基于核心素養“科學態度與社會責任”的教學設計
——以人教版必修二“自然資源的開發利用”為例*

李國偉，龍世佳，劉 敏，汪鵬霞

(天水師范學院 化學工程與技術學院，甘肅 天水 741001)

近年來，在《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》 (以下簡稱“2020修訂版課標”)的實施過程中，在普通高中化學教學環節，教師的教學重點放在培養學生化學核心素養之上。學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力[1]。但在實際的教學過程中，“科學態度與社會責任”所依托的課程內容在教學中往往不是教學重點內容，容易被教師忽略。而對于學生的發展來說，培養學生“科學態度與社會責任”核心素養是使學生樹立起遠大志向以及培養學生正確價值觀的重要方式之一。

1 “自然資源的開發利用”教學分析及教學設計

化學是人類利用自然資源和應對自然資源和環境問題的重要科學依據。以金屬礦物、海水、煤、石油等的開發利用為例，了解依據物質性質及其變化以及綜合利用資源和能源的方法[1]。從而使學生樹立“綠色化學”的觀念，培養學生節約資源保護環境的環保意識，以及投身社會主義建設的熱情。

1.1 教學內容分析

“自然資源的開發利用”選自人教版化學必修二第八章“化學與可持續發展”第一節。其位于必修和選擇性必修的銜接位置，本章內容更注重培養學生“科學態度與社會責任”。第一節自然資源的開發利用以金屬礦物、海水資源、化石燃料的綜合運用為切入點[2]，學生能夠更直接的認識化工產品的使用價值，了解與化工相關的環保、發展等問題。使學生充分認識到化學與人類社會息息相關，認識到人如何與自然和諧相處，為什么說化學改變世界。

1.2 學情分析

高一的學生在學習本節課之前已經學習了元素化合物的基本知識，在義務教育階段和必修一已經學習了金屬及其化合物、無機非金屬及其化合物以及簡單的有機化合物。同時學習了氧化還原等反應基本概念，化學簡單原理，有了一定的實驗基礎。對于本節課程的學習提供了理論和實驗基礎。然而現階段學生所學知識零散，對于知識還處于感性認識階段，缺乏規律性和系統性，大多數學生對化學的認識多停留在記憶階段，僅少部分學生有應用化學解決實際問題的能力。此階段的學生面對本節與社會生活緊密聯系的內容，更容易激發起利用化學知識解決實際問題的熱情，通過對生活實際的聯系提高學生利用所學知識解答生活現象的熱情。

1.3 確立教學目標

目標一：通過情境創設讓學生知道自然界中金屬的存在形式，如何進行金屬的冶煉以及冶煉的原理，會寫反應過程中涉及到的的化學方程式。培養學生變化觀念與平衡思想等學科核心素養。通過小組實驗幫助學生掌握鋁熱反應的原理。熟知從海水中提取溴單質的原理，會寫反應中涉及到的化學方程式。使學生認識到化學對于合理利用自然資源方面是極為重要的，培養學生宏觀辨識與微觀探析等學科核心素養。

目標二：通過海水提溴的工藝流程的探究，培養學生科學探究與創新意識等學科核心素養；通過課前查閱資料，小組討論課上匯報等形式使學生進一步了解海水資源的綜合利用，增強學生查閱資料和自學能力，以及小組合作的能力，培養學生協作精神和科學探究意識。

目標三：通過課上展示資料，學生了解自然資源和環境之間的關系，讓學生感受化學知識在海水資源、油氣資源、金屬資源等開發利用中的重要性，增強學生學習化學的動力，提升愛護自然和合理開發利用自然資源的意識，重點培養學生科學態度與社會責任的學科核心素養。通過教學活動培養學生敢于思考的能力，提高學生探究意識，以及培養學生在學習中嚴謹求實的科學態度。

1.4 教學程序設計

教學流程如表1所示。

表1 教學流程

2 教學過程

2.1 環節一：金屬礦物的開發利用

【學習活動一】了解自然界中存在的金屬單質以及金屬化合物的冶煉方法及化學方程式。

【教師提問】日常生活中經常用到金屬制品，請列舉自然界中以游離狀態存在的幾種金屬，其他金屬在自然界中的存在形式？

【學生討論】自然界中以游離狀態存在的金屬有金、鉑等，其他絕大多數金屬以化合狀態存在。

【教師講解】自然界中除金、鉑等金屬以游離態存在與大自然中之外，大多數金屬以化合狀態存在于自然界中，要想利用這些金屬則需要將其從化合物中還原出來，把金屬從其化合物中還原出來的過程在工業上稱為金屬的冶煉。

【提出問題】指出金屬的冶煉方法和金屬的活動性順序的關系？

【學生討論】初中階段學習的置換反應，活潑性強的金屬能把活潑性弱的金屬從其鹽溶液中置換出來。

【教師講解】不同金屬離子的氧化性不同，活潑性弱的金屬，其離子的得電子能力越強，即氧化能力越強，其金屬冶煉越容易；而活潑性強的金屬，其離子得電子能力越弱，冶煉也越難。對于一些不活潑的金屬，可以直接采用加熱法進行提取。

對于一些非?；顫姷慕饘伲I上通常采用電解法冶煉。例如

【教師提問】除了上述兩種方法大家思考是否還有其他的方法進行冶煉？

【學生討論】初中學習過碳還原氧化銅和一氧化碳還原氧化銅，可以在高溫下利用還原劑，將金屬從其化合物中還原出來[3]。

【教師講解】說的不錯，除此之外還可以將金屬氧化物利用熱還原法進行還原，利用活潑金屬做還原劑，在高溫的條件下還原活潑性弱的金屬。例如，可以通過鋁熱反應將金屬鋁從其氧化物中還原出來。此方法可以冶煉活潑性較強難以冶煉的金屬。

【教師補充】自然界中金屬資源有限，冶煉金屬耗能高，有哪些途徑可以合理開發利用金屬資源？

【師生歸納】可以改變金屬冶煉工藝，使金屬的冶煉更加高效，更加節能，還可以回收利用舊金屬，同時還可以用其他環保材料代替金屬材料等。

2.2 環節二：海水資源的開發利用

【學習活動二】回顧海水淡化實驗，知道海水淡化的意義以及知道如何從海水中提取溴單質。

【教師提問】初中階段大家做過的哪個實驗可以完成海水的淡化？

【學生討論】蒸餾實驗能夠將純凈的水從海水中分離出來。

【教師追問】蒸餾實驗要用到哪些儀器？操作需要注意哪些事項？

【師生回憶】儀器有鐵架臺、鐵圈、燒瓶夾、蒸餾燒瓶、玻璃棒、冷凝管、尾接管、錐形瓶、酒精燈、橡膠塞。

操作時應注意： ①燒瓶需墊石棉網加熱；②常壓蒸餾時，燒瓶中的液體的體積應該在燒瓶容量的1/3到2/3之間；③燒瓶底部需要加幾粒沸石或者碎瓷片，防止液體暴沸；④冷凝管應該先通冷凝水再進行加熱，且應從下口進水上口出水；⑤為了確保蒸餾氣體的純凈，所以水銀球應該位于蒸餾燒瓶支管口處，檢測蒸出氣體的溫度。

【教師講解】除了用蒸餾法外，還可以采用電滲析法和離子交換法等方法實現海水的淡化。海水中富含氯化鈉，可以從中提取氯化鈉。氯化鈉是食鹽的主要成分，除食用外，其還作為工業原料用來生產NaOH、NaCO3、Na、Cl2、HCl等化工用品。根據海水中的主要成分，除了上述作用之外海水還能提取其他的什么化工用品？

【學生討論】還可以提取鎂、鉀、溴等化工產品。

【教師講解】同學說的很對，接下來重點講解海水提溴，海水提溴有氧化、吹出、吸收、蒸餾等環節，請同學們看大屏幕，此為工業提取溴“吹出法”的流程圖。(如圖1所示)

圖1 海水提溴工藝流程

【教師提問】同學嘗試寫出吹出法中涉及到的化學方程式或離子反應方程式。

【學生討論】

【教師鼓勵】同學寫的很對，

第一步已經得到溴單質，為什么還要通入空氣？通入二氧化硫將溴單質還原后再通入氯氣生成溴單質，是否多此一舉？

課下舉一反三通過查閱資料，閱讀書籍等途徑，思考如何從海水中提取鎂以及如何從海帶中提取碘，總結元素可以通過什么途徑來轉化為單質。

2.3 環節三：煤、石油、和天然氣的綜合利用

【學習活動三】知道煤的干餾、天然氣的主要成分和用途以及石油的分餾和裂化。

【教師提問】閱讀課本了解煤炭除了直接燃燒外還有其他什么利用途徑？

【學生活動】閱讀課本小組討論回答：可以采用干餾、氣化和液化的途徑把煤轉化為清潔燃料和多種化工原料。

【教師鼓勵】同學說的的很好，煤的氣化和液化與物理上的氣化、液化是有區別的，煤的氣化使將煤在一定條件下通過與水的反應轉化為可燃性氣體的過程。主要反應為：

【教師講解】煤的液化是將煤轉化為液體燃料的過程，其有兩種方式分別為直接液化和間接液化。

直接液化：煤與氫氣作用生成液體燃料的過程。

間接液化：煤先與水反應生成水煤氣(CO、H2)，然后利用催化劑在一定條件下生成甲醇的過程。

【教師追問】煤除了可以液化之后作為燃料，還可以通過干餾來獲得重要的化工原料，閱讀課本了解煤干餾的主要產品和用途。

【學生活動】閱讀課本，小組討論

【展示表格】展示課本上給出的煤干餾的主要產品和用途(如表2所示)。

表2 煤干餾的主要成分和用途

【教師講解】煤是一種復雜的混合物，其由有機物和少量的無機物組成，煤的組成元素主要為碳元素，同時還含有少量氫、氧、氮、硫等元素。通過干餾可以將煤充分利用且減少對環境的污染。煤的干餾過程為將煤與空氣隔離，然后加熱使其分解。煤干餾的主要產物有焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯、焦爐氣(含H2、CH4及少量CO、CO2、C2H4、N2等)。

【教師提問】天然氣是國內普遍使用一種清潔能源，閱讀課本了解天然氣的主要成分和用途。

【師生總結】天然氣主要成分是甲烷，甲烷的化學式為CH4，其燃燒產物為水和二氧化碳，對環境無污染，所以為清潔能源。作為化工原料主要用于合成氨和生產甲醇。

【學生活動】閱讀教材第103頁“資料卡片”，了解可燃冰的組成及其開發、應用。

【教師提問】同學閱讀課本，小組討論，了解石油的組成以及如何綜合利用？

【學生活動】討論后回答，石油是由多種碳氫化合物組成的混合物，通過分餾可以實現石油的綜合利用。

【教師講解】我們學習到一個新的操作名稱：分餾。分餾是根據混合物中各成分沸點不同，加熱混合液體使各成分從混合物中分離出來，屬于物理變化。石油分餾的原理是加熱石油，沸點低的烴先蒸發，經過冷凝管后液化分離出來，隨著溫度的升高，沸點較高的烴再汽化，經冷凝后又分離出來[4]。但是分餾后含碳原子少的輕質油供不應求，含碳原子多的重油供大于求，因此則需要通過催化裂化將重油裂化為輕質油。

【教師總結】課本給出了重油裂解成為輕質油的過程以及部分用途，同學感興趣的可以課下查閱資料拓展一下石油在生產生活中的用途。

【教師講解】石油工業發展早期，煉油廠的廢氣如乙烯、丙烯等往往被燒掉。現在，這些曾經的廢棄物可用于合成聚乙烯、聚丙烯等合成高分子材料。但這些聚合物很難降解，隨著這些合成材料的大量生產和使用，急劇增加的廢棄物給人類社會造成巨大的環境壓力[5]，例如廢棄的塑料制品會形成“白色污染”。

2.4 總結回顧，樹立環保意識

【學習活動四】總結本節課，重點講解化學與自然資源和社會生活的關系。

【教師總結】通過本節課學習，同學們體會到化學技術的發展對于社會生活的重要性，為我們的生活提供了極大的方便，但是又不可避免地破壞了環境，造成了資源的浪費。習總書記指出綠水青山就是金山銀山，作為新時代社會主義建設者和接班人我們必須要樹立環保意識和服務社會意識。這就要求化學工作者從源頭上控制污染物的排出，尋找綠色化學的工藝。必須培養其青少年的環保意識，并將其付諸行動。

【教師提問】通過本節課我們可以得出哪些節約資源保護環境的措施？

【學生討論】資源回收重復利用；低碳生活，出門騎車或者坐公交車；減少塑料袋的使用；垃圾分類；節約用水等。汽車制造業加大新能源汽車的開發；減少空氣污染物的排放等。

【教師鼓勵】說的很好，希望大家今后的生活中能夠低碳出行，節約資源，保護環境。

3 教學反思

3.1 教學組織效果

通過“自然資源的開發利用”教學設計，根據教學內容，從多方面多角度向學生展示如何合理開發利用自然資源，緊密聯系教材。課堂中利用了提問、討論等方式，充分調動了學生學習的積極性，通過大量實際生產生活中的案例對知識進行講解。教學過程學生小組討論，自己總結，老師進行引導歸納，充分發揮學生在教學活動中的主體地位，教師在教學活動中的主導地位。教學過程中更注重培養學生的能力，同時側重知識的講解，既重知識又重素質。

3.2 重點培養學生“科學態度與社會責任”核心素養

本節課主線是“如何合理的開發利用自然資源”，圍繞這一主線，根據學生現階段對于知識的掌握水平，進行教學設計。在教學過程中重點強調“保護環境” “自然資源的合理利用” “綠色環保”等理念。通過討論生產生活中如何保護環境、如何節約資源培養學生環保意識。最后引導學生思考自己將來步入社會如何從自己的職業出發做到綠色環保。使核心素養深入學生的觀念之中，逐步把科學態度與社會責任內化為學生內在素養。

4 結語

培養學生化學學科核心素養與傳統教授學生書本知識不同，它是一個漫長的過程，需要化學教師從每一節課、每一個細節中培養，如此才能將學生培養成具有高度科學態度和社會責任的新時代共產主義建設者和接班人，達成培養高素質人才的目標。