化学与社会发展视域下化石能源的合理利用-基于九年级化学的探究式教学设计

化学与社会发展视域下化石能源的合理利用——基于九年级化学的探究式教学设计一、教学内容分析

本课隶属于《义务教育化学课程标准（2022年版）》“化学与社会·跨学科实践”主题范畴，是“常见的化学合成材料”与“化学与能源、资源利用”两条内容线索的交汇点。从知识图谱看，学生此前已学习过燃料的燃烧、化学反应中的能量变化及一些简单的有机化合物，本课将在此基础上，系统构建关于煤、石油、天然气等化石能源的形成、组成、加工利用及其环境影响的立体认知网络。其承上启下的作用在于：向上，为理解“碳循环”、“绿色化学”及“可持续发展”等大概念奠定基础；向下，是对燃烧等具体化学反应的宏观社会价值升华。课标要求不仅停留在“知道”层面，更强调“认识”其综合利用价值及环境问题，“初步形成”合理利用资源、保护环境的意识。这内在蕴含了“科学探究与社会责任”、“证据推理与模型认知”等核心素养的生长点。通过探究化石能源从“自然馈赠”到“工业血液”再到“环境考题”的完整链条，引导学生像科学家一样思考其化学本质，像工程师一样权衡其技术方案，像决策者一样考量其社会影响，从而实现知识习得、能力发展与价值观养成的同频共振。

九年级学生已具备一定的物质分类、化学反应及能量观基础，对“能源”有生活化感知，但认知多停留在“燃料”层面，对其形成的时空尺度、复杂的加工过程及深远的环境社会关联缺乏系统理解。常见认知误区包括：将石油直接等同于汽油；认为使用清洁能源即可完全替代化石能源；对“碳中和”的理解停留于口号。思维难点在于如何将微观的化学组成、中观的工业流程与宏观的生态、经济问题建立有机关联，并进行辩证、系统的思考。因此，教学需创设从生活经验到学科本质、从单一视角到多元权衡的认知阶梯。我将通过前置性问题清单、课堂小组讨论中的倾听与追问、以及分层任务中的表现，动态评估学生的前概念转变和思维深度，并据此调整讲解的详略、案例的复杂度及支持的力度，为不同认知起点的学生提供如可视化模型、流程卡片、结构化研讨框架等差异化“脚手架”。二、教学目标

知识目标：学生能够系统阐述煤、石油、天然气的形成过程、主要组成元素及其作为混合物和化工原料的基本属性；能准确说明通过干馏、分馏等加工手段获取各类产品的原理，并辨析物理变化与化学变化在此过程中的具体体现；能概述化石燃料燃烧对环境的主要影响（如温室效应、酸雨）的化学本质，并列举至少三种合理利用与开发化石能源的途径。

能力目标：学生能够通过分析图表、模型或模拟软件，提取关于化石能源分布、消耗或环境影响的关键信息，并尝试进行简单的趋势预测或问题归因；在小组合作中，能够基于给定证据，就“如何合理利用化石能源”这一议题进行有条理的论证与交流，设计简单的倡导方案或改进措施。

情感态度与价值观目标：通过对化石能源“功”与“过”的全面审视，学生能初步树立辩证看待科技发展的科学态度，理解社会发展与环境保护协同的必要性；在讨论能源战略选择时，能体现出节约资源、保护环境的责任意识，并对国家“双碳”战略产生认同感。

科学（学科）思维目标：重点发展学生的系统思维与权衡思维。引导他们构建从“资源形成→开采加工→产品利用→环境影响”的系统分析框架，并在此框架内，学习从技术可行性、经济成本、环境效应等多个维度，综合评价某一能源利用方案的利弊，做出初步的理性判断。

评价与元认知目标：引导学生利用“观点证据推理”的评估量表，对自身及同伴在小组讨论中的发言质量进行互评；在课堂小结环节，通过绘制概念图或撰写学习日志，反思自己在建构“化石能源合理利用”知识体系时所运用的方法和遇到的思维障碍。三、教学重点与难点

教学重点：对化石能源（煤、石油、天然气）作为混合物，通过不同加工方式（物理的、化学的）获得多种重要产品，及其利用过程伴随环境影响的系统性、结构化认识。其确立依据在于，此认知结构是课标要求的核心，亦是连接物质性质、变化与社会应用的关键枢纽。从学业评价看，涉及化石能源综合利用、产品判断及环境问题的试题是中考的常见载体，侧重考查学生在具体情境中调用系统知识解决问题的能力。

教学难点：学生如何整合化学、地理、社会等多维度信息，对“化石能源的合理利用”这一开放性社会议题进行基于证据的、辩证的初步分析与决策。难点成因在于，这超越了单一知识点记忆，要求学生克服非此即彼的线性思维，在认知上完成从“是什么”、“怎么样”到“怎么办”的跨越，并理解其中涉及的复杂利益权衡。突破方向在于提供结构化的决策支架（如多维评估矩阵）和丰富的、贴近生活的争议性案例，引导学生在模拟协商中体验综合决策的复杂性。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：制作交互式课件，内含《流浪地球》片段、化石能源形成动画、石油分馏塔仿真模型、全球能源消费与碳排放动态图表；准备煤干馏实验微型装置（通风橱内演示）、石油分馏产品样本瓶（汽油、煤油、润滑油等）。1.2学习资料：设计分层学习任务单（含基础导学、核心探究、拓展挑战三个版本）、小组讨论角色卡（含“化学工程师”、“环保局长”、“经济学家”、“社区代表”）、课堂巩固分层练习卡。2.学生准备

预习教材，完成前置调查问卷（“我家一个月使用的能源”）；以小组为单位，通过网络搜索一则与化石能源相关的近期新闻（正面或负面皆可）。3.环境布置

教室桌椅调整为小组合作式，每組45人；黑板划分为核心概念区、探究线索区与观点生成区。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与问题提出：“同学们，我们先看一段熟悉的电影片段。”播放《流浪地球》中“行星发动机”启动的震撼场景。“大家想一想，推动这样一个庞大计划运转的能源是什么？对，是重核聚变，一种未来科技。但如果我们把目光拉回脚下的地球，驱动我们现代社会这艘‘大船’的核心动力源又是什么呢？”短暂讨论后，呈现一组对比鲜明的图片：一边是灯火通明的都市、穿梭的车流，另一边是矿井、油井和雾霾笼罩的城市。“这强大的动力，主要来自于深埋地底的‘远古阳光’——化石能源。它给我们带来了繁荣，也投下了阴影。那么，我们该如何科学地认识它，又该如何负责任地使用它呢？这就是今天我们要共同探寻的核心问题。”

1.1明晰路径与唤醒旧知：“为了回答这个宏大的问题，我们将化身‘能源侦探’，沿着一条线索展开探究：第一站，回溯时光，看看这些‘黑色金子’是如何诞生的；第二站，深入工厂，看看人类如何用化学的智慧‘点石成金’，将它们变成各种产品；第三站，也是最重要的，我们将举行一场‘能源听证会’，综合评估它的功与过，共同探讨如何走好未来的能源之路。还记得我们学过的燃烧反应和有机物吗？它们将成为我们侦探工具箱里的重要工具。”第二、新授环节

本环节采用支架式探究，通过递进式任务驱动学生自主建构。任务一：探寻“黑色宝藏”的身世——化石能源的形成与组成教师活动：“首先，我们来破解化石能源的‘身世之谜’。”播放动态示意图，展示古代生物遗骸在漫长地质年代中经历复杂变化形成煤、石油、天然气的过程。教师同步解说：“请注意这个时间尺度，是以‘百万年’为单位的。所以，有同学说它们是‘可再生资源’，对吗？…没错，对人类历史而言，它们几乎是不可再生的。”接着，聚焦物质组成：“它们并非纯净物，而是复杂的‘混合物大礼包’。”通过图表展示煤的主要元素是C，含少量H、O、N、S等；石油主要是各种烃类混合物；天然气主要成分是CH₄。并设问：“结合燃烧知识，谁能推测一下，如果这些燃料中含有硫、氮元素，燃烧后可能会产生什么？”学生活动：观看动画与图表，感知形成的漫长性与复杂性。根据教师引导，对比可再生与不可再生资源的特点。分析元素组成，联系已有知识，推测含硫、氮燃料燃烧可能产生二氧化硫、氮氧化物等物质，并记录下来。即时评价标准：①能否准确描述化石能源形成的核心条件（古代生物、漫长地质年代、复杂变化）；②能否基于“形成时间极长”这一特征，正确判断其“不可再生”属性；③能否将燃料元素组成（S、N）与潜在的燃烧产物建立合理关联。形成知识、思维、方法清单：

★化石能源的形成：煤、石油、天然气是由古代生物遗骸经复杂的地质变化而形成的，该过程极其漫长，故它们属于不可再生能源。“大家记住，我们今天烧的每一滴油，都可能封印着一只史前的小生物呢。”

★化石能源的组成：均为混合物。煤主要含碳元素；石油主要含碳、氢元素，是多种烃的混合物；天然气主要成分是甲烷(CH₄)。▲关联思维：组成决定性质，其中的杂质元素（如S、N）是后续环境问题的“化学根源”。任务二：解码“工业血液”的魔法——化石能源的加工与利用教师活动：“知道了‘是什么’，接下来看看人类如何‘变废为宝’、‘化粗为精’。”这是关键技能点。首先演示煤的干馏实验（在通风橱中），提醒学生重点观察实验装置的分区、产物的状态与性质。“大家看，坚硬的煤块隔绝空气加强热后，产生了气体、液体和固体，这主要是什么变化？对，是化学变化，因为生成了新物质。”接着，转向石油。“石油可不能这么‘一锅炖’，它需要更精细的‘分家’技术——分馏。”利用仿真交互模型，动态展示分馏塔内根据各组分沸点不同进行分离的过程。“请一位同学上来‘点击’不同的出口，看看能得到什么产品。”教师引导对比：“干馏和分馏，一字之差，本质有何不同？一个是化学变化‘造新物’，一个是物理变化‘分旧物’。”学生活动：观察煤干馏实验，描述现象，判断变化类型。操作或观看石油分馏仿真模型，认识汽油、柴油、润滑油等主要产品及其获取原理。通过对比分析，明确干馏（化学变化）与分馏（物理变化）的本质区别。完成学习任务单上的加工流程框图。即时评价标准：①能否清晰描述煤干馏实验的主要现象并正确判断其为化学变化；②能否通过分馏模型操作或观察，理解沸点差异是分离石油混合物的原理；③能否准确辨析干馏与分馏在变化本质上的核心区别。形成知识、思维、方法清单：

★煤的综合利用——干馏：将煤隔绝空气加强热，得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。这是化学变化。“这就像给煤做了一次‘深度分解手术’，得到了更有价值的‘器官’。”

★石油的综合利用——分馏：利用石油中各成分沸点不同，加热分离。这是物理变化。主要产品：汽油、煤油、柴油、润滑油等。▲易错点：分馏是分离混合物，不是分解反应。

★天然气：主要作为清洁燃料使用，也是重要的化工原料。任务三：审视“燃烧之舞”的阴影——化石能源利用的环境影响教师活动：“现在，这些能源产品通过各种方式，最终在燃烧中释放能量，跳起了‘燃烧之舞’。但这舞蹈也投下了阴影。”引导学生回顾任务一中的推测，系统梳理：完全燃烧产物（CO₂、H₂O）与不完全燃烧产物（炭黑、CO）；含硫、氮燃料燃烧产生SO₂、NOx。“那么，这些排放物进入环境后，会引发哪些连锁反应呢？”通过动态示意图，直观展示温室效应、酸雨形成、粉尘污染的过程。“请根据图示，用你自己的话描述一下‘酸雨是如何形成的’。”学生活动：根据教师引导，系统列出化石燃料燃烧的可能产物。观看环境效应示意图，理解CO₂与温室效应、SO₂/NOx与酸雨之间的因果关系。尝试描述酸雨的形成过程，并与同学交流。即时评价标准：①能否系统列举化石燃料燃烧的主要产物（包括完全与不完全燃烧，及杂质燃烧产物）；②能否在示意图辅助下，解释温室效应和酸雨形成的基本原理；③表达是否清晰、有条理。形成知识、思维、方法清单：

★化石燃料燃烧的环境问题：1.温室效应：大量CO₂排放导致。2.酸雨：SO₂、NOx排放导致（pH<5.6）。3.不完全燃烧：产生CO（有毒）、炭黑等造成污染。▲因果链思维：建立“燃料含S/N→燃烧产生SO₂/NOx→大气中转化→形成酸雨”的证据链条。任务四：谋划“未来之路”的蓝图——化石能源的合理利用策略教师活动：“问题已然清晰，我们是因噎废食，彻底抛弃化石能源，还是另寻他途？”组织“能源发展战略研讨会”。将学生分组，每组抽取一个角色卡（化学工程师、环保局长等），围绕“如何合理利用化石能源”提出至少两条建议。教师提供策略“锦囊”作为支架：①节约与提高效率（如节能减排）；②综合利用与清洁加工（如煤的清洁利用、石油化工）；③开发替代能源（如风能、太阳能）；④技术创新（如碳捕集与封存CCS）。“好，现在请各位‘专家’从你们的角色出发，进行3分钟小组讨论，准备你们的‘建言献策’。”学生活动：抽取角色，进入情境。小组内结合“锦囊”和已有知识，从指定视角讨论并提出合理化建议。推选代表准备发言。即时评价标准：①所提建议是否与化石能源的合理利用主题直接相关；②建议是否在一定程度上体现了所扮演角色的立场与关切；③小组讨论是否有序，每位成员是否参与。形成知识、思维、方法清单：

★化石能源的合理利用策略：1.提高效能，节约使用（根本）。2.清洁加工，综合利用（关键）。3.大力开发新能源（方向）。4.技术创新（如CCS，助力减排）。▲辩证与系统思维：理解“合理利用”不是简单放弃，而是包含节能、提效、清洁化、多元化的综合性系统工程。这是我国“双碳”战略在能源领域的具体体现。任务五：综合听证与观点交锋教师活动：主持简短的“听证会”。请各小组代表依次发言（限时1分钟）。教师将关键词记录在“观点生成区”。随后，提出进阶问题引发思考：“听了各方观点，我们发现‘发展’与‘环保’常常需要权衡。例如，某个地区发现大型煤矿，是立即开采促进经济，还是优先保护生态？有没有‘第三条道路’？”鼓励学生跳出非此即彼的思维。学生活动：小组代表陈述观点，其他组倾听。思考教师提出的权衡性问题，尝试从多角度发表看法，理解社会决策的复杂性。即时评价标准：①发言是否紧扣主题，观点明确；②能否在倾听不同角色观点后，对能源问题的复杂性有初步认知；③能否尝试从多个维度思考一个具体的能源环境社会矛盾。形成知识、思维、方法清单：

▲社会性科学议题(SSI)的决策思维：面对与科技相关的社会问题（如能源政策），没有唯一正确答案，需要综合科学证据、经济效益、环境影响、社会公平等多重因素，进行审慎的权衡与协商。“这要求我们不仅要有科学头脑，还要有人文情怀和社会视野。”第三、当堂巩固训练

采用分层练习卡，学生根据自我评估选择完成。基础层（全体必做）：1.判断：石油的分馏是化学变化。（）2.填空：天然气的主要成分是______，它燃烧的化学方程式为______。3.连线：将煤、石油、天然气与其对应的综合利用方式连接起来。综合层（鼓励多数完成）：阅读一则关于“我国煤制烯烃技术取得突破”的简短新闻，回答：（1）该技术属于化石能源合理利用中哪一策略？（2）与直接燃烧煤相比，该技术可能带来哪些环境效益？挑战层（学有余力选做）：尝试为一个拟建的火力发电厂设计一份简短的“绿色建议书”，需从燃料预处理、燃烧过程、尾气处理至少两个环节提出具体设想，并简述理由。反馈机制：基础层答案通过集体核对快速反馈。综合层与挑战层选取代表性答案，通过实物投影展示，进行同伴互评与教师精讲。重点关注学生能否将所学策略与具体情境相关联，以及论证的逻辑性。第四、课堂小结

“旅程接近尾声，让我们一起来绘制今天的‘能源认知地图’。”引导学生共同回顾，教师板书形成结构化脉络图：从“形成（不可再生）”到“加工（干馏/分馏）”到“利用（燃烧）”到“影响（环境问题）”再到“出路（合理利用策略）”。“现在，请大家花一分钟，在笔记本上写下你今天最大的一个收获，或者还存在的一个疑惑。”随机分享。“看来，化石能源的故事，既是化学的故事，也是人类文明与地球家园互动的故事。如何续写一个更可持续的篇章，需要我们每一个人的智慧与行动。”

作业布置：必做：整理本节知识清单；调查家庭月度燃气/汽油账单，估算对应的碳排放量（提供简易公式）。选做（二选一）：①绘制一幅宣传“节约能源，绿色生活”的科普小漫画。②撰写一篇短文，探讨“如果石油突然枯竭，我们的日常生活哪些方面会受到最大冲击，该如何应对？”。六、作业设计

基础性作业（必做）：1.系统梳理本节课的核心知识点，完成“化石能源的形成、加工、利用与挑战”知识结构图。2.完成教材本节后相关的基础练习题，巩固对煤、石油、天然气组成、加工及燃烧产物的辨识。3.家庭小调查：记录家中近一个月的天然气使用量或汽车加油量与里程，利用教师提供的简易碳排放计算器，估算家庭交通或炊事产生的碳排放，并思考一条可行的家庭节能减碳措施。

拓展性作业（建议完成）：4.情境分析题：阅读关于“我国‘煤改气’工程成效与挑战”的新闻报道摘要，从化学视角分析“煤改气”对改善空气质量可能带来的积极影响，并思考在推行过程中可能遇到的实际困难（如气源保障、成本等）。5.微型项目设计：以“未来节能校园”为主题，设计一个旨在减少校园化石能源消耗（如电力、供暖等间接消耗）的倡议方案或技术创意（如智能照明、倡导低碳出行等），要求列出至少3条具体措施并简述其原理。

探究性/创造性作业（选做）：6.深度研究：选择一种清洁煤技术（如IGCC整体煤气化联合循环）或碳捕集与封存（CCS）技术，查阅资料，撰写一份不超过500字的简易科普报告，说明其基本原理和潜在意义。7.跨学科创作：以“一滴石油的旅程”为题，创作一篇科学小品文或一个短视频脚本，艺术化地展现石油从形成、开采、炼化到最终被使用（或废弃）的生命周期，并融入对其环境与社会影响的思考。七、本节知识清单及拓展

★1.化石能源的定义与形成：指煤、石油、天然气等由古代生物遗骸经复杂地质变化形成的能源。核心特征：不可再生性（形成需数百万年以上）。教学提示：强调时间尺度，是理解其“有限性”和“珍贵性”的基础。

★2.化石能源的组成：均为混合物。煤：主要含C，少量H、O、N、S；石油：多种烃类（碳氢化合物）的混合物；天然气：主要成分是甲烷(CH₄)。关联：杂质元素（S、N）是导致环境问题的重要化学因素。

★3.煤的综合利用——干馏：将煤隔绝空气加强热，发生化学变化，得到焦炭、煤焦油、焦炉气等新产品。这是实现煤资源高效、清洁利用的重要途径。

★4.石油的综合利用——分馏：利用石油中各组分沸点不同进行分离，是物理变化。主要产品：汽油、煤油、柴油、润滑油、沥青等。分馏塔是核心工业设备。

★5.天然气利用：主要作为清洁燃料（燃烧产物主要为CO₂和H₂O，几乎无污染），也是重要的化工原料（如制氢气、合成氨）。

★6.化石燃料燃烧的产物：(1)完全燃烧：C→CO₂，H→H₂O；(2)不完全燃烧：可能产生CO（有毒）、炭黑；(3)含S燃料：生成SO₂；(4)高温下，空气中N₂参与反应生成NOx。

★7.主要环境问题：(1)温室效应：大量CO₂排放增强大气保温作用。(2)酸雨：SO₂、NOx排放导致，pH<5.6，腐蚀建筑、危害生态。(3)粉尘污染。

★8.合理利用化石能源的核心策略：(1)节约与提高能源效率（治本之策）；(2)清洁加工与综合利用（变“废”为宝，提升价值）；(3)积极开发与利用新能源（风能、太阳能、氢能等）；(4)发展低碳技术（如碳捕集、利用与封存CCUS）。

▲9.辩证看待化石能源：既要看到其作为当前主体能源，对社会经济发展的巨大支撑作用（“功”）；也要清醒认识其不可再生性和带来的严峻环境挑战（“过”）。能源转型是一个渐进过程。

▲10.“碳中和”的化学视角：目标是通过植树造林、节能减排、CCUS等形式，抵消人为排放的CO₂，实现“净零排放”。化学在开发低碳技术、新型储能材料等方面扮演关键角色。

▲11.系统思维方法：分析能源问题，需建立“资源技术经济环境社会”的系统框架，避免单一、片面的观点。

▲12.社会性科学议题(SSI)决策：能源政策涉及科学、技术、伦理、政治等多方面，公众需具备基于证据参与讨论的能力，理解决策的复杂性与权衡性。八、教学反思

（一）目标达成度检视。本课预设的知识与能力目标达成度较高。通过观察课堂问答、任务单完成情况及巩固练习反馈，绝大多数学生能准确辨析干馏与分馏，系统阐述化石能源利用的环境影响及主要应对策略。情感与价值观目标在“能源听证会”环节得到有效渗透，学生讨论时展现出的对环保的关切和对国家“双碳”战略的认同感，是教学目标达成的生动证据。科学思维目标中的系统思维在板书总结和任务五中得到强化，但权衡思维对于部分学生而言仍显抽象，虽在案例讨论中有触及，其深度和内化程度有待课后作业和后续课程的持续培养。“学生能自己画出那条从形成到利用再到出路的主线吗？这是我下课时最想确认的。”

（二）教学环节有效性评估。1.导入环节：电影片段与对比图片成功创设认知冲突，迅速将学生从生活经验引向学科与社会问题的交叉点，驱动性问题有效统领了整节课。2.新授环节：五个任务构成的“脚手架”总体坡度适宜。任务一（形成与组成）与任务二（加工利用）衔接紧密，实验演示与仿真模型有效化解了工业流程的抽象性。“这里慢一点，让学生看清楚分馏塔每一层出来的东西，比讲十遍定义都有用。”任务三（环境影响）是对已有知识的逻辑延伸，因果链梳理清晰。任务四与任务五（策略与听证）是本课高潮与难点所在，角色扮演激发了参与热情，但讨论时间略显仓促，部分小组的“建言”深度不足，未能充分展开多维度权衡。若将角色资料准备得更充分（如提供简短的数据卡片），或能提升讨论质量。3.巩固与小结环节：分层练习满足了差异化需求，挑战层作业的展示起到了很好的思维示范作用。学生自主进行的结构化小结，表明他们已初步构建起知识网络。

（三）学生表现差异化剖析。课堂观察显示，约70%的学生（主流群体）能紧跟任务序列，积极参与讨论与练习，在教师提供的结构化支持下顺利完成知识建构。约20%的学优生不满足于基础结论，在挑战层问题和开放讨论中表现出色，能提出“除了CCS