第三章物质的性质与转化论证重污染天气“汽车限行”的合理性探讨社会性科学议题教学设计-高一上学期化学鲁科版

教学设计

课程基本信息学科化学年级高一学期秋季课题微项目论证重污染天气“汽车限行”的合理性——探讨社会性科学议题教学目标通过给出社会性科学议题的定义并明确其分析框架，首先厘清相关的科学问题和科学知识。2.通过从不同视角列举应对重污染天气采取“汽车限行”的利与弊，寻找证据支持观点，通过交流、反驳的过程，提升学生的科学论证的水平。3.能够从科学、环境、经济、社会等多个方面，权衡不同观点的利与弊，有依据地作出决策。教学重难点教学重点：利用氮及其化合物的相互转化关系能理解并解释汽车尾气与重污染天气之间的关系。2.能够从科学、环境、经济、社会等方面，权衡不同观点的利与弊，有依据地作出决策。教学难点：1.汽车尾气中硝酸盐和铵盐的转化过程中有个别转化超出已知所学，需要补充合适的资料进行解惑，将转化关系进一步完善。2.对资料进行加工分析，依据观点、证据和结论之间的逻辑关系进行有条理的完整阐述。教学过程【引入】“社会性科学议题”(SocioscientificIssues，简称SSI)，指由利用当代科学技术研究开发所引起的一系列与社会伦理道德、经济发展及自然生态环境等紧密相关的社会性问题。这其中，有很多议题与化学密切相关。例如，为了应对重污染天气，把空气污染指数控制在合理范围内，北京、广州等多个城市采取了汽车限行措施，以期降低机动车尾气排放量。《北京市空气重污染应急预案（2023年修订）》在强制性减排措施中对各个排放标准机动车的限行措施进行了明确要求。部分市民对这样的举措不满，认为汽车尾气不是导致城市空气质量问题的主要原因；也有人认为，这样的措施给人们的出行带来了诸多不便。由此，引发了关于“汽车限行”的争议。面对这项举措，你是如何看待的？【项目式活动1】科学认识社会性科学议题，寻找利与弊1.科学分析议题，厘清议中的科学问题和科学知识。（1）应对重污染天气，“汽车限行”议题涉及哪些科学问题？教师：经过分析，我们能拆解出的科学问题就有：什么是重污染天气？汽车尾气与重污染天气有没有关系？有什么关系？有多大关系？汽车限行政策将对自然环境、经济生活、社会生活带来哪些影响？汽车限行政策的利大还是弊大？等等，化大议题为小课题，对主要问题进行深入调研。[资料1]污染物排放强度大是重污染天气形成的内因，静稳、小风、高湿以及逆温等不利气象条件则是重污染天气形成的外因。目前，细颗粒物（PM2.5）是对我国大气环境质量影响最大的污染物。资料来源：《中国环境报》，2017年2月[资料2]资料来源：《环境科学与管理》，2017年第1期教师：由资料我们可以看出，汽车尾气与重污染天气是有关系的。那么汽车尾气与重污染天气有什么关系呢？该议题涉及哪些物质及其变化？书写相关反应的化学方程式，表示其中氮及其化合物之间的转化关系。学生质疑：为何会存在硝酸变为硝酸盐的转化？合理猜想：物质类别角度，酸转化为盐需要碱性物质，空气中存在碱性气体NH3，与HNO3反应生成硝酸盐。学生质疑：空气中为何存在NH3？合理猜想：可能由汽车尾气产生后排放：N2→NH3需要还原剂，汽车尾气中应该存在还原性气体，是H2吗？合理猜想：空气中的NH3也可能来自于自然界如氮肥的使用和根瘤菌固氮，还有人类社会化工产品的使用和畜牧养殖等。[资料4]汽车尾气中还有NH3的存在，随着三元催化转化器的广泛使用，机动车尾气中NH3的排放量显著增加。机动车尾气中的NH3来源于氮氧化物与H2的反应，而H2来源于CO与H2O的反应，所以CO和NO是NH3的前驱物。反应原理如下:CO+H2O=CO2+H22NO+2CO+3H2=2NH3+2CO22NO+5H2=2NH3+2H2O资料来源:暨南大学2011年硕士论文《广州市机动车尾气中氨气的排放因子研究》[资料5]空气中氨的来源(1)自然界①农业方面，大量的铵盐以化肥的形式加入农田里，当过量的铵盐加入土壤中时会导致土壤酸化、富营养化，改变了植被，并提高了大气中的氨气含量。②细菌的固氮作用，很多细菌都可以固氮，它们将多余的氨气释放到空气中。(2)人类社会美容美发使用的染发剂及烫发剂的挥发、建筑施工中使用的水泥防冻剂尿素的分解、城市下水道排泄物的挥发、化肥的生产和制冷系统的应用、畜牧养殖等都会产生氨气。资料来源:《山西科技》，2017年第1期【资料6】空汽车尾气通过三元催化装置得到净化，三元催化的原理是CO+NO==CO2+N2【资料7】三元催化转化器失效的问题(1)铅元素对三元催化转化器的影响含铅汽油的使用，将导致催化转换器重金属中毒，催化效果降低。(2)磷、锌元素对三元催化转化器的影响磷、锌元素与三元催化转化器活性材料反应或覆盖在催化转化器表面活性物质上，造成催化转化器效率下降。由于机油添加剂中磷、锌元素无法取消，而内燃机烧机油的特性也不可避免，所以催化剂配方以及涂层技术仍需改进。(3)硫元素对三元催化转化器的影响汽油燃烧后，其中的硫元素随着尾气进入三元催化转化器，这些硫元素与催化转化器表面上的金属氧化物反应生成硫酸盐，减弱了催化剂对空燃比变化的敏感程度，使其丧失储存和释放氧的功能;硫化物吸附在催化剂的表面，妨碍了HC、CO、NO的吸附。较高含硫油在整个空燃比范围内延长了催化剂的点燃时间，提高了起燃温度，降低了转化效率。资料来源:《京华时报》，2014年12月9日书写相关反应的化学方程式，表示其中氮及其化合物之间的转化关系。2.分别从环境、经济、社会等列举应对重污染天气采取“汽车限行”措施的利与弊。视角利弊环境经济社会其他学生交流并完善表格。【项目活动2】学习科学论证，论证利与弊1.以“汽车限行”能够减轻空气污染这一观点为例进行论证并交流。请你对某小组的论证情况进行分析评价，并完善这一论证过程。同学甲:汽车行驶会产生污染，因为会产生氮氧化物。同学乙:虽然会有氮氧化物产生，但不一定会排放到大气中。同学甲:在汽缸中，氮气与氧气会发生反应，产生一氧化氮和二氧化氮，汽车尾气中肯定有氮氧化物。同学丙:汽车中装有净化装置，会将氮氧化物转化成氮气，然后再排放到大气中。同学乙:大自然有自净化能力，能够消耗氮氧化物。同学甲:虽然有净化装置，但装置中的催化剂很容易中毒;一旦催化剂中毒，就不能有效转化氮氧化物了。同学丙:有人测定过汽车尾气中PM2.5的浓度，结果表明汽车尾气中的PM2.5比空气中的还少，可见汽车尾气不会污染空气。同学甲:你测定的是汽车尾气中PM2.5的浓度，没有测定氮氧化物的浓度，氮氧化物进入大气中会转化为PM2.5的成分，因此不能证明汽车尾气不会污染空气。教师：在评价时，我们首先应明确：一个令人信服的观点，需要有充分、确凿的资料以及合理的推理过程作为支撑，同时应考虑可能存在的反驳。资料的翔实程度、推理过程的合理性以及是否考虑了反驳，决定着科学论证的水平。科学论证的水平水平1：有观点，缺少必要的资料水平2：有观点和资料，缺少从资料到观点的推理过程或者推理过程不合理，或者资料不充分水平3：有观点，资料以及从资料到观点的推理过程；资料充分，推理过程合理。水平4：有观点，资料以及从资料到观点的推理过程；资料充分，推理过程合理；考虑了可能的反驳及其证据。学生利用水平标准对已有讨论进行评价：我们能判断出来甲、乙同学在此论证的水平较低。在三位同学论证三元催化转化尾气的处理时，乙、丙同学都比较片面，甲同学对他们的观点进行了较高水平的反驳。对于测定汽车尾气中PM2.5的浓度这一结果，丙同学有观点，有资料支持，但是缺少完整的推理过程，甲同学在此基础上加以推理并反驳，论证水平更高。在评价过程中我们会发现，三位同学的观点组合在一起才是高水平的论证。通过小组讨论，对项目活动1中提出的各种利与弊进行科学论证,形成可靠的观点。学生讨论【项目活动3】权衡利弊,作出决策1.将经过论证的利与弊进行分析后，分清主次，权衡利弊，作出决策。下面是某小组关于应对重污染天气采取“汽车限行”措施的利与弊的讨论，阅读并思考你从中获得的启示。同学甲:利和弊都是三条，很难做决定啊!同学乙:对环境有污染，一条就决定了，同意采取“汽车限行”措施。同学丙:造成环境重污染的因素有很多，汽车尾气只是其中的一种因素，但不是主要因素呀!同学丁:我们家离学校远，采取“汽车限行”措施后出行太不方便了，我不同意。同学戊:应该从大局出发，从长远考虑。“汽车限行”措施能够减轻空气污染、减少二氧化碳的排放量，这有利于社会的可持续发展，有利于未来人类的生存和发展。出行不便，是个人问题。汽车保有量是局部问题，可以逐渐达到新形态的平衡。增加公共交通压力，恰恰可以促进政府不断改善公共设施。因此，应该支持为应对重污染天气而采取的“汽车限行”措施。学生讨论交流。2.根据汇报展示的评价内容和小组活动