治、經濟、文化、環(huán)境及倫理道德等多個維度，為學生的學習提供充分的探討空間，促進學生辯證地看待問題，培養(yǎng)學生的社會責任感。［5］這充分體現(xiàn)了“能對與化學有關的社會熱點問題作出正確的價值判斷，能參與有關化學問題的社會實踐活動”［6］的科學態(tài)度與社會責任核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

由于煙花爆竹燃燒后產生二氧化硫、二氧化氮等空氣污染物，因此我國各地實施“禁燃令”。然而，在春節(jié)期間，“禁燃令”引發(fā)了群眾的爭議。有人認為，燃放煙花爆竹是春節(jié)不可或缺的重要儀式，不應禁止；也有人認為，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，應該禁止。因此，基于社會討論的矛盾點，議題確立為“論證煙花爆竹的禁與放”。本文以二氧化硫為中心，圍繞硫單質、氧化物、（亞）硫酸、（亞）硫酸鹽等含硫元素的相關性質及轉化關系，培養(yǎng)學生的變化觀念、科學態(tài)度與社會責任核心素養(yǎng)和可持續(xù)發(fā)展理念。

三、教學目標

本課例的教學目標具體如下。

（1）通過對“禁燃煙花爆竹政策”情境中的問題進行剖析，并將社會問題轉化為化學問題，認識酸雨形成的原因，分析自然界中的硫循環(huán)，構建硫及其化合物之間的轉化關系，建立“價—類”二維圖。

（2）通過模擬“酸雨的形成”的探究實驗，認識酸雨的性質以及人類的行為與自然和諧相處的重要性，辯證看待化學對自然環(huán)境可能帶來的負面影響，增強環(huán)保意識和社會責任感。

（3）在討論燃放煙花爆竹的議題論證的過程中，從社會、經濟、科學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，樹立可持續(xù)發(fā)展理念，進一步發(fā)展科學態(tài)度與社會責任核心素養(yǎng)。

四、教學流程

筆者基于社會決策模式［7］和共識項目模式［8］，結合文獻，設計出本節(jié)課的教學流程（見圖1）。通過課前確立議題，布置小組作業(yè)，指導學生正確使用檢索工具?；趯W情，提供文獻資料參考，為學生理解資料、討論和發(fā)言奠定基礎；展示煙花爆竹禁放的相關資料，創(chuàng)設真實情境，讓學生發(fā)表觀點。通過剖析議題，將社會問題轉化為化學問題，確立探討的子問題，提供資料，引導學生從不同維度對燃放煙花爆竹進行評估，指導學生確立角色身份，組織學生，根據(jù)不同身份角色談談對燃放煙花爆竹的認識。通過展示查閱資料的結果，交流討論、總結并建立硫及其化合物的“價—類”二維圖，全面分析燃放煙花爆竹的利與弊，科學決策，培養(yǎng)社會責任感。

五、教學實錄

1. 問題驅動" 引入議題

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

［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？請闡述理由。

［學生1］支持。理由1：燃放煙花爆竹容易產生二氧化硫等污染物，造成空氣質量下降，危害人體健康。理由2：燃放煙花爆竹容易存在安全隱患，每年都有人因為不當燃放煙花爆竹而發(fā)生安全事故。

［學生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，還傳達了人們對美好生活的愿景。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)時間較短?；茉吹拇罅咳紵C動車輛尾氣的排放對污染空氣的影響更大。

［教師］人們支持或者反對燃放煙花爆竹的最主要因素是什么？

［學生］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量問題的來源？如何從化學視角探討煙花爆竹的禁與放？

［學生活動］討論煙花爆竹的組成，燃燒產物對大氣的影響以及如何減少污染物的釋放。

2. 議題探討" 科學解釋

任務1：煙花爆竹的組成和燃放影響。

［教師］請簡述煙花爆竹的由來和組成。

［學生1］煙花爆竹在我國有著悠久的歷史，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，在燃燒時會呈現(xiàn)出不同的顏色（即“焰色反應”）；此外，人們還會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］

當煙花著火時，短時間在狹小的空間內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，從而達到燃放的目的。該過程的化學方程式為S＋2KNO3＋3C點燃K2S＋3CO2↑＋N2↑。

燃放后會聞到刺激性的味道，是因為煙花爆竹中的硫燃燒生成二氧化硫，化學方程式為S＋O2點燃SO2。

［學生2］當煙花爆竹燃放時，黑火藥會被氧化生成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，還會產生固體廢棄物，造成環(huán)境污染，危害人體健康。［10］。

任務2：酸雨的形成及其危害。

［教師］當SO2過度排放時，會產生一系列的環(huán)境問題如酸雨、土壤酸化等。請問什么是酸雨？

［學生］酸雨是指pH小于5.6的大氣降水。當空氣中的SO2等酸性物質和水汽相結合，形成酸霧，隨雨水降落就成為酸雨。

［教師］SO2源自哪里？結合教材，闡述自然界和人類活動中SO2的來源。

［學生活動］交流討論，得出結論。

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

［學生1］二氧化硫和水蒸氣結合生成亞硫酸：SO2＋H2OH2SO3，生成的亞硫酸被氧化成硫酸：2H2SO3＋O22H2SO4。

［學生2］空氣中的二氧化硫在陽光照射下，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經過一系列復雜的化學反應過程形成硫酸分子，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。

［演示實驗］通過實驗模擬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，提前放置相關的實驗用品（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，點燃后迅速插入廣口瓶中，觀察實驗現(xiàn)象。參考相關文獻［11］，實驗裝置如圖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，燃燒后也產生SO2氣體，故用火柴燃燒代替煙花爆竹燃燒。

［學生］酸雨會破壞動植物的生長和繁殖，污染河流湖泊，還會加快金屬、建筑物的腐蝕，對人體健康造成諸多負面影響。

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

任務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生的污染？你有什么建議？

［學生］設計低硫或無硫的煙花爆竹產品，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。不少設計師圍繞綠色、安全、環(huán)保的主題對煙花材料進行改進。

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，導致產生酸雨污染。［12］

針對燃煤所產生的污染，你有什么建議？

［學生1］開發(fā)新能源，減少化石燃料的使用。

［學生2］對含硫燃料預先進行脫硫處理，減少SO2的排放。

［教師］請從物質類別的角度進行分析，如何將SO2廢氣進行處理或回收再利用。

［學生］對于相同價態(tài)含硫物質之間的轉化，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；對于不同價態(tài)含硫物質之間的轉化，硫元素的化合價由＋4價轉化為＋6價，化合價升高作還原劑，反應中需要有氧化劑如高錳酸鉀、過氧化氫等。

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

3. 角色扮演" 批判辯論

［資料］①瀏陽花炮制作技藝入選第一批國家級非物質文化遺產。某電視節(jié)目多維度地展示了瀏陽花炮的制作過程、演出形式、創(chuàng)新成果和深厚歷史底蘊。②“中國煙花第一人”蔡國強展現(xiàn)了一場無人機煙花表演，將夜空裝點得美輪美奐。

［教師］綜合分析燃放煙花爆竹所帶來的影響。

［學生活動］小組交流討論，從不同維度對燃放煙花爆竹進行評估，如表1所示。

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

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

4. 科學決策" 反思評價

［資料］2024年1月30日，應急管理部網(wǎng)站發(fā)布：積極引導地方政府廣泛聽取群眾意見、權衡利弊、科學評估，因地制宜、依法依規(guī)制定當?shù)責熁ū窠薹耪?，避免“一刀切”全面（全區(qū)域、全時段）禁放煙花爆竹。

［教師］權衡議題中的利與弊，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)和個人的共同推進。政府應完善或設立相關法規(guī)，發(fā)揮監(jiān)管作用；企業(yè)應加強煙花爆竹的科技創(chuàng)新，提高產品質量，提升安全、環(huán)保性能；個人應實名登記，控制購買煙花爆竹的數(shù)量和規(guī)格。然而，目前這些措施尚未全面實施。

［學生2］支持。地方政府通過制定合理的、科學的禁限放規(guī)定，采取以政府為主、個人為輔的方式，實現(xiàn)燃放煙花爆竹的適度適量。在空曠的操場、廣場等地點打造“煙花廣場”，既可以作為“煙花秀”展現(xiàn)城市風采，打造文旅項目，又可以避免安全事故和擾民問題。

［教師活動］尊重學生觀點，提供針對性評價反饋，引導學生對整個議題探討活動進行總結。

［師生共建］師生共同總結本節(jié)課所學知識，板節(jié)設計如圖4所示。

六、教學反思

素養(yǎng)的學習是有真實情境與任務介入的真實學習，只有在真實情境下運用某種或多種知識完成特定的任務，才能評估關鍵能力、必備品格和價值觀念。［13］通過提供一種真實、復雜的現(xiàn)實情境，教師在教學中提供支架作用，提供證據(jù)和資料，促使學生運用已有的科學知識去討論、對話、反思所面臨的問題，調動學生參與議題的積極性；學生在自主學習過程中利用所學知識去解決實際生活中的問題，有利于培養(yǎng)學生參與社會決策的意識，強化社會責任感，這也體現(xiàn)了科學課程教學的科學性和人文性。本節(jié)課的教學流程設計的不足之處有以下兩點：①項目內容較多，用時兩個課時，耗時較長，需要教師對學生活動進行組織和協(xié)調，富有挑戰(zhàn)性，對教師的教學素養(yǎng)能力要求較高。②本節(jié)課涉及的陌生信息需要學生以小組活動形式參與進來，而學生小組活動容易出現(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學案輔助，使其分工明確。

參考文獻

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