基于STSE情境的化学主题教学设计

潘碧雁　郑秀明　张晓凤

一、问题的提出

“化学与社会”是初巾化学五大学习主题之一，立足于“可持续发展”大概念，涉及较多STSE内容，包含资源、能源、材料、环境等核心知识。沪教版九年级化学教材中，“化学与社会发展”主题的新课教学仅将真实情景作为导入，无法发挥STSE情境的育人价值，情境间缺少联系，难以形成方法链及知识网，教师应选择恰当的STSE情境展开该主题的教学，重视情境的真实性、关联性。基于以上背景，以“煤改电”工程作为真实情境，开展“‘煤改电工程中的能源与环境”（以下简称“煤改电”工程）主题教学设计。

二、教学思想

沪教版九年级化学教材中“化学与社会发展”主题的内容顺序为：能源一材料一污染治理，该研究将“能源的综合利用”与“环境污染及防治”中的大气污染巧妙结合，以“煤改电”工程为真实情境，在问题解决的过程中获取知识，体现“做中学”。

三、教学目标的确立

基于学生的基础及对《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）中内容要求和学业要求的分析，可制定表1所列主题教学目标。

四、教学案例

1.情境价值

2021年中国29.8%的城市PM2.5浓度超过国家环境空气质量标准年平均限制，散煤燃烧取暖被认为是导致空气污染严重的重要原因。基于此，政府制定“煤改电”工程政策。

选择“煤改电”工程为情境，让学生参与相关社会话题的讨论，在“煤改电”工程的分析中学习常见的能源、能源分布与使用等知识；从物质组成的角度分析燃料的组成与燃烧产物之间的联系，深入剖析化石燃料造成环境问题的原因及造成的环境问题，引导学生提出减少污染物排放和提高燃料利用的方法和措施。

2.教学设计思路

以“煤改电”工程作为情境设计4个教学环节，基于问题解决展开教学过程，该节课的教学设计思路如图1所示。

3.教学过程

[课前准备]将学生分为8个小组，根据以下问题进行资料的收集和整理。

（1）“煤改电”工程的内容及价值。

（2）大气污染物导致的环境问题。

（3）我国能源矿产分布情况。

（4）不同时期的能源发生了什么变化？

（5）有哪些常见能源？各种能源有哪些优缺点？

可供参考网站：国家统计局、中华人民共和国自然资源部、世界能源署、国家能源署。

环节一：剖析“煤改电”工程

[情境导入]2017年，中国国家发展和改革委员会发布《中国北方冬季清洁采暖工作计划》，制定“煤改电”政策。

[教师]什么是“煤改电”政策？结合查找的资料和表2中的数据分析，为什么要实行“煤改电”政策？

[課件展示]京津翼地区2017年与2021年大气六项污染物浓度报告表，见表2。

[评价观测点]通过资料收集与数据分析，了解“煤改电”工程并分析其实施原因，诊断与发展获取和加工信息的自主学习能力。

[随机小组1-2]相互补充回答，教师总结：“煤改电”工程是指以煤炭为燃料的传统锅炉更换为以电为主的锅炉。通过表2可以直观地看到：实施“煤改电”工程后，2021年空气污染物浓度较2017年有明显降低。燃煤取暖会产生大量空气污染气体，而“煤改电”工程将煤换成电，电比煤更清洁，大气污染物浓度会降低。

[教师]煤是我国目前最主要的能源之一，煤是怎么形成的？煤直接燃烧的产物有哪些？大量燃煤对环境造成什么影响？基于以上分析“煤改电”工程的意义。

[视频展示]自然界中煤的形成。

[评价观测点]从元素组成和变化角度分析煤燃烧的产物及其影响，树立化学观念；从环境保护与人体健康多角度剖析“煤改电”工程的意义，诊断和发展学生的证据推理、构建模型并推测物质及其变化的思维能力。

[随机小组3-5]相互补充回答，教师总结：煤直接燃烧的产物可能为CO、CO2、SO2、NO2、炭黑、飞尘（PM2.5和PM10）等。CO2会导致温室效应，SO2和氮氧化物会造成酸雨，PM2.5和PM10会导致雾霾，造成可见度减低，吸入会滞留于末端细支气管与肺泡中，造成健康问题、CO气体有毒，吸入对人体健康有害。

[教师补充]大量燃煤会产生的大气污染物会导致许多环境问题，“煤改电”工程有利于环境保护。同时促进能源结构转型，提供了除传统的煤炭为主外的另一种能源运输体系。

环节二：初探“能源”

[教师]除了煤，生活中还有哪些常见的能源呢？结合图表分析我国的能源状况。

[评价观测点]通过能源储量和分布图表的分析，获取我国能源现状，诊断与发展获取和加工信息的能力。

[课件展示]中同能源矿产储量（见表3）及中国主要能源矿产分布图（如图2所示）。

[随机小组6-7]相互补充回答，教师总结：常见能源有石油、天然气、太阳能、风能、氢能、电能等。我国能源矿产储量较为丰富，煤主要分布在华北和西北地区，石油和天然气主要分布在东北、华北和西北地区。能源分布从整体上可以总结为：能源矿产资源较为丰富，但资源结构不理想且分布不均。

[教师]发展离不开能源，我们如何克服能源分布不均的问题？我国采取了哪些措施？

[评价观测点]通过信息技术了解我国相关的能源措施，拓展学生知识面，诊断和发展学生使用科学方法、利用信息加工自主学习的能力。

[随机小组8]学生回答，教师总结：各地区可根据地区能源分布情况，因地制宜。我国针对能源采取“西气东输”、“西电东送”等工程。

[拓展]“西气东输”与“西电东送”工程。

环节三：再探“能源”

[课件展示]古代厨具与现代厨具（图略）。

[教师]通过查阅资料，常见能源的使用经历r怎样的变迁历程，绘制能源变迁图，并根据不同分类标准对常见能源进行分类。

[评价观测点]通过信息技术知道常见的能源类型并进行分类，梳理能源变迁历史，思考能源种类变迁原因，发展学生的想象力和探究欲，诊断和发展学生分类、归纳及模型建构的能力；小组讨论完成能源分类，诊断和发展学生沟通交流、合作解决问题的能力。

[随机学生1-2]相互补充回答，教师总结：从能源类型来看：能源的变化从木材到煤炭、石油、蜡烛，近代还有了电能、天然气，继续发展了氢能、太阳能、风能、水能等等。从使用方式来看：刚开始的能源是直接取用，比如：煤炭、木材等；随着社会发展，人们能对能源进行加工，能源的区域方式转变为间接取用，比如：煤气、电能。

[课堂任务1]绘制能源类型变迁图（如图3所示）。

[教师活动]结合学生作品，引导学生概括性画出能源变迁图（如图4所示）。

[课堂任务2]按能源的利用、是否可再生、一次能源还是二次能源给化石燃料、电能、氢能、太阳能、风能、水能、潮汐能等能源做一个分类。

[讨论与总结]小组讨论后，教师与学生一起完成能源的分类（见表4）。

[课件展示]2012年-2021年中国能源结构图与清洁能源占比图（如图5所示）。

[教师]分析能源消费结构图与清洁能源占比图，又可以发现什么呢？

[随机学生3]学生回答，教师总结：分析能源消费结构与清洁能源占比图可得：化石燃料使用的占比逐年减少，清洁能源比重不断增加，能源的使用越来越绿色化。

[教师追问]不同能源都有什么优缺点？分析能源的使用发生变化的原因。

[评价观测点]通过资料了解不同能源的优缺点，结合图表分析我国能源消费情况，基于事实分析能源种类变化的原因，树立性质决定用途的化学观念，发展与诊断学生信息处理能力、批判能力与创新思维，形成可持续发展的正确认识。

[随机小组3，5]相互补充回答，教师总结：木柴、秸秆等燃料易获取、污染较小，但存在能量低、种植需要大面积土地的缺点。化石燃料易储存和运输、经济实惠，但属于不可再生能源，大量使用容易污染环境，导致温室效应、酸雨等环境问题。天然气相对煤和石油更环保，但气源少，易发生爆炸、窒息等危险。电能可以通过火力、水力、风力等形式转化，具有转化方便、能源清洁、输送安全等优点，但使用过程容易发生事故、家庭储存不方便。氢能、太阳能属于清洁能源，对环境友好，但是存在制取、储存、运输问题未解决，所以没有大范围使用。

[教师]从储量、开发、运输、环境保护等方面多角度对学生汇报内容进行汇总，总结能源的优缺点。

环节四：问题与应用

[课件展示]我国煤和油的进出口情况图（如图6所示）。

[教师]从我国煤炭、油的进出口情况图中可以发现了什么？

[讨论回答]我国每年能源进口量逐年递增。

[教师追问]我国煤炭、石油、天然气储量在世界前列，为什么还要进口这么多？

[评价观测点]通过材料分析，在解决能源问题的过程中诊断和发展学生的质疑能力与证据推理的科学思维，培养学生的发散思维。

[随机小组4]我国煤、石油储量总量多，但人均能源占有量低于世界平均水平；随着中国人口的增长、城市化进程的加快以及工业化的发展，中国的能源消耗也在持续上升，我国能源储量有限，且化石燃料属于不可再生能源，因此需要不斷进口能源。

[教师追问]通过数据、图标分析，发现我国能源短缺问题，应如何解决？

[课后任务]搜集资料，寻找解决我同能源使用与环境保护问题的对策。

[评价观测点]利用信息技术，结合现有的知识经验，以小组合作的形式对“能源的使用与环境保护”问题提出相应的建议。在此过程中诊断和发展学生团队协作、沟通交流、合作解决问题的能力，发展学生科学态度与责任核心素养，培养学生的责任担当。

[教师引导]问题解决首先了解导致问题出现的因素，接着分析因素间关联及可能发生的变化，再从“因”人手寻找解决“果”的对策，最后付诸行动。结合所学，请同学们课后思考以下问题：针对我国能源短缺问题我们应该怎么做？能源的使用与环境问题息息相关，怎么处理好发展与环境问题？我们能做什么？

[评价观测点]设计意图：通过对比我国煤和石油的储量及进口量，制造矛盾冲突，引导学生查询文献解释原因，得出我国能源短缺的现状，并结合所学知识，小组合作思考能源使用和环境保护对策。

五、结论与反思（略）

通讯联系人：张晓凤

E-mail：xfz@fjnu.edu.cn

（收稿日期：2024-01-31）