创设真实问题情境构建学科体验课堂

吕铎 闫春更

摘要：创设真实的问题情境“乙醇汽油到底怎么样”，构建了认识“乙醇汽油”的三个视角：即“乙醇汽油与燃烧热”“乙醇汽油与乙醇的获取”“乙醇汽油与‘能量和环境”。同时，重点融合了化学核心概念“燃烧热”的提出、内涵、应用等学科知识，巧妙联系了有关物质获取的化学知识，针对基于真实问题情境的化学学习活动设计进行了积极的探索，为学生的化学学科核心素养的培育提供了支撑。

关键词：真实问题情境;证据推理;概念教学

文章编号：1008-0546（2021）01-0019-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2021.01.005

《高中化学课程标准（2017年版）》在课程基本理念里指出：“倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计。”在化学学科核心素养“科学态度与社会责任”中也明确指出：“能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断，能参与有关化学问题的社会实践活动”[1]。结合上述两方面的要求，在化学学科教学中，尽可能多角度地挖掘能够承载同一学科知识的不同情境资源，同时，在创设情境的过程中，合理地将化学学科知识与真实的社会生活文化（情境）相融合，将是我们践行新时代课程改革理念、落地核心素养培育的应然之举。

为此，笔者在“燃烧热”一课（人教版选修四第一章第二节燃烧热能源P7）的教与学设计过程中，尝试以“认识乙醇汽油”作为牵引性问题，通过实际生产或实验数据的分析和解释，从化学视角认识生产生活中人们抉择的合理性，同时，引导学生体会实际生产生活问题的多科性、综合性和复杂性，增强学生关注化学学科与社会生活相联系的意识，为学生的化学学科核心素养的培育提供有力支撑。

一、教学与评价目标

淡化本节教学内容的知识痕迹，在利用化学学科视角分析解决复杂问题的学科体验中，在学生建构概念、证据推理中评价教学目标的达成度。着眼于学生发展中必备知识的获取、关键能力的提升、学科价值的体验。

1.教学目标

（1）通过对燃烧热概念的解析，掌握概念学习的要素;了解能源的分类与开发利用;

（2）通过对乙醇汽油与传统汽油的比对，感受从化学视角和定量角度验证燃油品质;

（3）通过对能源分类和未来社会能源发展远景的设想，初步建立科学、可持续发展的能源观念。

2.评价目标

（1）通过对乙醇汽油与传统汽油的对比探究，诊断并发展学生的证据推理、数据与信息整合能力;

（2）通过对燃烧热概念的分析，诊断并发展学生对化学概念的认识进阶和认识思路的结构化水平;

（3）通过对未来社会能源发展远景的讨论和点评，诊断并发展学生对化学学科价值的认识水平。

二、教学与评价思路（图1）

三、教学过程

教学环节一：认识“乙醇汽油”的视角之一：“燃烧热”

[情境创设]有句话叫“酒不醉人车自醉”，再过两年，汽车上路前如果不先“喝二两”，都不好意思和别人打招呼。这是为什么呢？

[新闻链接]原来，国务院、国家发改委、国家能源局等15部门联合发文，到2020年在全国范围内推广使用车用乙醇汽油，基本实现全覆盖。

[师]乙醇汽油到底是什么？

[生]乙醇和汽油的混合物。

[师]乙醇汽油就是90%汽油+10%乙醇（体积比）。那么乙醇汽油到底怎么样？

[师]我们在百度中输入“乙醇汽油到底怎么样”，搜索得到852000多条信息，其中众说纷纭。没有调查就没有发言权。如果让你给乙醇汽油写个测评报告，你准备从哪些方面来写？

[生]价格、油耗、来源、燃烧放热、动力、污染……

[师]汽车里面涉及的专业内容很多，你能否从“化学视角”选取某个方面进行深入研究？

[生]燃烧放热。

[设计意图]传统“燃烧热”概念教学从燃烧放热现象导入，学生被动学习痕迹较重，缺乏探究的动机。本文创设学生感兴趣的话题，代入感较强，培养学生独立思考和判断能力，不“人云亦云”，用化学学科视角观察世界、分析问题。

教学环节二：“燃烧热”是什么

[问题聚焦]比较燃料品质的一个重要指标就是放热的多少。如果我们定义一个物理量——燃烧热，你觉得应该从哪些要素来定义它？

[生]条件、定量、燃烧程度、生成物、符号、单位等。

[师]提供材料，组织讨论，逐一确定。

1.实验测得25℃、101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5 kJ的热量;1molC不完全燃烧放出110.5 kJ的热量。

C（s）+O2（g）=CO2（g）

△H=-393.5kJ/mol

C（s）+1/2O2（g）=CO（g）

△H=-110.5 kJ/mol

CO（g）+1/2O2（g）=C0：（g） △H=-283.0 kJ/mol

2.实验测得101kPa时，1molH2完全燃烧生成液态水放出285.8kJ的热量;1molH2完全燃烧生成气态水放出241.8kJ的热量。

H2（g）+1/2O2（g） =H20（1） △H=-285.8 kJ/mol

H2（g）+l/2O2（g） =H20（g） △H=-241.8 kJ/mol

[生]总结燃烧热定义：在25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。

[师]還可以从哪些角度表示物质放热的多少？并与燃烧热进行换算吗？

[生]如单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量。

[师]类比中和热的测定，燃烧热如何测定呢？

[生]利用特殊的仪器测定样品燃烧后温度的变化，换算成热量，最后换算成燃烧热。

[师]化学上常利用氧弹式量热计测定，其原理就是将样品放在弹内，压人高压氧气，通电流将铁丝熔融引起样品燃烧，再利用温度升高计算燃烧热。（恒容反应热）

[设计意图]结合课本表格提供的数据，以文字和符号的形式展示物理量的化学意义，展现物质不同状态对应的能量差异，强化相关概念的学习要素。类比“中和热”的概念与测定，拓展“热值”的概念与“量热计”的应用，延伸相关广义物理量的介绍，让学生体验“概念学习”的建构和发展过程。

教学环节三：“燃烧热”怎么用

[深入探究]展示一些物质在25℃、101kPa时的燃烧热，请写出辛烷、乙醇的燃烧热的热化学方程式。

[生]书写热化学方程式。

[师]请结合相关数据，计算1L汽油（辛烷）放出多少热量？1L乙醇汽油放热多少？两者相差多少？

[生]Q（C8Hl8）=33882.5kJ

Q（ 10% C2H5OH +90% C8H18） =32841.5kJ

两者能量相差1041kJ。

[师]若某型号汽车百公里汽油油耗为10L，则换成乙醇汽油后油耗为多少？价格如何？

[生]汽油：10L，75兀。

乙醇汽油：10.32L，72.76元。

[师]有兴趣的同学可以继续将50L汽油和乙醇汽油的续航里程及用车成本、燃气比等做进一步比对。

[师]由此，我们可以看出在热量输出角度，两者差异并不大，甚至在用车成本上乙醇汽油还有一定的优势。那么媒体和专家怎么看，我们一起来看一段微视频。

[生]观看《乙醇汽油——来了》微视频。

[设计意图]结合情境素材中的物质，由“化学专业数据”到“社会普遍评价指标”，如燃料的续航里程和经济性进行深入探究，再到“生态环保”综合分析新型燃料的优劣，培养学生多角度综合分析、评价的能力。如引领学生分析验证燃料品质的重要指标——“燃烧热”概念的几个要素，并以此为依据结合数据对比放出热量、油耗、续航里程、燃气比等评价指标，让学生真实感受证据推理的过程，培养不“人云亦云”的质疑精神。

教学环节四：认识“乙醇汽油”的视角之二：“乙醇的获取”

[追根溯源]乙醇汽油中的乙醇从何而来呢？

[生]玉米和秸秆、陈化粮。

[师]介绍燃料乙醇的生产过程并练习。（图2）

（1）粉碎玉米的目的是：____。

（2）步骤a的操作是（

）

A、蒸发 B、萃取

C、蒸馏

D、分液

（3）含10%乙醇的汽油在储存和运输过程中应特别注意防水，如果混入了水，汽油中会出现的现象是_____.

（4）下图是燃料乙醇的生产和消费过程示意图。虽然燃料乙醇的使用缓解了汽车能源的紧张状况，但仍存在一些问题。由此可知，燃料乙醇（

）

A、是最理想的绿色能源

B、提供的能量来自于太阳能

C、生产和消费过程对空气没有任何影响

D、生产过程中将消耗大量粮食，以避免粮食过剩

注：选自2008年上海高考理科综合（化学）试题

[师]在我国目前还在推广乙醇汽油的同时，部分国家已经宣布了禁售燃油车的时间表，由此可以说明我国在能源利用方面还比较落后。请结合世界和我国能源利用相关图表，讨论能源的分类及开发利用情况，提出未来我国能源发展的合理建议。

[设计意图]通过练习，拓展乙醇的来源、生产及乙醇汽油使用中注意的问题。我国的高考题中已经关注乙醇汽油的推广和使用。高考试题中的素材也可以作为课堂教学的问题情境。此外，通过“形象化图表”，以“数据可视化”的形式引导学生分析未来世界能源发展趋势。

教学环节五：认识“乙醇汽油”的视角之三：“能量和环境”

[整理歸纳]人类社会的发展与能源的开发利用是密切相关的。谁掌握了能源，谁就掌握了未来。最后用一首诗总结本节内容：

燃“油”思“源”

乙醇汽油要来到，评测报告早知道。

燃烧效能开新源，绿色化学更环保。

[课后探究]任选其一：

1.甲醇汽油vs乙醇汽油;

2.燃烧我的卡路里——舌尖上的热量（糖、脂肪、蛋白质）;

3.家用燃料调查（天然气、液化石油气C3H8、煤气等）;

4.我省新能源的开发与利用。

[设计意图]总结提升学生本节课的学习体验，类比迁移、借助课外研究性学习话题，继续引导用“化学视角”从话题选择、信息筛选、角度选定、深入探究到撰写调研报告或提出可行性建议。

四、教学反思

本节关于“燃烧热”的教与学设计，没有采取惯常的“知识诠释性教学”的模式或“一个定义、几点注意”的“教学常规”[2]，而是围绕“乙醇汽油”情境创设了系列问题，引导学生通过问题的发现、分析和解决，合理性地建构相关概念，在具体的问题情境中尝试用所学知识解决问题。

围绕“乙醇汽油”情境，我们构建了认识“乙醇汽油”的三个视角：（1）乙醇汽油与燃烧热;（2）乙醇汽油与“乙醇的获取”;（3）乙醇汽油与“能量和环境”。这三个视角相辅相成，有机结合，既从化学、生物、社会等多个视角回答了“乙醇汽油怎么样”的问题，又重点融合了化学核心概念“燃烧热”的提出、内涵、应用等学科知识，还巧妙联系了有关物质获取的化学知识，为学生基于真实问题情境的化学学习活动创造了条件、提供了可能。同时，通过实际教学的课堂观察和调查发现，学生对化学与社会生活相融合的认识有所加深，利用数据分析进行证据推理的意识有所增强，同时还有了更多地运用化学学科知识解释社会生活事件和解决社会生活问题的兴趣。

当然，在教学实施过程中，我们也注意到一些问题：从更丰富的化学视角引导学生分析乙醇汽油的性能优劣，如热值、抗爆震性能（辛烷值）、沸点、汽化潜热、燃气比等优势，抑或是燃油经济性、动力性、腐蚀性、液相分离等不足，这些问题还有待我们在未来的教学中持续关注、积极探索并着力加以解决。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部普通高中化学课程标准（2017年版）[s].北京：人民教育出版社，2018

[2]王军翔，追求饱含学科意义的中学化学教学[M].西安：陕西师范大学出版社，2016