基于核心素养“科学态度与社会责任”的教学设计——以人教版必修二“自然资源的开发利用”为例*

李国伟，龙世佳，刘 敏，汪鹏霞

(天水师范学院 化学工程与技术学院，甘肃 天水 741001)

近年来，在《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》 (以下简称“2020修订版课标”)的实施过程中，在普通高中化学教学环节，教师的教学重点放在培养学生化学核心素养之上。学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力[1]。但在实际的教学过程中，“科学态度与社会责任”所依托的课程内容在教学中往往不是教学重点内容，容易被教师忽略。而对于学生的发展来说，培养学生“科学态度与社会责任”核心素养是使学生树立起远大志向以及培养学生正确价值观的重要方式之一。

1 “自然资源的开发利用”教学分析及教学设计

化学是人类利用自然资源和应对自然资源和环境问题的重要科学依据。以金属矿物、海水、煤、石油等的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化以及综合利用资源和能源的方法[1]。从而使学生树立“绿色化学”的观念，培养学生节约资源保护环境的环保意识，以及投身社会主义建设的热情。

1.1 教学内容分析

“自然资源的开发利用”选自人教版化学必修二第八章“化学与可持续发展”第一节。其位于必修和选择性必修的衔接位置，本章内容更注重培养学生“科学态度与社会责任”。第一节自然资源的开发利用以金属矿物、海水资源、化石燃料的综合运用为切入点[2]，学生能够更直接的认识化工产品的使用价值，了解与化工相关的环保、发展等问题。使学生充分认识到化学与人类社会息息相关，认识到人如何与自然和谐相处，为什么说化学改变世界。

1.2 学情分析

高一的学生在学习本节课之前已经学习了元素化合物的基本知识，在义务教育阶段和必修一已经学习了金属及其化合物、无机非金属及其化合物以及简单的有机化合物。同时学习了氧化还原等反应基本概念，化学简单原理，有了一定的实验基础。对于本节课程的学习提供了理论和实验基础。然而现阶段学生所学知识零散，对于知识还处于感性认识阶段，缺乏规律性和系统性，大多数学生对化学的认识多停留在记忆阶段，仅少部分学生有应用化学解决实际问题的能力。此阶段的学生面对本节与社会生活紧密联系的内容，更容易激发起利用化学知识解决实际问题的热情，通过对生活实际的联系提高学生利用所学知识解答生活现象的热情。

1.3 确立教学目标

目标一：通过情境创设让学生知道自然界中金属的存在形式，如何进行金属的冶炼以及冶炼的原理，会写反应过程中涉及到的的化学方程式。培养学生变化观念与平衡思想等学科核心素养。通过小组实验帮助学生掌握铝热反应的原理。熟知从海水中提取溴单质的原理，会写反应中涉及到的化学方程式。使学生认识到化学对于合理利用自然资源方面是极为重要的，培养学生宏观辨识与微观探析等学科核心素养。

目标二：通过海水提溴的工艺流程的探究，培养学生科学探究与创新意识等学科核心素养；通过课前查阅资料，小组讨论课上汇报等形式使学生进一步了解海水资源的综合利用，增强学生查阅资料和自学能力，以及小组合作的能力，培养学生协作精神和科学探究意识。

目标三：通过课上展示资料，学生了解自然资源和环境之间的关系，让学生感受化学知识在海水资源、油气资源、金属资源等开发利用中的重要性，增强学生学习化学的动力，提升爱护自然和合理开发利用自然资源的意识，重点培养学生科学态度与社会责任的学科核心素养。通过教学活动培养学生敢于思考的能力，提高学生探究意识，以及培养学生在学习中严谨求实的科学态度。

1.4 教学程序设计

教学流程如表1所示。

表1 教学流程

2 教学过程

2.1 环节一：金属矿物的开发利用

【学习活动一】了解自然界中存在的金属单质以及金属化合物的冶炼方法及化学方程式。

【教师提问】日常生活中经常用到金属制品，请列举自然界中以游离状态存在的几种金属，其他金属在自然界中的存在形式？

【学生讨论】自然界中以游离状态存在的金属有金、铂等，其他绝大多数金属以化合状态存在。

【教师讲解】自然界中除金、铂等金属以游离态存在与大自然中之外，大多数金属以化合状态存在于自然界中，要想利用这些金属则需要将其从化合物中还原出来，把金属从其化合物中还原出来的过程在工业上称为金属的冶炼。

【提出问题】指出金属的冶炼方法和金属的活动性顺序的关系？

【学生讨论】初中阶段学习的置换反应，活泼性强的金属能把活泼性弱的金属从其盐溶液中置换出来。

【教师讲解】不同金属离子的氧化性不同，活泼性弱的金属，其离子的得电子能力越强，即氧化能力越强，其金属冶炼越容易；而活泼性强的金属，其离子得电子能力越弱，冶炼也越难。对于一些不活泼的金属，可以直接采用加热法进行提取。

对于一些非常活泼的金属，工业上通常采用电解法冶炼。例如

【教师提问】除了上述两种方法大家思考是否还有其他的方法进行冶炼？

【学生讨论】初中学习过碳还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铜，可以在高温下利用还原剂，将金属从其化合物中还原出来[3]。

【教师讲解】说的不错，除此之外还可以将金属氧化物利用热还原法进行还原，利用活泼金属做还原剂，在高温的条件下还原活泼性弱的金属。例如，可以通过铝热反应将金属铝从其氧化物中还原出来。此方法可以冶炼活泼性较强难以冶炼的金属。

【教师补充】自然界中金属资源有限，冶炼金属耗能高，有哪些途径可以合理开发利用金属资源？

【师生归纳】可以改变金属冶炼工艺，使金属的冶炼更加高效，更加节能，还可以回收利用旧金属，同时还可以用其他环保材料代替金属材料等。

2.2 环节二：海水资源的开发利用

【学习活动二】回顾海水淡化实验，知道海水淡化的意义以及知道如何从海水中提取溴单质。

【教师提问】初中阶段大家做过的哪个实验可以完成海水的淡化？

【学生讨论】蒸馏实验能够将纯净的水从海水中分离出来。

【教师追问】蒸馏实验要用到哪些仪器？操作需要注意哪些事项？

【师生回忆】仪器有铁架台、铁圈、烧瓶夹、蒸馏烧瓶、玻璃棒、冷凝管、尾接管、锥形瓶、酒精灯、橡胶塞。

操作时应注意： ①烧瓶需垫石棉网加热；②常压蒸馏时，烧瓶中的液体的体积应该在烧瓶容量的1/3到2/3之间；③烧瓶底部需要加几粒沸石或者碎瓷片，防止液体暴沸；④冷凝管应该先通冷凝水再进行加热，且应从下口进水上口出水；⑤为了确保蒸馏气体的纯净，所以水银球应该位于蒸馏烧瓶支管口处，检测蒸出气体的温度。

【教师讲解】除了用蒸馏法外，还可以采用电渗析法和离子交换法等方法实现海水的淡化。海水中富含氯化钠，可以从中提取氯化钠。氯化钠是食盐的主要成分，除食用外，其还作为工业原料用来生产NaOH、NaCO3、Na、Cl2、HCl等化工用品。根据海水中的主要成分，除了上述作用之外海水还能提取其他的什么化工用品？

【学生讨论】还可以提取镁、钾、溴等化工产品。

【教师讲解】同学说的很对，接下来重点讲解海水提溴，海水提溴有氧化、吹出、吸收、蒸馏等环节，请同学们看大屏幕，此为工业提取溴“吹出法”的流程图。(如图1所示)

图1 海水提溴工艺流程

【教师提问】同学尝试写出吹出法中涉及到的化学方程式或离子反应方程式。

【学生讨论】

【教师鼓励】同学写的很对，

第一步已经得到溴单质，为什么还要通入空气？通入二氧化硫将溴单质还原后再通入氯气生成溴单质，是否多此一举？

课下举一反三通过查阅资料，阅读书籍等途径，思考如何从海水中提取镁以及如何从海带中提取碘，总结元素可以通过什么途径来转化为单质。

2.3 环节三：煤、石油、和天然气的综合利用

【学习活动三】知道煤的干馏、天然气的主要成分和用途以及石油的分馏和裂化。

【教师提问】阅读课本了解煤炭除了直接燃烧外还有其他什么利用途径？

【学生活动】阅读课本小组讨论回答：可以采用干馏、气化和液化的途径把煤转化为清洁燃料和多种化工原料。

【教师鼓励】同学说的的很好，煤的气化和液化与物理上的气化、液化是有区别的，煤的气化使将煤在一定条件下通过与水的反应转化为可燃性气体的过程。主要反应为：

【教师讲解】煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程，其有两种方式分别为直接液化和间接液化。

直接液化：煤与氢气作用生成液体燃料的过程。

间接液化：煤先与水反应生成水煤气(CO、H2)，然后利用催化剂在一定条件下生成甲醇的过程。

【教师追问】煤除了可以液化之后作为燃料，还可以通过干馏来获得重要的化工原料，阅读课本了解煤干馏的主要产品和用途。

【学生活动】阅读课本，小组讨论

【展示表格】展示课本上给出的煤干馏的主要产品和用途(如表2所示)。

表2 煤干馏的主要成分和用途

【教师讲解】煤是一种复杂的混合物，其由有机物和少量的无机物组成，煤的组成元素主要为碳元素，同时还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。通过干馏可以将煤充分利用且减少对环境的污染。煤的干馏过程为将煤与空气隔离，然后加热使其分解。煤干馏的主要产物有焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯、焦炉气(含H2、CH4及少量CO、CO2、C2H4、N2等)。

【教师提问】天然气是国内普遍使用一种清洁能源，阅读课本了解天然气的主要成分和用途。

【师生总结】天然气主要成分是甲烷，甲烷的化学式为CH4，其燃烧产物为水和二氧化碳，对环境无污染，所以为清洁能源。作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇。

【学生活动】阅读教材第103页“资料卡片”，了解可燃冰的组成及其开发、应用。

【教师提问】同学阅读课本，小组讨论，了解石油的组成以及如何综合利用？

【学生活动】讨论后回答，石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，通过分馏可以实现石油的综合利用。

【教师讲解】我们学习到一个新的操作名称：分馏。分馏是根据混合物中各成分沸点不同，加热混合液体使各成分从混合物中分离出来，属于物理变化。石油分馏的原理是加热石油，沸点低的烃先蒸发，经过冷凝管后液化分离出来，随着温度的升高，沸点较高的烃再汽化，经冷凝后又分离出来[4]。但是分馏后含碳原子少的轻质油供不应求，含碳原子多的重油供大于求，因此则需要通过催化裂化将重油裂化为轻质油。

【教师总结】课本给出了重油裂解成为轻质油的过程以及部分用途，同学感兴趣的可以课下查阅资料拓展一下石油在生产生活中的用途。

【教师讲解】石油工业发展早期，炼油厂的废气如乙烯、丙烯等往往被烧掉。现在，这些曾经的废弃物可用于合成聚乙烯、聚丙烯等合成高分子材料。但这些聚合物很难降解，随着这些合成材料的大量生产和使用，急剧增加的废弃物给人类社会造成巨大的环境压力[5]，例如废弃的塑料制品会形成“白色污染”。

2.4 总结回顾，树立环保意识

【学习活动四】总结本节课，重点讲解化学与自然资源和社会生活的关系。

【教师总结】通过本节课学习，同学们体会到化学技术的发展对于社会生活的重要性，为我们的生活提供了极大的方便，但是又不可避免地破坏了环境，造成了资源的浪费。习总书记指出绿水青山就是金山银山，作为新时代社会主义建设者和接班人我们必须要树立环保意识和服务社会意识。这就要求化学工作者从源头上控制污染物的排出，寻找绿色化学的工艺。必须培养其青少年的环保意识，并将其付诸行动。

【教师提问】通过本节课我们可以得出哪些节约资源保护环境的措施？

【学生讨论】资源回收重复利用；低碳生活，出门骑车或者坐公交车；减少塑料袋的使用；垃圾分类；节约用水等。汽车制造业加大新能源汽车的开发；减少空气污染物的排放等。

【教师鼓励】说的很好，希望大家今后的生活中能够低碳出行，节约资源，保护环境。

3 教学反思

3.1 教学组织效果

通过“自然资源的开发利用”教学设计，根据教学内容，从多方面多角度向学生展示如何合理开发利用自然资源，紧密联系教材。课堂中利用了提问、讨论等方式，充分调动了学生学习的积极性，通过大量实际生产生活中的案例对知识进行讲解。教学过程学生小组讨论，自己总结，老师进行引导归纳，充分发挥学生在教学活动中的主体地位，教师在教学活动中的主导地位。教学过程中更注重培养学生的能力，同时侧重知识的讲解，既重知识又重素质。

3.2 重点培养学生“科学态度与社会责任”核心素养

本节课主线是“如何合理的开发利用自然资源”，围绕这一主线，根据学生现阶段对于知识的掌握水平，进行教学设计。在教学过程中重点强调“保护环境” “自然资源的合理利用” “绿色环保”等理念。通过讨论生产生活中如何保护环境、如何节约资源培养学生环保意识。最后引导学生思考自己将来步入社会如何从自己的职业出发做到绿色环保。使核心素养深入学生的观念之中，逐步把科学态度与社会责任内化为学生内在素养。

4 结语

培养学生化学学科核心素养与传统教授学生书本知识不同，它是一个漫长的过程，需要化学教师从每一节课、每一个细节中培养，如此才能将学生培养成具有高度科学态度和社会责任的新时代共产主义建设者和接班人，达成培养高素质人才的目标。