情境化教學在初中化學課堂中的應用

一、教材分析

滬教版九年級化學的第九章“能源的綜合利用”與工業生產和科技進步緊密相連，對學生未來的職業選擇具有重要的啟發作用。鑒于本章內容的獨特性，教師在挑選教學材料時擁有更廣闊的創意空間。教師可以引入前沿科技，以此點燃學生的學習熱情，鞏固他們的學習決心，并培育他們的愛國情感。

二、學情分析

已有認知表現：九年級學生已經能夠理解燃油汽車排放的尾氣對環境造成的污染以及溫室效應的影響，并意識到石油資源的有限性。他們普遍認為電動汽車作為一種零排放的交通工具，是未來汽車發展的理想選擇。然而，學生對汽車能源的理解大多還停留在日常生活經驗上，缺乏深入的科學認識。

發展障礙點：學生在物質轉化和化學反應方面的知識較為零散，缺乏系統性和連貫性。他們往往不能全面地從化學角度審視汽車能源問題，未能認識到汽車動力的來源實質上是通過化學反應實現能量轉換。面對復雜的社會議題，學生往往缺乏將環境、經濟、工程技術以及國家安全等方面因素綜合考慮的能力，自主分析問題和解決問題的能力有待提高，同時，他們的責任感和參與意識也需要進一步加強。

發展潛力與方向：在實際應用場景中，學生需要學會從元素和變化的角度系統地分析問題，掌握從反應物、反應條件到生成物的全面分析方法。學生應秉承可持續發展的理念，對汽車能源的優缺點進行全面評估。此外，學生應積極參與到國家汽車能源發展的問題中，展現出強烈的責任感和主人翁意識，為國家的長遠發展提供自己的見解和建議。

三、教學目標

1.認識燃油汽車的局限性，了解燃油汽車對環境的影響。

2.通過實踐操作，理解太陽能汽車的環保優勢，并通過實驗，學習電池的工作原理及其在汽車中的應用。

3.理解氫氧燃料電池的工作原理及其在新能源汽車中的應用前景。

4.培養學生的環保與創新精神，激發學生的創新思維。

四、教學設計（見圖1）

五、教學過程

引入：目前人們使用的汽車大致分為兩類，一類是燃油車，另一類是新能源電車。同學們，家里汽車是燃油車的舉手，好放下，家里是新能源電車的同學舉手。

過渡：我發現我們班里使用燃油車的家庭更多一些。我們先來看使用最多的燃油汽車。

▲環節一：燃油汽車

教師：燃油汽車以什么為動力呢？大家能說一說燃油汽車的能量轉化形式嗎？

學生：以汽油為動力；化學能轉化為電能。

（教師展示燃油汽車發動機結構圖片。）

這是燃油汽車的發動機，汽油在汽缸里燃燒，燃燒會釋放出熱能使氣體膨脹，帶動曲軸運轉，從而轉化為機械能使汽車動起來。因此能量轉化是化學能先轉化為熱能，再轉化為機械能。

問題1：以汽油為動力的燃油汽車存在的問題有哪些？

學生1：油價高。

學生2：汽油不可再生。

學生3：有污染。

教師：中國有句古話——物以稀為貴，往往因為怎么樣才貴？

學生：稀少才會貴。

教師：汽油是如何形成的？閱讀課本尋找答案。

學生：汽油屬于化石燃料。煤、石油、天然氣統稱為三大化石燃料，它們是在地底下經過很長的時間并在高壓缺氧的環境中形成，屬于不可再生能源。

材料1：汽油常溫下呈液態，其主要成分為碳、氫兩種元素組成的化合物。此外還有含硫化合物、含氮化合物等多種成分。汽油還存在不能充分燃燒的情況，所以尾氣的成分十分復雜。

問題2：汽車燃油后的尾氣可能含有哪些物質？請結合材料1寫出分析過程，具體如表1所示。

總結：通過上面的分析，大家應該感受到了盡管現在大多數人都在使用燃油汽車，但是燃油汽車面臨的能源危機和環境污染問題是我們不能忽視的。因此，為了實現可持續化發展，最好的辦法就是改變現有的能源結構，開發出清潔的新能源。

過渡：大家聽說過的清潔的新能源有哪些呢？

學生：太陽能、地熱能、潮汐能、風能等。

教師：大家說的這些新能源都很好，今天老師給大家介紹的第一種新能源是太陽能。

▲環節二：太陽能小汽車

教師：老師給每個小組都準備了一輛太陽能小汽車，大家仔細觀察小汽車的構造，猜一猜小汽車是依靠什么動起來的呢？

學生：太陽能電池板。

教師：由于教室里沒有辦法直射到太陽，我們可以借助白熾燈來模擬陽光。

活動1：體驗太陽能小汽車

步驟：將太陽能小汽車放置在開闊平坦的地方，撥動開關至Solar Cell Driven檔（第二檔）（見圖2）；連接白熾燈電源，打開開關，近距離照射小汽車（見圖3）。

材料2：盡管太陽輻射到地球大氣的能量僅為其總輻射能量的二十二億分之一，但已高達1.73×1017J·s-1，也就是說太陽每秒照射到地球上的能量相當于燃燒500萬噸優質煤釋放的能量。

問題1：結合材料2，說說太陽能小汽車的優點有哪些？

學生1：清潔、免費、能量高。

問題2：晚上沒有陽光，太陽能汽車靠什么動力繼續行駛？

學生：在太陽能汽車中有某種可充電的蓄電池，白天可通過太陽能轉化為電能對蓄電池充電，晚上蓄電池釋放出電能供汽車繼續行駛。

教師：如果讓你制作一個電池，你需要幾部分呢？

學生：三部分。

問題3：電池的工作原理是什么？

活動2：模擬電池，探究電池的工作原理

步驟：

1.將鎂片和碳片用紅黑夾固定在塑料杯中（注：黑線連接碳片，紅線連接鎂片，鎂片和碳片不能觸碰）（見圖4）。

2.把小車放在開闊平坦的地方，倒入濃鹽水（注：濃鹽水需浸沒導線夾）（見圖5）。

現象：小車動起來了，溶液由無色變為黃色。

解釋：小車動起來是因為產生了電，溶液由無色變為黃色是因為發生了化學變化。

小結：電池是一種將化學能轉化為電能的裝置。

過渡：教師播放我國首列氫氧燃料列車在長春運行的視頻。

▲環節三：氫氧燃料電池小汽車

材料3：氫氧燃料電池是以氫氣為燃料，通過與氧氣發生化學反應，把釋放出的能量轉化為電能的一種裝置。氫氧燃料電池不需要將氫氣和氧氣全部儲藏在電池內，可以由電池外提供。

問題1：依據材料3，說說氫氧燃料電池車利用什么原理產生電能？具體反應是怎樣的？

學生：氫氣與氧氣反應生成水的化學反應。

教師展示氫氧燃料小汽車（見圖6），并解釋小車運行原理。

問題2：氫氧燃料汽車具有哪些優點呢？

學生1：原料為水，資源不受限制。

學生2：生成物為水，產物無污染。

教師：接下來，我們了解一下氫氧燃料電池在我國汽車領域的發展。

（教師播放2022年的綠色冬奧視頻。）

問題3：目前氫燃燃料電池車沒有被大規模應用，造成這種現象的原因有哪些？

學生1：氫氣的存儲量不多、比較危險。

教師：這是從燃料的角度看的，還能從哪些角度來看？

學生2：成本比較高，沒有加氫站。

教師：成本比較高，還是從燃料的角度看的，還有哪些角度呢？大家可以小組討論下。

（學生討論。）

教師：好了，老師帶領大家一起了解下阻礙我國氫氧燃料電池發展的幾座大山。

催化劑：催化劑的成本占總成本的53％以上。催化劑主要是鉑，貴且資源短缺，我國鉑供應主要依靠國外。

儲氫技術：氫能源的存儲是目前主要的技術難點。目前車載儲氫系統一般都采用高壓儲氫罐，需要加壓到70兆帕進行儲存，而在國內只能實現35兆帕儲氫罐的生產。壓力不夠大會極大地影響氫氣的裝載量。因此，對于我國來說，儲氫技術是一個需要攻克的難題。

制氫、加氫技術：目前成熟的制氫技術主要有化石能源重整制氫、工業副產物制氫、電解水制氫。其中電解水制氫綠色環保，然而火電占比較大，會極大地消耗電能，且仍會產生碳排放。加氫技術站的建設成本非常高，相當于傳統加油站的兩到三倍。此外，大部分加氫站設備需要依賴進口。

膜電極技術：膜電極、雙極板、質子交換膜已具備國產化能力，但生產規模較小，膜電極組件安全性、穩定性、膜壽命與機械性能仍有提升空間，制備工藝較為復雜，對外依賴較高。

教師：同學們，如果未來的你是一名汽車工程師，在汽車能源方面，你希望突破的技術難關有哪些呢？你對世界新能源汽車的愿景有哪些？

六、作業

某汽車品牌推出了一輛氫燃料電池汽車，該汽車行駛100千米，需要消耗氫氣7.5千克。采用以下2種方式制氫，各自的成本是多少？比較計算結果，你能得到什么信息？

已知：蘇州天然氣價格約3.02元/立方米，水費約1.86元/噸。

方法1：若用電解水法制取以上氫氣，需電解多少千克水？同時需要多少電費？（電解1千克水約需消耗電能5.5 千瓦時，電費：0.5元/ 千瓦時）

方法2：用甲烷（CH4）和水蒸氣在高溫下以鎳為催化劑，可轉化為一氧化碳和氫氣（天然氣中甲烷含量一般為85％）。若用該方法制取以上氫氣，要消耗多少天然氣？（天然氣密度為0.8 千克/立方米）

七、教學反思

本次課程以“汽車能源”為主題，教師通過問題驅動的方式，引導學生探討了燃油汽車的局限性、太陽能汽車的環保優勢以及氫氧燃料電池汽車的應用前景。課程設計了互動環節和實踐活動，如模擬電池實驗和太陽能小汽車體驗，旨在提升學生的實踐能力和科學探究精神。

學生在課堂上表現出了較高的參與度，尤其在實踐活動中，他們積極動手操作，表現出了濃厚的興趣。然而，部分學生在自主分析問題和解決問題的能力上仍有提升空間。今后的教學中，我應更多地設計開放性問題，鼓勵學生進行批判性思考。

改進措施：

1.加強課前預習指導，幫助學生建立更系統的知識框架。

2.在課堂上更多地使用案例分析，讓學生能夠將理論知識與實際問題相結合。

3.提供更多關于新能源技術的背景資料和視頻，提高課堂的生動性和信息量。

4.對于計算任務，增加課堂上的輔導時間，確保學生能夠理解并掌握計算方法。

5.鼓勵學生在課后進行小組討論，通過同伴互助提高解決問題的能力。

編輯：趙文靜

作者簡介：張亞文（1995—），女，漢族，甘肅永昌人，碩士研究生，中學二級教師，研究方向：化學。