“海洋强国”战略背景下的情境教学设计

摘 要：在“海洋强国”战略背景下，本文以“海上风电和海洋牧场”为主题情境，进行“利用化学方程式的简单计算”的教学实践。通过解决真实情境中涉及的有关化学方程式的计算问题，引导学生自主构建利用化学方程式进行简单计算的理论模型，初步建立应用化学反应的变化观念和科学探究方法来解决实际问题的思路，体验定量研究对于生产生活的重要性，增强社会责任感。

关键词：真实情境；风电制氢；海洋牧场；化学方程式计算

文章编号：1008-0546（2024）11-0048-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

为贯彻《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称《新课标》）提出的“落实立德树人根本任务”［1］，本课题以发展化学课程要培养的核心素养为主旨，以“海上风电和海洋牧场”为主题情境，引导学生从元素视角初步分析物质的变化，认识质量守恒定律对资源利用和物质转化的重要意义，形成合理利用物质的意识，初步分析、解决一些与化学相关的简单的实际问题，发展辩证唯物主义世界观。

一、教学内容与教学现状分析1. 教学内容

“利用化学方程式的简单计算”属于《新课标》学习主题4“物质的化学变化”中的内容，其中包括“物质的变化与转化”“化学反应及质量守恒定律”“认识化学反应的思路与方法”“化学反应的应用价值及合理调控”等。本课题基于对质量守恒定律、正确书写化学方程和理解化学计算等知识的学习，从“宏观—微观—符号”三个层面来理解化学反应，这是学生从定性研究向定量研究迈进的关键步骤。在“素养为本”的课程理念指导下，本课题旨在引导学生探究化学反应中各物质间的定量关系，找到化学方程式计算的依据与方法来解决实际问题，让学生感受化学方程式计算的价值，体会定量研究对于人类社会发展的重要作用，从而促进核心素养的培养。［2］

2. 教学现状分析

生活中的定量计算无处不在，但笔者在教学实践中发现：化学计算是初中化学的重点和难点，学生往往对此感到枯燥乏味，而教师在教学中常过于重视如何进行计算，强调步骤的完整性、格式的规范性，忽略了计算的依据和定量计算的意义与价值。解读《新课标》可知，计算的重点是建立在计算原理及各种量的关系的理解上，而不是单纯的数学运算，教师要让学生深入理解计算背后所蕴含的化学原理。

二、教学设计思路

针对上述传统化学方程式计算内容上的不足，结合当前我国大力发展海洋经济、加快建设海洋ceWimN5ZJNi0JAdPrV3wDg==强国的战略需求，笔者以“利用化学方程式的简单计算”为例，对海洋资源利用的相关情境进行结构化设计，

形成“海洋强国”战略背景下的情境教学整体设计思路（见图1），力求使情境与问题链串联、统领具体的教学内容，促进学生核心素养的有效落实。

三、教学目标

笔者基于对教学内容和教学现状的分析，结合教学设计思路，确立的教学目标如下。

（1）通过结合海洋资源综合利用中有关物质制备、转化的实际问题，认识化学反应计算的比例关系，建立利用化学方程式进行计算的一般思路和方法的思维模型。

（2）通过科学实验探究，在解决真实问题中培养质疑能力、批判能力和创新意识，同时提升与他人分工协作、沟通交流、合作解决问题的能力。

（3）结合珠海本土相关情境，认识定量研究在生产生活中的广泛应用，体会合理利用、调控化学反应的重要性，欣赏化学反应的社会价值，初步树立资源循环使用、绿色环保的发展理念。

四、教学流程

1. 第1课时 珠海“碳”路，“氢”力“氢”为

（1）珠海“碳”路，御风而行。

［播放视频］珠海特色减碳之路：金湾海上风电场实现全容量并网发电，每年减少二氧化碳排放约46万吨。

［教师］为什么风力发电可以减少二氧化碳的排放？

［学生活动］课堂交流，了解海上风电的优势和价值，感知科技成就。

［设计意图］整合身边的教学素材，将珠海风电场作为载体引入新课，有利于激发学生的求知欲。

（2）珠海“碳”路，乘风制“氢”。

［教师］珠海要试点探索风电制氢，并达到氢能供给能力每年3万吨。如果要制取规划里的一年3万吨的氢气，需要多少淡水？

［学生活动］写出电解水的化学方程式，分析化学方程式的含义。

［教师活动］指导学生从宏观、微观以及质量比三方面进行研究，展示化学方程式中各种量的关系（见图2）。

［设计意图］体会化学计算源于生活，学会用化学的视角看世界，建立起宏观现象、微观解释和符号表征三者之间的联系。

［教师活动］示范完整的解题步骤，归纳书写格式。

［师生共建］建立对概念、原理及量的关系的理解，能根据质量比不变列出比例关系进行计算。

［学生活动］归纳要点（解、设、写、找、标、列、求、答）。

［教师］通过定量计算，可以加强生产的计划性，有利于合理利用资源，避免浪费。

［设计意图］结合真实情境，认识化学反应计算的比例关系，自主建构利用化学方程式计算的思维模型。利用计算格式的规范化，培养学生严谨的科学态度。

（3）珠海“碳”路，“氢”力“氢”为。

［教师］制取氢气有什么重要意义？

［学生］可以用来驱动汽车、火箭；绿色、环保，减少CO2的排放。

［新闻素材］航天新进展：2021年9月，我国自主研制的首套产量达到吨级的氢液化系统调试成功，并实现了连续稳定生产。这意味着今后我国的运载火箭将可以使用国产液氢作为燃料。

［教师］如果要满足2 t的液氢完全燃烧，理论上要在火箭发动机中装入液氧的质量是多少？

［学生活动］仿照例题进行计算。

［教师活动］引导学生先自评分数，再组内共同讨论、互相评分，充分表达交流，对比前后差异。

［学生活动］展示典型作业，共同批改并订正。

［设计意图］小组研讨组内其他同学的各种问题，养成正确的审题习惯和书写规范，形成严谨的做题态度。学生通过计算过程体验定量研究对于生产生活的重要性，增强社会责任感。

［新闻素材］二氧化碳可以转化成甲醇、汽油（液体燃料）和淀粉，实现变废为宝和资源化利用。近期，我国科研团队合成了一种新型催化剂，可将二氧化碳和氢气高效转化为甲醇和水。

［教师］请写出上述新闻素材中反应的化学方程式，计算11t的CO2理论上可转化为甲醇的质量是多少？

［学生活动］思考并独立完成陌生方程式的书写和化学方程式的简单计算。

［设计意图］通过信息的读取，练习化学方程式的书写；通过计算，加深对本课内容的认识，知道任一物质的质量，可求出其他物质的质量，认识质量守恒定律对资源利用和物质转化的重要意义。

2. 第2课时 珠海“碳”路，“钙”世“蚝”情

（1）美丽珠海，“蚝”的价值。

［播放视频］珠海“蚝”情。

［教师］蚝壳的主要成分是什么？

［学生］碳酸钙（CaCO3）。

［设计意图］利用珠海本土资源为背景，创设真实情境，激发学习兴趣。

（2）像科学家一样探究。

［资料卡片］①CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑。②盐酸是氯化氢和水的混合物。③氯化钙易溶于水。

［教师］请结合资料中的信息，设计实验测定2.5g蚝壳中碳酸钙的含量。

［学生］可根据2.5g蚝壳与盐酸反应产生的气体质量来计算碳酸钙的质量。

［教师］加入盐酸的量有没有要求？如果少了会导致什么问题？

［学生］加入的盐酸必须足量，才能与蚝壳粉中的碳酸钙完全反应。如果加少了，会导致产生的二氧化碳偏少，计算结果偏小。

［教师］实验过程中如何判断加入的酸已经足量？

［学生］当再次加入盐酸一段时间后，电子天平的示数不再发生改变，证明酸已经足量。

［教师活动］引导学生进行实验探究，记录实验数据。

［学生活动］动手操作，观察实验现象，并记录实验数据。根据实验结果绘制出装置及剩余物质的质量与反应时间关系图。

［教师］请同学们依据表格和图像的数据，计算生成二氧化碳的质量和蚝壳粉中碳酸钙的质量分数，在导学案上写出具体的计算过程。

［小结］图表的化学方程式的计算相关注意事项如下：①注重分析表格或图像中的数据变化原因（如产生气体使质量减少，反应停止则质量不再改变）。②利用数据找出某种纯净物的质量并利用化学方程式进行简单计算。

［设计意图］经历科学探究，增强实践能力，形成化学观念，解决实际问题，体会化学计算来源于生活以及化学与生活的密切联系，初步了解计算在科学实验和工业生产中的意义。

（3）像工程师一样预算。

［教师］蚝壳中含有大量碳酸钙，对废弃蚝壳资源化利用的有效途径之一是高温煅烧蚝壳，生产主要成分为氧化钙的建筑材料，发生反应的化学方程式是：CaCO3 高温 CaO＋CO2↑。某工厂回收100 t蚝壳进行煅烧，基于前面蚝壳中碳酸钙含量的计算结果，理论上可生产氧化钙的质量是多少？同时得到二氧化碳的体积为多少？（二氧化碳的密度为1.997g/L）

［学生活动］学生思考、练习，在导学案上计算并展示结果。

［小结］有关杂质的化学方程式的计算相关注意事项如下：①利用化学方程式进行计算，必须选择纯净物的质量用于计算，如果涉及混合物的质量则需要换算为纯净物质量。②计算的依据是质量守恒定律，体积是不守恒的，要换算为质量。

（4）像决策者一样思考。

［资料卡片］2021年《广东省海洋经济发展“十四五”规划》表示，要建设可持续性海洋牧场等重要海岸带生态系统，发挥浮游植物、藻类和贝类等生物的固碳功能，试点研究生态渔业的固碳机制和增汇模式。由于近海水产养殖大量占用滩涂湿地且因密度过大造成海域污染的问题，需要规范和清理近海海水养殖。这就意味着海水养殖开发的下一片“高地”将推到与风电相近的地区。［3］

［教师］蚝壳中碳的来源是什么？养蚝能固碳的原因是什么？蚝与海洋经济发展、生态环境之间有什么联系？

［学生活动］了解海洋养殖业具有固碳作用；从化学的视角分析“海上风电和海洋牧场”新型海洋经济生态圈的战略性意义。

［设计意图］在真实问题情境中养成科学态度，树立环境保护的意识，增强社会责任感。

五、板书设计

本节课的板书设计如图3所示。板书将两课时的内容有机串联，从依据、步骤和价值三方面进行总结，有助于学生构建利用化学方程式进行简单计算的一般思路和方法。

六、结论与展望

本课题主要以利用珠海丰富的海洋资源为背景创设真实情境，依托风电制氢、蚝壳中碳酸钙含量的测定实验、废弃蚝壳的工业再利用与产量预算等实践活动，帮助学生认识“量”的重要性。根据实验收集数据，将理论计算与化学实验相结合。学生经历“像科学家一样探究—像工程师一样预算—像决策者一样思考”的过程，提升分析解释、说明论证和推论预测等能力，建立利用化学方程式进行计算的一般思路和方法的思维模型，培养学生科学探究、科学态度与社会责任的核心素养。这样的课堂模式可以灵活变通地推广到初中化学其他内容的学习中，提高教学的整体效率，为发展学生的化学核心素养提供支持。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］崔广瑾.基于真实问题解决的计算教学——以“利用化学方程式的简单计算”为例［J］.化学教与学，2022（5）：51-55.

［3］张嘉祺，王琛，梁发云.“双碳”背景下我国海上风电与海洋牧场协同开发初探［J］.能源环境保护，2022（5）：18-26.

基金项目：本文系珠海市教育教研“十四五”规划第二批（2022年度）立项重点课题“挖掘珠海乡土资源，优化基于‘真实问题情境’的初中化学教学设计与研究”（2022ZHGHKTZ10）的阶段性研究成果。