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狀分析

本節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“防治二氧化硫對環境的污染”。酸雨作為一種常見的生態問題，對社會環境造成了嚴重危害，已引起廣泛關注。本節內容屬于化學與社會發展主題的重要組成，蘊含著科學態度與社會責任的內涵，旨在樹立環境保護的意識，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，筆者發現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參與社會性議題的討論。

二、教學思想與創新點

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，培養學生的社會責任感。［5］這充分體現了“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］的科學態度與社會責任核心素養的培養。

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，在春節期間，“禁燃令”引發了群眾的爭議。有人認為，燃放煙花爆竹是春節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，培養學生的變化觀念、科學態度與社會責任核心素養和可持續發展理念。

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，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境可能帶來的負面影響，增強環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，樹立可持續發展理念，進一步發展科學態度與社會責任核心素養。

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，設計出本節課的教學流程（見圖1）。通過課前確立議題，布置小組作業，指導學生正確使用檢索工具。基于學情，提供文獻資料參考，為學生理解資料、討論和發言奠定基礎；展示煙花爆竹禁放的相關資料，創設真實情境，讓學生發表觀點。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生，全市組織開展“禁炮”統一行動。

［教師］在春節期間，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保問題。你是否支持春節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生安全事故。

［學生2］不支持。理由1：春節期間，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：春節期間，燃放煙花爆竹空氣污染物的污染持續時間較短。化石能源的大量燃燒、機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。現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、穩定劑等，以提高煙花爆竹的穩定性和安全性。［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爆炸，發出聲音，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，提高環保性能。

［教師］低硫或無硫的環保材料逐漸成為環保性煙花的主要材料。不少設計師圍繞綠色、安全、環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，不同的脫硫工業有不同的優缺點和適用條件。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。某電視節目多維度地展示了瀏陽花炮的制作過程、演出形式、創新成果和深厚歷史底蘊。②“中國煙花第一人”蔡國強展現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，應急管理部網站發布：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、依法依規制定當地煙花爆竹禁限放政策，避免“一刀切”全面（全區域、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保問題和安全隱患的考量，這需要政府、企業和個人的共同推進。政府應完善或設立相關法規，發揮監管作用；企業應加強煙花爆竹的科技創新，提高產品質量，提升安全、環保性能；個人應實名登記，控制購買煙花爆竹的數量和規格。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、科學的禁限放規定，采取以政府為主、個人為輔的方式，實現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］師生共同總結本節課所學知識，板節設計如圖4所示。

六、教學反思

素養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、復雜的現實情境，教師在教學中提供支架作用，提供證據和資料，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，有利于培養學生參與社會決策的意識，強化社會責任感，這也體現了科學課程教學的科學性和人文性。本節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調，富有挑戰性，對教師的教學素養能力要求較高。②本節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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