基于真實(shí)情境的高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)重構(gòu)
———以“汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)”專(zhuān)題復(fù)習(xí)教學(xué)為例

◇ 北京 賀 新

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“課程標(biāo)準(zhǔn)”)明確提出,真實(shí)、具體的問(wèn)題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái),為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì).因此,落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的課堂教學(xué),要求教師積極創(chuàng)設(shè)真實(shí)且富有價(jià)值的問(wèn)題情境,比如“汽車(chē)尾氣及其危害”以及尾氣處理的問(wèn)題,通過(guò)具體的問(wèn)題解決任務(wù),促使學(xué)生查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究等,在問(wèn)題解決過(guò)程中提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

傳統(tǒng)的高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)往往采用平鋪直敘的復(fù)習(xí)方式.教師引領(lǐng)學(xué)生將相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整合之后,即進(jìn)入習(xí)題訓(xùn)練.高三復(fù)習(xí)課普遍存在以下問(wèn)題：考點(diǎn)清單化,知識(shí)習(xí)題化;模式單一化,知識(shí)碎片化;課堂去情境化,能力應(yīng)用薄弱化等.長(zhǎng)此以往,將導(dǎo)致知識(shí)和考題兩張皮,降低學(xué)生對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣,不利于落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

1 問(wèn)題背景

課程標(biāo)準(zhǔn)在每一主題下基本都提供了“情境素材建議”,這為教師設(shè)計(jì)基于真實(shí)情境的教學(xué)提供了豐富的教學(xué)資源,有利于教師在日常設(shè)計(jì)教學(xué)情境的時(shí)候進(jìn)行參照.然而,高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)與新授課的教學(xué)不同,復(fù)習(xí)課的教學(xué)要與高考對(duì)接,沒(méi)有直接的教材參照,并且知識(shí)整合程度大,對(duì)學(xué)生高階能力的發(fā)展有進(jìn)一步的要求.因此,高三復(fù)習(xí)教學(xué)中所使用的情境素材要更貼近真實(shí)世界,更注重知識(shí)和能力的綜合運(yùn)用,這需要教師在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)情境設(shè)計(jì)的再創(chuàng)造.已有研究中,PISA 測(cè)試的試題往往是用一個(gè)情境包含若干問(wèn)題,這既將問(wèn)題的解決考查寓于情境中,又減少了學(xué)生閱讀信息所花費(fèi)的時(shí)間.借鑒PISA 測(cè)試的這一理念,在復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重選擇和應(yīng)用與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的情境,讓學(xué)生在情境中學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí),避免過(guò)多的簡(jiǎn)單記憶與習(xí)題訓(xùn)練,引導(dǎo)學(xué)生逐步學(xué)會(huì)在新情境下解決問(wèn)題.

在高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí)階段,借助“汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)”這一情境進(jìn)行專(zhuān)題復(fù)習(xí),將高中選修的化學(xué)與社會(huì)、化學(xué)與技術(shù)主題模塊相結(jié)合,能夠讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)和感受化學(xué)反應(yīng)原理在技術(shù)創(chuàng)新中的價(jià)值.從技術(shù)的視角看,汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)與選修的化學(xué)與社會(huì)、化學(xué)與技術(shù)屬于綜合性的主題,既與化學(xué)學(xué)科相關(guān),又同時(shí)聯(lián)系社會(huì)、聯(lián)系生活實(shí)際.選擇這樣的綜合主題,既有利于提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力,又符合高考對(duì)學(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息,分析和解決化學(xué)問(wèn)題能力的測(cè)試要求.

2 教學(xué)思路與過(guò)程

心理學(xué)研究表明,學(xué)生的抽象邏輯思維能力在高中階段到達(dá)成熟期,一般到高三趨近高峰,這就為教師在設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)提出學(xué)生能力素養(yǎng)發(fā)展上的高水平要求提供了前提.“汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)”,這個(gè)話題離學(xué)生既近又遠(yuǎn),“汽車(chē)尾氣”近,而“技術(shù)”遠(yuǎn),如何將遠(yuǎn)的“技術(shù)”和學(xué)生拉近,這是本節(jié)教學(xué)存在的難點(diǎn).綜合上述情境選擇、學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生發(fā)展這3 個(gè)方面的分析,設(shè)計(jì)了如下“汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)”專(zhuān)題復(fù)習(xí)教學(xué).

2.1 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

在選擇和設(shè)計(jì)情境、進(jìn)行學(xué)科和學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與困難分析的基礎(chǔ)上,教師設(shè)計(jì)了“汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)”專(zhuān)題復(fù)習(xí)教學(xué)目標(biāo),包括：

1)明確在汽車(chē)尾氣的產(chǎn)生和凈化中涉及的化學(xué)反應(yīng),深刻體會(huì)物質(zhì)變化是有條件的,每一次技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新都是基于化學(xué)反應(yīng)原理的.

2)能夠運(yùn)用已有的反應(yīng)原理方面的知識(shí)和能力,對(duì)汽車(chē)尾氣處理的相關(guān)技術(shù)作出合理的分析和評(píng)價(jià),在此基礎(chǔ)上感受和認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)原理在技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中的意義和價(jià)值.

3)發(fā)展從提供的文獻(xiàn)中提取有用的化學(xué)信息,運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)分析、綜合、比較、論證和解決實(shí)際化學(xué)問(wèn)題的能力.

4)關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感.

2.2 教學(xué)整體思路設(shè)計(jì)

課程運(yùn)用“汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)”這樣真實(shí)的情境,將氧化還原和相關(guān)的反應(yīng)原理等化學(xué)知識(shí)“包裝”起來(lái),教師選擇汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)包含化學(xué)反應(yīng)原理和技術(shù)這樣綜合的主題,不僅有利于學(xué)生將已有的原理和技術(shù)方面的知識(shí)學(xué)以致用,而且在思考并回答教師圍繞汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)設(shè)置的層層遞進(jìn)的問(wèn)題過(guò)程中,引導(dǎo)學(xué)生從教師提供的文獻(xiàn)資料中提取有用的化學(xué)信息,對(duì)汽車(chē)尾氣處理的相關(guān)技術(shù)作出合理的分析、比較和評(píng)價(jià),學(xué)生能深刻體會(huì)到,物質(zhì)變化是有條件的.讓學(xué)生關(guān)注到與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,這樣的教學(xué)大大增強(qiáng)了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感,同時(shí)在解決問(wèn)題的過(guò)程中將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力,把能力逐漸內(nèi)化為學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng).

2.3 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

課程通過(guò)設(shè)置4個(gè)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：汽車(chē)尾氣的成分及產(chǎn)生的原因是什么? 減少汽車(chē)尾氣可以采取的途徑有哪些? 尾氣有沒(méi)有更徹底的去除方法? 使用新能源汽車(chē)是否絕對(duì)環(huán)保,不帶來(lái)任何環(huán)境污染問(wèn)題?讓學(xué)生既明確了汽車(chē)尾氣的產(chǎn)生和凈化中涉及的化學(xué)反應(yīng),同時(shí),深刻體會(huì)到物質(zhì)變化是有條件的,認(rèn)識(shí)到每一次技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新都是基于化學(xué)反應(yīng)原理.上述這4個(gè)問(wèn)題分別對(duì)應(yīng)了課程所蘊(yùn)含的問(wèn)題解決過(guò)程,即提出問(wèn)題、解決問(wèn)題、深化問(wèn)題和總結(jié)反思.

1)提出問(wèn)題

[教師]展示圖片,汽車(chē)的快速發(fā)展為人們帶來(lái)極大便利的同時(shí),也給環(huán)境帶來(lái)了污染問(wèn)題.

問(wèn)題1：汽車(chē)尾氣的成分及產(chǎn)生的原因是什么?

[學(xué)生]看、聽(tīng)、思考、討論并回答：在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料的不完全燃燒產(chǎn)生HC(碳?xì)浠衔?簡(jiǎn)稱(chēng)為HC,下同)/CO,以及C等固體顆粒;同時(shí)在電火花的作用下,空氣中的N2和O2反應(yīng)產(chǎn)生NOx;另外,在尾氣的處理裝置中,發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的CO、HC、NOx等氣體沒(méi)有完全被凈化.

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生熟悉的汽車(chē)出發(fā),讓學(xué)生切實(shí)感受到汽車(chē)在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)也給環(huán)境帶來(lái)了污染,并從尾氣產(chǎn)生的源頭即發(fā)動(dòng)機(jī)及后續(xù)處理裝置兩個(gè)視角思考尾氣產(chǎn)生的原因;初步感知這些污染問(wèn)題可以用化學(xué)的方法加以處理和解決.

2)解決問(wèn)題

[教師]根據(jù)尾氣產(chǎn)生的成因提出問(wèn)題.

問(wèn)題2：減少汽車(chē)尾氣可以采取的途徑有哪些?

[學(xué)生]學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)思考并回答：首先可選用新能源汽車(chē)、清潔燃料汽車(chē).

[教師]追問(wèn)：尾氣在發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生,能否從發(fā)動(dòng)機(jī)入手減少尾氣的生成?

[教師]展示圖片：廢 氣 再 循 環(huán) 技 術(shù)(EGR)(如圖1).

[學(xué)生]簡(jiǎn)單描述廢氣再循環(huán)技術(shù)的原理及優(yōu)缺點(diǎn).優(yōu)點(diǎn)是：顯著降低了NOx的濃度.缺點(diǎn)是：燃燒不充分,CO、HC增多.

[教師]追問(wèn)：稀薄燃燒技術(shù)是一項(xiàng)能夠減少汽車(chē)尾氣的新技術(shù),它的優(yōu)勢(shì)是什么?

圖1 廢氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)

[教師]展示資料：稀薄燃料技術(shù).

[學(xué)生]閱讀、分析,回答：燃燒效率高,經(jīng)濟(jì)性好,降低汽車(chē)尾氣污染.

[教師]小結(jié)：解決尾氣,可以從產(chǎn)生的“源頭”發(fā)動(dòng)機(jī)入手.第一,換發(fā)動(dòng)機(jī)(比如電動(dòng)車(chē))或使用清潔燃料;第二,調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)(空燃比),還有廢氣再循環(huán)技術(shù)或稀燃技術(shù).另外,增加尾氣處理裝置.

[教師]展示圖片：三元催化器(如圖2).

圖2 三元催化器

[學(xué)生]簡(jiǎn)單描述三元催化器的原理及優(yōu)缺點(diǎn).優(yōu)點(diǎn)是：空燃比恰當(dāng)?shù)臈l件下,降低了CO、HC、NOx的濃度.缺點(diǎn)是：CO、HC、NOx依然存在.

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生運(yùn)用已有的氧化還原等反應(yīng)原理,即尾氣中CO、HC 需要氧化劑加以消除,NOx則需要還原劑來(lái)消除,初步建立起分析和解決尾氣問(wèn)題的視角.進(jìn)而對(duì)汽車(chē)尾氣處理的相關(guān)技術(shù)作出合理的分析和評(píng)價(jià),在此基礎(chǔ)上感受和認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)原理在技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中的意義和價(jià)值.

3)深化問(wèn)題

[教師]根據(jù)對(duì)尾氣成因及已有方法優(yōu)缺點(diǎn)的分析提出問(wèn)題.

問(wèn)題3：尾氣有沒(méi)有更徹底的去除方法?

[教師]展示資料：選擇性催化還原(SCR)技術(shù).

選擇性催化還原(SelectiveCatalyticReduction,SCR)是指排氣中本身有還原性質(zhì)的有機(jī)物如烴類(lèi)或另外添加還原劑(氨氣或是尿素的水溶液等),在氮氧化物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排氣中氧氣濃度的情況下,利用催化劑的催化作用,高選擇性地優(yōu)先將氮氧化物還原為氮?dú)獾募夹g(shù).

SCR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵在于選取合適的催化劑和還原劑.目前應(yīng)用的還原劑主要為各種氨類(lèi)物質(zhì)(如尿素、氨氣等)和各種烴類(lèi)等.早在20世紀(jì)60年代,以NH3作為還原劑的選擇性催化還原技術(shù)(NH3-SCR)就得到了應(yīng)用,但是氨存在強(qiáng)刺激性與毒性,因而以尿素(32.5% 的尿素水溶液)代替氨選擇性催化(Urea-SCR)還原柴油機(jī)排氣中的NOx成為研究者更為普遍的選擇.尿素進(jìn)入尾氣中會(huì)反應(yīng)釋放出氨氣,氨氣在催化劑的作用下會(huì)優(yōu)先選擇與NOx發(fā)生反應(yīng)從而減少尾氣中的NOx排放.但是SCR 系統(tǒng)容易造成氨氣的泄漏,因此最后經(jīng)常會(huì)加裝氧化裝置將多余的氨氣去除(如圖3).

圖3 選擇性催化還原(SCR)技術(shù)

采用NH3對(duì) NOx的選擇性還原,是SCR 技術(shù)消除一些固定源中氮氧化物污染(如發(fā)電廠排放的氮氧化物)的一項(xiàng)較為成熟的技術(shù),但是在發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用有自身明顯的缺點(diǎn)：該技術(shù)需要更大的安裝空間;氨氣本身具有極強(qiáng)的腐蝕性,容易造成設(shè)備的損壞,從體積和成本方面考慮,該系統(tǒng)均不利于在小型汽油機(jī)上應(yīng)用.

[學(xué)生]閱讀、思考并回答：SCR 技術(shù)可有效去除稀燃尾氣中的NOx.

[教師]追問(wèn)：SCR 技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)與不足?

[學(xué)生]優(yōu)勢(shì)是可有效去除稀燃尾氣中的NOx,但占用空間大、設(shè)備維護(hù)成本高,不適合小型汽油車(chē)使用.

[教師]追問(wèn)：能否同時(shí)去除CO、HC、NOx?

[教師]展示資料：NOx存儲(chǔ)還原(NSR)技術(shù).

NOx存儲(chǔ)還原(NOxStorage/Reduction,NSR)技術(shù),指調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)使其處于稀燃和濃燃周期性交替的工作方式,尾氣處理裝置在稀燃期吸附NOx,在濃燃期脫附存儲(chǔ)的NOx并利用尾氣進(jìn)行還原.以已經(jīng)得到商業(yè)化的催化劑Pt/BaO/Al2O3為例,反應(yīng)機(jī)理如圖4所示(圖中R 為還原性氣體).

圖4 NOx 存儲(chǔ)還原(NSR)技術(shù)

其氮氧化物存儲(chǔ)還原過(guò)程主要為：在稀燃條件下,NO 在貴金屬Pt上被氧化成NO2,NO2與相鄰堿性組分BaO 反應(yīng)生成亞硝酸鋇Ba(NO2)2或硝酸鋇Ba(NO3)2而儲(chǔ)存起來(lái);在富燃條件下硝酸鹽或亞硝酸鹽分解,釋放出NOx,被HC、CO 和 H2等還原劑還原為氮?dú)?

在存儲(chǔ)還原過(guò)程中主要發(fā)生的反應(yīng)如下,反應(yīng)方程式中的M 表示金屬元素.

由于發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于濃燃時(shí)間,NSR 能兼具稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)高能效和SCR 技術(shù)低排放的優(yōu)點(diǎn).

[學(xué)生]閱讀、思考并回答：NSR 技術(shù)能兼具稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)高能效和SCR 技術(shù)低排放的優(yōu)點(diǎn).

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生深刻意識(shí)到物質(zhì)變化是有條件的.學(xué)生從提供的文獻(xiàn)中提取有用的信息,辯證地分析和解決尾氣問(wèn)題的原理方法及技術(shù)途徑,提升學(xué)生運(yùn)用相關(guān)知識(shí)綜合分析、比較和論證解決實(shí)際化學(xué)問(wèn)題的能力.

4)總結(jié)反思

[教師]小結(jié)汽車(chē)尾氣凈化的方法,提出問(wèn)題.

問(wèn)題4：使用新能源汽車(chē)是否絕對(duì)環(huán)保,不帶來(lái)任何環(huán)境污染問(wèn)題?

[學(xué)生]思考：新能源汽車(chē)制造、回收過(guò)程中的污染問(wèn)題不能忽視.

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生持續(xù)關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的問(wèn)題,增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感.

3 教學(xué)反思與啟示

在高三第一輪復(fù)習(xí)課上,如何將汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展歷程這一真實(shí)情境用好? 如何讓學(xué)生在進(jìn)一步應(yīng)用并鞏固核心知識(shí)的同時(shí),關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,提升解決問(wèn)題的能力;促進(jìn)模型認(rèn)知、創(chuàng)新意識(shí)、社會(huì)責(zé)任等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)?

在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施中,教師嘗試運(yùn)用驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題,將尾氣凈化工作原理直觀化,并整合相關(guān)文獻(xiàn)素材等策略進(jìn)行了教學(xué)難點(diǎn)的突破.

3.1 創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題情境,提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題是那些事先設(shè)計(jì)的、能夠推動(dòng)課堂教學(xué)進(jìn)行的、促進(jìn)學(xué)生思考與探究活動(dòng)開(kāi)展的問(wèn)題.好的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題應(yīng)該具有可行性、有價(jià)值、情境化、有意義、可持續(xù)性的特點(diǎn).在課堂教學(xué)中運(yùn)用驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題,不僅可以提高學(xué)習(xí)興趣,保持注意力的穩(wěn)定,促進(jìn)思維的發(fā)展,更重要的是可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí),如何思考,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí).課程首先通過(guò)展示汽車(chē)的快速發(fā)展圖片,從學(xué)生熟悉的汽車(chē)出發(fā),讓學(xué)生切實(shí)感受到化學(xué)在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)也給環(huán)境帶來(lái)了污染問(wèn)題,很自然地提出問(wèn)題1：汽車(chē)尾氣的成分及產(chǎn)生的原因是什么? 此問(wèn)題旨在讓學(xué)生關(guān)注化學(xué)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,引發(fā)學(xué)生的思考.在此基礎(chǔ)上提出問(wèn)題2：減少汽車(chē)尾氣可以采取的途徑有哪些? 以此問(wèn)題調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),讓學(xué)生運(yùn)用已有的原理和技術(shù)方面的知識(shí)和能力,回答可以從發(fā)動(dòng)機(jī)和尾氣處理兩個(gè)方面解決.問(wèn)題3的提出是在學(xué)生提到的三元催化轉(zhuǎn)化尾氣裝置之后,在人教版《選修1》中簡(jiǎn)單敘述了汽車(chē)三元催化轉(zhuǎn)化的工作原理,因此學(xué)生提到三元催化轉(zhuǎn)化是在情理之中,但是學(xué)生的認(rèn)識(shí)是不深入的、模糊的.首先,學(xué)生會(huì)認(rèn)為CO、HC、NOx在三元催化轉(zhuǎn)化裝置中同時(shí)發(fā)生了反應(yīng);其次,學(xué)生會(huì)認(rèn)為經(jīng)過(guò)三元催化轉(zhuǎn)化之后的氣體“清潔”了.鑒于此,利用三元催化轉(zhuǎn)化裝置工作原理示意圖進(jìn)行分析和講解,盡管在催化劑催化作用下提高了CO、HC、NOx等氣體的轉(zhuǎn)化效率,但是CO、HC、NOx并不能完全轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的氣體.在此基礎(chǔ)上自然就會(huì)提出問(wèn)題3：尾氣有沒(méi)有更徹底的去除方法?以及能否同時(shí)去除CO、HC、NOx? 最后提出問(wèn)題4：使用新能源汽車(chē)是否絕對(duì)環(huán)保,不帶來(lái)任何環(huán)境污染問(wèn)題? 這4個(gè)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)了學(xué)生深入思考,并運(yùn)用已有的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行分析、比較和論證,進(jìn)而提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力,提高化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

3.2 利用直觀化的圖片情境,提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力

“汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)”,離學(xué)生既近又遠(yuǎn),“汽車(chē)尾氣”近,而“技術(shù)”遠(yuǎn),如何將遠(yuǎn)的“技術(shù)”和學(xué)生拉近?在課堂中教師將尾氣凈化技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展歷程中涉及的工作原理,利用示意圖將裝置工作原理直觀化,有效地將“遠(yuǎn)”的技術(shù)與學(xué)生拉“近”,不斷深化學(xué)生的認(rèn)識(shí),提升學(xué)生模型認(rèn)知的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).課程共展示了四次技術(shù)改進(jìn)時(shí)涉及的工作原理示意圖,分別是廢氣再循環(huán)技術(shù)(圖1)、三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)(圖2)、選擇還原(SCR)技術(shù)(圖3)、儲(chǔ)存還原(NSR)技術(shù)(圖4),每一次展示的示意圖各有側(cè)重.廢氣再循環(huán)技術(shù),結(jié)合工作原理裝置圖在簡(jiǎn)單介紹原理后,帶著學(xué)生一起觀察分析廢氣再循環(huán)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),為后續(xù)尾氣凈化技術(shù)的分析和評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ).利用三元催化轉(zhuǎn)化裝置工作原理示意圖,是為了消除學(xué)生不清晰的認(rèn)識(shí),讓學(xué)生明確是NOx在Rh的催化下先還原并釋放N2和O2,而CO 和HC 等氣體是在Pd和Pt的催化下,結(jié)合O2發(fā)生了氧化反應(yīng),最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O,這樣的分析和講解有利于幫助學(xué)生深刻地認(rèn)識(shí)和體會(huì)到物質(zhì)變化是有條件的.選擇還原(SCR)技術(shù)工作原理示意圖的呈現(xiàn),一方面是為了幫助學(xué)生理解文獻(xiàn)資料中描述的工作流程和原理,另一方面是為了幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)選擇還原(SCR)技術(shù)中的一些不足,為后續(xù)儲(chǔ)存還原(NSR)技術(shù)的提出埋下伏筆.最后儲(chǔ)存還原(NSR)技術(shù)工作原理示意圖的呈現(xiàn),不僅可以讓學(xué)生更好地結(jié)合已有的氧化還原等原理分析、理解此項(xiàng)技術(shù),而且在前面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,自然而然會(huì)對(duì)汽車(chē)尾氣處理的相關(guān)技術(shù)作出綜合的、全面的、合理的分析和評(píng)價(jià),在此基礎(chǔ)上深刻地感受和認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)原理在技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中的意義和價(jià)值.

3.3 運(yùn)用文獻(xiàn)資料情境,提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力

課程多次引入汽車(chē)尾氣凈化技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展歷程的文獻(xiàn)資料,教師課前將相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行了整合,為幫助學(xué)生解決汽車(chē)尾氣處理的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題,并對(duì)相關(guān)技術(shù)作出合理的分析、比較和評(píng)價(jià),為切實(shí)提升學(xué)生解決真實(shí)問(wèn)題的能力提供了素材.教師提出問(wèn)題：“減少汽車(chē)尾氣可以采取的途徑有哪些?”學(xué)生回答可以從發(fā)動(dòng)機(jī)和尾氣處理兩個(gè)方面解決,提出從“源頭”發(fā)動(dòng)機(jī)入手,選用新能源汽車(chē)、清潔燃料汽車(chē)等方案.在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上,教師利用文獻(xiàn)資料適時(shí)補(bǔ)充廢氣再循環(huán)技術(shù),結(jié)合工作原理裝置圖在簡(jiǎn)單介紹原理后,帶著學(xué)生一起觀察分析廢氣再循環(huán)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),為后續(xù)尾氣凈化技術(shù)的分析和評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ).在教師深入追問(wèn)“尾氣有沒(méi)有更徹底的去除方法?”和“能否同時(shí)去除CO、HC、NOx?”時(shí)采用這樣的教學(xué)方法,即為學(xué)生提供必要的文獻(xiàn)素材和裝置工作原理示意圖,通過(guò)學(xué)生的閱讀以及師生、生生間的討論,結(jié)合之前課上講解廢氣再循環(huán)技術(shù)和稀燃技術(shù)時(shí)的鋪墊,讓學(xué)生主動(dòng)建構(gòu),形成解決問(wèn)題的思路.學(xué)生能夠根據(jù)文獻(xiàn)來(lái)分析、闡釋數(shù)據(jù),得出結(jié)論,并能識(shí)別科學(xué)文獻(xiàn)中的假設(shè)、證據(jù)和推理是科學(xué)地闡釋數(shù)據(jù)和證據(jù)能力的重要表現(xiàn).高三復(fù)習(xí)課的功能定位,不僅要幫助學(xué)生整合原有的知識(shí),更重要的是能夠從提供的文獻(xiàn)情境中提取有用的化學(xué)信息,運(yùn)用已有的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行分析、比較和論證,進(jìn)而逐漸形成解決實(shí)際問(wèn)題的能力.