STSE情境教學(xué)與初中化學(xué)課堂的融合
--以“燃料的合理利用與開發(fā)”為例

孫夢涵，王 宇，王繼庫

(吉林師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000)

《義務(wù)教育化學(xué)課程標準》 (2022年版)要求學(xué)生形成化學(xué)觀念、解決實際問題，理解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境(STSE)的相互關(guān)系[1]。這就要求學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用到社會生活中，做到學(xué)以致用。在科技迅速發(fā)展的今天，對環(huán)境造成的負面影響也更加嚴重，教師在授課的過程中應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境保護意識。我國教師傳統(tǒng)的教學(xué)方式多側(cè)重于書本上知識的傳授，割裂了自然科學(xué)與社會科學(xué)之間的聯(lián)系，因此教師應(yīng)該在教學(xué)設(shè)計中創(chuàng)設(shè)科學(xué)的教學(xué)情境，比如在與社會和環(huán)境相關(guān)的問題背景下引導(dǎo)學(xué)生進行對理論知識的學(xué)習。

1 STSE情境教學(xué)的內(nèi)涵

STSE是由Science，Technology，Society，Environment四個單詞的首字母縮寫組成，即科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境。科學(xué)是人類認識世界的基本準則，技術(shù)是人類提高生活質(zhì)量的保障，社會是人類創(chuàng)造與生活的環(huán)境，環(huán)境是社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。STSE教育理念是指在科學(xué)的指導(dǎo)下利用技術(shù)解決社會中存在的問題，同時要注意到對環(huán)境產(chǎn)生的影響。因此，科學(xué)與技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展是解決人類社會面臨像環(huán)境污染等問題和提升社會進步的重要手段。STSE教育是在STS教育的基礎(chǔ)上延伸而來的，將其應(yīng)用于我國中學(xué)教學(xué)，能夠打破應(yīng)試教育帶來的弊端，即只注重書面問題，忽視了將知識與實際生活相聯(lián)系。

情境教學(xué)是為建構(gòu)主義服務(wù)的。建構(gòu)主義認為，學(xué)習是在先前所習得的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上建構(gòu)對新知識的理解，因此學(xué)習理論知識時應(yīng)該與情境化的生活實踐結(jié)合起來，以便于學(xué)習者回想起自己原有的知識經(jīng)驗從而進行知識的建構(gòu)。

將STSE教育理念與情境教學(xué)相結(jié)合，即形成STSE情境教學(xué)。STSE情境教學(xué)是指教師在傳授知識的過程中，將與社會和環(huán)境相關(guān)的問題情境和化學(xué)學(xué)科知識有機結(jié)合，對情境問題探索和研究的過程就是學(xué)生獲得科學(xué)知識的過程，學(xué)生在與生活相關(guān)的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上完成對知識的建構(gòu)。在初中化學(xué)課堂上采用STSE情境教學(xué)法，能夠激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的探究興趣和求知欲，并且能利用所學(xué)的知識解釋實際生活中的現(xiàn)象，認識化學(xué)在解決與環(huán)境、能源、材料、人類健康等相關(guān)問題中的作用，樹立人與自然和諧發(fā)展的綠色發(fā)展觀和科學(xué)發(fā)展觀。

2 教學(xué)設(shè)計

2.1 教材分析

本節(jié)課選自人教版化學(xué)九年級上冊第七單元“燃料及其利用”課題2“燃料的合理利用與開發(fā)”。該課題緊扣單元主題，起到承上啟下的作用，承接上一課題“燃燒和滅火”，同時啟發(fā)學(xué)生進一步學(xué)習有關(guān)燃料的知識以及使用燃料對環(huán)境產(chǎn)生的影響。新課標對本節(jié)課的要求是：結(jié)合實例，在了解化石燃料對社會的重要性的同時知道資源開發(fā)、材料使用和能源利用可能會對環(huán)境產(chǎn)生影響，認識到節(jié)約使用資源以及開發(fā)新能源的重要性，從而樹立環(huán)保意識。

2.2 教學(xué)目標

1)了解化石燃料是重要的自然資源，對其合理開采和節(jié)約使用具有充分的認識。

2)在解決與化學(xué)相關(guān)的社會問題中運用比較、分類、歸納等科學(xué)方法，形成創(chuàng)新意識。

3)明確化石燃料燃燒對環(huán)境產(chǎn)生的負面影響，開發(fā)新能源刻不容緩，培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識，增強社會責任感。

4)深刻理解化學(xué)學(xué)科對促進人類文明和社會可持續(xù)發(fā)展的重要價值，培養(yǎng)學(xué)生在社會生活中應(yīng)用化學(xué)知識解決問題的能力。

2.3 教學(xué)重難點

1)重點：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化；化石燃料及其綜合利用。

2)難點：培養(yǎng)學(xué)生信息加工、獨立思考的能力。

2.4 教學(xué)流程圖

教學(xué)流程圖如圖1所示。

圖1 教學(xué)流程圖

2.5 教學(xué)過程

1)課堂導(dǎo)入

教師：燃料的使用在我們生活中無處不在，比如路上行駛的汽車、家里做飯使用的天然氣等等。本節(jié)課我們就基于生活中的具體情境學(xué)習燃料的合理利用與開發(fā)。

2)課堂講授

教學(xué)環(huán)節(jié)1：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

教師：近幾年流行的自熱火鍋、自熱米飯想必同學(xué)們都吃過，將發(fā)熱包平放入盒子底部，加入一定量的水，兩分鐘左右就會開始冒熱氣。發(fā)熱包里的物質(zhì)是生石灰，主要成分是氧化鈣。

[演示實驗]向生石灰上滴加水

學(xué)生：觀察實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)的過程中溫度計示數(shù)不斷升高，可達 100 ℃。

教師：有新物質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，同時也伴隨著能量的改變。能量變化通常表現(xiàn)為熱量變化。有些反應(yīng)是放熱的，比如鎂與鹽酸反應(yīng)；有些反應(yīng)是吸熱的，比如碳與二氧化碳的反應(yīng)。熱量變化被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，同學(xué)們討論列舉一下有哪些例子。

學(xué)生：用炭火做飯、取暖；燒制陶瓷；利用爆炸拆除破舊建筑等。

設(shè)計意圖：從學(xué)生熟悉的生活中的物品引入，在學(xué)生已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行演示實驗，探究生活中的現(xiàn)象背后的本質(zhì)，這樣學(xué)生對于理論知識會更加容易理解。再類比推理，讓學(xué)生聯(lián)系生活實際進行舉例，加強化學(xué)知識與實際生活的聯(lián)系。

教學(xué)環(huán)節(jié)2：化石燃料的利用

教師：化石燃料包含煤、石油和天然氣，它們是由古代生物遺骸經(jīng)過一系列復(fù)雜變化而形成的，是不可再生能源。

[播放視頻]煤和石油的綜合利用

教師：新疆塔里木盆地的油氣資源十分豐富，在開采原油的同時也會產(chǎn)生大量的天然氣。天然氣的主要成分是甲烷，它有哪些性質(zhì)呢？

[探究實驗]甲烷的燃燒

學(xué)生：甲烷是無色無味的氣體，它的密度小于空氣，在水中很難溶解。觀察實驗現(xiàn)象得出結(jié)論：甲烷能燃燒，產(chǎn)物中有水和二氧化碳生成，推斷出甲烷含有碳、氫兩種元素。

[過渡]人類目前所消耗的能量主要來源于化石能源，但化石能源是不可再生能源，所以如何合理利用與開發(fā)化石能源是一門重要的課題。

教師：吃銅火鍋時可能導(dǎo)致一氧化碳中毒，是什么原因造成的？

學(xué)生：通過討論空氣中的碳的燃燒情況推斷出可能是燃料不充分燃燒所導(dǎo)致的，得出結(jié)論：燃料不充分燃燒不僅產(chǎn)生的熱量減少，浪費資源，而且還會產(chǎn)生大量的一氧化碳等物質(zhì)，污染空氣。

教師：那怎么做可以使燃料充分燃燒呢，請同學(xué)們根據(jù)以下生活中的情境進行推測。在篝火燃燒時，木柴為什么不平放在地上，要架空起來？煉鋼爐煉鋼時為什么要不停地鼓入空氣？煤為什么制作成蜂窩狀？

學(xué)生：討論以上問題，思考使燃料充分燃燒的條件，得出兩點“一是燃燒時要有足夠的空氣，二是燃料與空氣要有足夠大的接觸面”[2]。

設(shè)計意圖：通過對生活中現(xiàn)象的探討來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，引導(dǎo)學(xué)生分析問題的本質(zhì)，提高學(xué)生將理論與實踐相結(jié)合的能力，將科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境進行融合，加深化學(xué)與社會的聯(lián)系。使學(xué)生明白燃料充分燃燒的意義，加強節(jié)約資源、保護環(huán)境的意識。

教學(xué)環(huán)節(jié)3：使用燃料對環(huán)境的影響

教師：隨著科技的迅速發(fā)展，當今世界面臨的環(huán)境問題也愈加嚴重，使用燃料給我們的生活帶來巨大好處的同時也對環(huán)境造成了負面影響。燃料中的一些雜質(zhì)如硫、氮等燃燒時會產(chǎn)生二氧化硫、二氧化氮等氣體，這些氣體或氣體在空氣中反應(yīng)形成的生成物溶于雨水會使雨水呈酸性，叫作酸雨。

[小組討論]酸雨的危害和防治措施

學(xué)生：酸雨會造成水體酸化以及水生動植物的死亡，還會腐蝕金屬與建筑物，破壞土壤和森林，危害人體健康。要想防止酸雨的形成就必須減少向空氣中排放二氧化硫等氣體，可以使用天然氣或者脫硫煤來替代煤，同時還要開發(fā)新能源。

教師：在生活中我們常常呼吁乘坐公共交通工具或者步行來替代駕駛私家車，這是為了減少空氣中汽車尾氣的排放。常見的汽車發(fā)動機以汽油或柴油為燃料，它們?nèi)紵龝r產(chǎn)生的一氧化碳和未燃燒的碳氫混合物等會隨尾氣直接排放到空氣中，對空氣造成污染。請同學(xué)們觀看資料，思考用哪種物質(zhì)可以替代石油燃料減少汽車尾氣的產(chǎn)生呢？

學(xué)生：資料中顯示，將燃料乙醇和普通汽油按照一定比例混合，可以形成乙醇汽油，它屬于可再生能源。用乙醇汽油來替代石油燃料，不僅能夠節(jié)省石油資源，還能降低尾氣排放對大氣造成的污染。除此之外，還可以用壓縮天然氣替代汽油，天然氣的燃燒值比汽油高，可以節(jié)約燃料費用，并且壓縮天然氣不含鉛、苯等致癌物質(zhì)，更加環(huán)保。

設(shè)計意圖：給及學(xué)生背景資料引導(dǎo)學(xué)生探究，增強學(xué)生和同學(xué)之間的討論交流，同時參考資料提出解決措施，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力，增強環(huán)境保護的責任感。

教學(xué)環(huán)節(jié)4：能源的利用和開發(fā)

教師：含碳元素的燃料燃燒時不可避免總會產(chǎn)生一定量的一氧化碳。老師給大家介紹一種不含碳元素的高熱值清潔能源--氫氣。請同學(xué)們閱讀材料，回答氫氣作為原料有哪些優(yōu)點。

學(xué)生：氫氣無毒、極易燃燒且放熱量大，放出的熱量約為同質(zhì)量的汽油的三倍；氫氣有廣泛的來源，可用水作原料，燃燒后只生成水，對環(huán)境沒有污染。

[過渡]除了化學(xué)反應(yīng)，還有哪些途徑可以提供能量呢？

教師：有很多現(xiàn)實生活中存在的現(xiàn)象說明我國能源結(jié)構(gòu)正在向清潔、多元、低碳轉(zhuǎn)型。比如，公園里和路邊有很多風力發(fā)電和太陽能發(fā)電的路燈；2020年長征五號火箭將我國首個火星探測器天問一號送入太空，天問一號使用了太陽能電池板供電；秦山核電站是我國自行設(shè)計建造的第一座核電站；新疆達坂城風力發(fā)電廠是我國最大的風能基地。

學(xué)生：目前正在利用和開發(fā)的新能源種類除了太陽能、風能、核能，還有潮汐能和地熱能等。新能源的利用既可以部分解決化石能源面臨耗盡的問題，又可以減少對環(huán)境的污染。

設(shè)計意圖：使學(xué)生體會到科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境之間的聯(lián)系，即運用科學(xué)知識進一步地提高技術(shù)來解決社會中的環(huán)境問題，體會學(xué)習化學(xué)的魅力與必要性，鞏固樹立生態(tài)文明觀念。

3)課堂深化

教師：講述我國明確提出的2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標。在“雙碳”戰(zhàn)略下，我國將持續(xù)推進低碳綠色發(fā)展，調(diào)整產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)，加強綠色技術(shù)的創(chuàng)新。

學(xué)生：討論并踐行生活中的低碳行為，加大對碳中和的宣傳力度，從生活中的小事做起，節(jié)約資源，在衣食住行等各個環(huán)節(jié)行動起來。

設(shè)計意圖：使學(xué)生了解國家政策，樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念[3]。通過本節(jié)課堂的學(xué)習不僅能夠收獲知識、增長能力，還能培養(yǎng)社會責任感，明確化學(xué)對滿足人民日益增長的美好生活需要作出的重大貢獻[4]。

3 教學(xué)反思

化學(xué)是一門與社會生活息息相關(guān)的學(xué)科，初中化學(xué)教學(xué)應(yīng)該是知識性和生活性相結(jié)合的。本節(jié)課將STSE情境教學(xué)與初中化學(xué)中“燃料的合理利用與開發(fā)”這一課程內(nèi)容相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生通過對生活中的情境討論和研究來學(xué)習理論知識。這種教學(xué)方式能更大程度上滿足義務(wù)教育新課標的要求，能夠加強學(xué)生對抽象的學(xué)科知識的理解，體會學(xué)習化學(xué)的興趣，促進師生和學(xué)生之間的交流討論，讓學(xué)生體會到化學(xué)與社會生活的密切聯(lián)系，促進學(xué)生綜合能力的發(fā)展。