九年级化学沪教版下册：第9章第2节 能源的综合利用 教学设计

九年级化学沪教版下册：第9章第2节能源的综合利用教学设计

一、教学背景分析

（一）教材分析

本节内容隶属于沪教版九年级化学下册第9章“化学与社会发展”第2节，是在学生学习了燃烧、化学反应中的能量变化、常见燃料等知识后，系统构建能源认知结构的关键节点。教材从能源分类入手，依次呈现化石燃料的形成、组成与加工方式，引入新能源的种类与开发现状，最终落脚于能源的综合利用策略与化学学科在其中的核心价值。本节既是化学基本概念与原理在社会议题中的迁移应用，也为后续高中化学“化学反应与能量”“资源综合利用与环境保护”等内容奠定认知基础，具有显著的承上启下作用。从课程内容组织看，教材注重事实性知识与观念性理解的融合，强调科学、技术、社会、环境相互关系，是落实“科学态度与社会责任”核心素养的理想载体。

（二）学情分析

九年级学生已具备物质变化、化学方程式书写、简单实验操作等基础化学能力，对燃烧、化石燃料等名词不陌生，但认知多停留在经验层面，缺乏对能源加工原理（如分馏、干馏）的系统理解，对新能源技术背后的化学原理更是知之甚少。该年龄段学生对社会热点问题有较强的好奇心与参与欲，具备初步的资料搜集与小组合作能力，但跨学科联系意识薄弱，对“化学如何具体解决能源问题”缺乏具象认知。因此，教学需要将抽象原理转化为可视化模型与递进式问题链，借助实验模拟、数字化工具与真实案例，帮助学生从“是什么”走向“为什么”和“怎么做”。

（三）教学理念与设计思路

秉持“素养导向、真实学习、学科实践”的课程改革理念，本设计以“能源危机何以破局——化学的使命”为大情境主线，将教材知识重构为四个进阶任务：探源（分类与价值）、析源（化石燃料的深度利用）、拓源（新能源的化学基础）、融源（多能互补与化学调控）。全过程贯穿“问题驱动—证据收集—模型建构—决策评价”的科学探究范式，融合地理、物理、生物、环境工程等跨学科视角，引导学生在解决真实问题中自主建构知识网络，发展宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任等化学学科核心素养。

二、教学目标与核心素养

（一）教学目标

1.知识与技能：能准确辨析一次能源与二次能源、可再生能源与不可再生能源；能说出煤、石油、天然气的组成特征及主要加工产品；能写出甲烷、氢气燃烧的化学方程式，解释干馏、分馏的本质区别；能列举氢能、太阳能、核能等新能源的利用方式及化学原理；能分析化学电池实现能量转化的基本思路。

2.过程与方法：通过煤的干馏模拟实验和石油分馏示意图判读，习得从实物、模型中提取加工方法的能力；通过小组合作绘制“能源家族树”与“化石燃料综合利用图谱”，发展分类归纳与系统化表达能力；通过“氢经济可行性评估”微型辩论，经历基于证据的科学论证过程。

3.情感态度与价值观：感受化石燃料的不可再生性与我国“多煤少油缺气”的资源禀赋，增强节约能源、保护资源的紧迫感；体认化学在开发清洁能源、提升能效中的不可替代性，树立“化学让能源更绿色”的专业自信；形成从全生命周期评价能源的理性态度，自觉践行低碳生活方式。

（二）核心素养体现

【宏观辨识与微观探析】通过石油分馏产物用途与分子大小的关系，建立宏微结合的能源加工认知；【变化观念与平衡思想】通过“碳达峰、碳中和”背景下能源结构调整，理解人为干预对能源供需平衡的影响；【证据推理与模型认知】构建“能源利用流程图”模型，用于分析不同能源从开发到终端消耗的化学过程；【科学探究与创新意识】设计简易化学电池实验，探究电极材料与电解质对电流的影响；【科学态度与社会责任】在评价核能安全性、生物质能土地竞争等议题时，培养基于证据的审辩式思维。

三、教学重难点

【重点】煤、石油、天然气的综合利用途径及涉及的核心化学变化；常见新能源的化学本质与利用瓶颈。

【难点】化石燃料加工过程中物理变化与化学变化的辨析（特别是分馏与干馏的本质区别）；化学能向电能转化的微观机制（原电池原理的启蒙级理解）。

【核心关切】将知识点背后所承载的可持续发展观念内化为学生的价值认同与行动自觉。

四、教学方法与学法指导

教法上采用“一境四梯”问题情境链教学法，即创设一个贯穿始终的真实困境——能源短缺与环境压力的双重挑战，设置四个逐层深入的任务阶梯，每个任务内嵌“感知冲突—实验/读图—解释重构—迁移应用”微循环。学法上倡导“可视化思维”与“跨界联想”，指导学生使用双气泡图对比物理加工与化学加工，使用时间轴图梳理能源利用史，使用SWOT矩阵分析某种新能源的推广前景。

五、教学资源与准备

教师准备：无烟煤块、干馏管、试管、酒精喷灯等干馏模拟器材；石油分馏工艺3D演示动画；氢氧燃料电池简易教具模型；不同种类水果、锌片、铜片、导线、LED小灯等原电池分组实验箱；碳排放计算器互动网页（离线版）。学生准备：分组完成“身边的新能源”课前微调研，拍摄照片或录制30秒短视频。

六、教学实施过程

（一）导入新课

上课伊始，教师投影展示两张航拍对比图：左侧为20世纪80年代某煤矿区全景，可见连绵煤山与浓烟林立的焦化厂；右侧为2024年该地区生态修复后图像，太阳能光伏板矩阵与风力发电机组交错分布，原露天矿坑已改造为蓄能电站。视觉冲击瞬间引发惊叹，教师顺势抛出核心问题：同一片土地，能源图景何以发生如此巨变？能源结构转型的背后，化学究竟扮演着怎样的角色？学生通过预习已粗知本节内容，此时思维被充分激活。教师并不急于作答，而是播放一段90秒微视频《能源72小时》，以快剪方式呈现煤电厂卸煤、加油站输油、加氢站充装、核电机组控制室等场景，要求学生边看边记录所见能源形态。视频结束后开展“能源卡牌接龙”：每组领取一套彩色卡片，上面印有煤炭、汽油、电力、氢燃料、柴薪、沼气等二十余种词条，限时将卡片贴到黑板预设的四个区域——“远古传承”“工业血液”“未来之光”“二次转化”。此活动既是前测，暴露学生对能源分类的模糊认知，又以游戏化方式迅速聚焦课题。【重要】【情境驱动】

（二）新课讲授

1.任务一：探源——能源的概念与分类

教师呈现四组实物标本：无烟煤块、分液漏斗中的石油、医用氧气瓶模型、干电池。学生分组触摸、观察后，尝试从不同维度为这些能源命名。当学生仅能说出“可燃烧”“不可再生”等零散特征时，教师引导进入“分类学思维”训练。以“来源是否直接取自自然”为一级分类标准，引出一次能源与二次能源，并令学生将课前所贴卡牌重新调整位置；再以“能否在较短时间内再生”为二级标准，厘清可再生能源与不可再生能源。此间需重点纠偏常见误区，例如电力是典型的二次能源，而其可再生性取决于发电的一次能源种类。随即引入【一般】【高频概念辨析】“能源家族树”绘制任务：各小组在A3纸上设计层级结构图，必须涵盖煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能、核能、生物质能、氢能、地热能等至少十二种能源，并用双色笔标注出其中由化学能直接转化而来的品种。教师巡视中择机追问：“为什么教材将核能归为新能源，而它其实早已应用于发电？”引导学生意识到“新能源”是动态历史概念，与技术水平及规模化程度相关。小组互评阶段，教师选取三份典型作品投屏，针对将“汽油”标为一次能源、将“天然气”完全归类为可再生能源等典型错误展开集体修正，并通过追问“假如石油形成周期缩短至十年，它还是不可再生能源吗”促使学生理解可再生性的相对本质。【重要】【科学思维】

2.任务二：析源——化石燃料的综合利用

本任务是全课认知负荷最高的部分，分解为三个子环节。

第一子环节：煤的“黑色宝藏”。教师演示改良型煤干馏实验：将烟煤粉末装入硬质试管，加强热后导管导出气体，可点燃产生淡蓝色火焰；试管壁上有油状冷凝物；冷却后试管内残留银灰色焦炭。学生迅速记录“隔绝空气加强热→多种产物”这一核心事实，教师以化学史话方式补充：若将煤直接燃烧，热效率仅约20%，而通过干馏获得的焦炭可用于冶金，煤焦油是医药、染料之母，粗氨水可制氮肥，煤气是优质气体燃料。此即【非常重要】【高频考点】煤的综合利用。为突破“干馏是化学变化”这一难点，教师投影煤的大分子结构模型示意图，动画演示苯环断裂、小分子重组过程，学生对比物理变化中石油分馏仅仅是沸点差异分离，在笔记本上用T型表分列两者本质区别。随后立即嵌入限时训练：给出四种工业过程——石油常压分馏、煤焦油分馏、石油裂化、煤的气化，要求学生判断分别属于何种变化类型并说明理由。当堂订正时强化：“分馏”不改变分子结构，是物理变化；“干馏”“气化”“液化”都断裂旧键形成新键，是化学变化。【非常重要】【必考易混】

第二子环节：石油的“分子筛分”。由于课堂无法直接进行分馏实验，教师采用交互式动画：塔板模型自下而上温度递减，学生通过拖拽C5-C20等不同碳数烃分子至对应馏分出口，实时反馈正误。动画结束后，学生归纳汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、沥青的碳原子范围与主要用途，并重点标注汽油的“辛烷值”概念——此为内燃机抗爆性指标，直馏汽油辛烷值低，需催化裂化或重整获取高辛烷值组分。教师借机埋下伏笔：石油不仅提供燃料，更是现代有机化工的原料基石，从合成纤维到塑料，从化肥到药物，皆可溯源至此。为巩固记忆，全班共同完成“石油的馈赠”接龙：教师说“汽油——驱动汽车”，学生依次说出“煤油——航空动力”“柴油——重型机械”“石蜡——蜡烛照明”“沥青——铺路筑桥”等，并轮换到第二位学生继续关联下游产品如“乙烯——制聚乙烯”“丙烯——生产口罩”等，充分展开石油化工树状图。【重要】【生活联结】

第三子环节：天然气的“清洁之惑”。通过中缅油气管道地图引入，学生计算甲烷燃烧热值与二氧化碳排放量（提供数据：每摩尔甲烷与煤粉释放同等热量时，CO2排放减少约40%），自然得出“天然气是相对清洁的化石燃料”结论。教师随即出示大气中甲烷浓度监测曲线，指出其温室效应潜势是二氧化碳的二十余倍，管道泄漏风险不容忽视。此时组织“30秒立场牌”：对于“我国应大力推广天然气替代煤炭”这一观点，学生手持红绿卡表态并说明理由，课堂形成补充核能、加速光伏等多元化声音，教师不做对错裁决，而是提炼“任何能源都有环境成本，综合利用是扬长避短”的核心观念。【热点】【批判性思维】

3.任务三：拓源——新能源的开发与前景

课前学生分组完成了“身边的新能源”微调研，此刻进入“新能源推介会”环节。第一组聚焦氢能，现场展示利用铝粉与氢氧化钠溶液反应制取氢气并吹起气球，教师引导归纳氢能三大优势：热值高、产物水、来源广；同时呈现储氢罐泄露模拟视频，追问“氢脆现象与化学吸附储氢原理”，学生虽无法深入理解金属氢化物，但能建立“氢安全可控”的认知。教师强调【重要】【科技前沿】电解水制氢若使用火电则全周期不低碳，必须匹配风电、光伏，引出“绿氢”“蓝氢”“灰氢”分类标准，学生大感新奇，主动笔记。第二组分享太阳能，除展示家中太阳能热水器照片，还通过小型太阳能电池板驱动风扇验证光电转化，教师及时补充光伏电池核心材料——单晶硅、多晶硅、碲化镉、钙钛矿，并指出当前化学研究热点是提高光电转化效率与稳定性。第三组以核电站沙盘模型讲解裂变原理，教师予以肯定并延伸：可控核聚变被视为终极能源，“人造太阳”托卡马克装置中氘氚反应是化学无法参与的纯物理过程，但反应堆材料耐腐蚀涂层、核废料玻璃固化等技术离不开化学家贡献。第四组汇报生物质能，结合本地秸秆焚烧治理，介绍沼气发酵工艺，教师提问：“用玉米制乙醇汽油是否与人争粮？”学生在辩论中意识到能源作物与粮食安全、土地资源的复杂关联。【非常重要】【跨学科整合】教师最后系统梳理新能源开发中化学的四个着力点：新材料（如储氢合金、光伏靶材）、新反应（如光催化分解水）、新装置（如燃料电池）、新工艺（如生物丁醇发酵）。全环节以学生展示为主体，教师仅做提升提炼，课堂气氛活跃而富有思辨性。

4.任务四：融源——能源综合利用的化学智慧

此任务旨在统摄前三个任务，将分散知识点整合为系统性解决方案。教师首先呈现某“零碳产业园”能源调度界面截图，其中风电、光伏、储能电站、燃气轮机、电解制氢、燃料电池发电等单元协同运行。学生以四人小组为单位，领取一份“海岛能源独立方案设计任务书”：某远离大陆的海岛年均风速7m/s，年日照时数2200h，现有柴油发电机为主要电源，居民千余人，欲在2030年实现碳中和。各组需在15分钟内，从能源种类、转化设备、储能方式、化学技术支撑四个维度草拟规划要点，并预判一条实施阻力。教师提供支架——能源综合利用流程图模板，其核心逻辑线为“自然资源→采集/开采→转化/加工→储存/输运→终端消费”，要求每组至少在三处环节写明具体化学原理或化学产品。巡视中发现学生能将焦炭用于还原铁矿石以建造风机塔筒，能将钒液流电池写为储能选项，能从海水淡化联想到反渗透膜的界面聚合化学等，令人惊喜。汇报阶段，第一组创意亮点是“波浪能耦合电解海水制氢”，第二组关注退役风机叶片的热固性树脂降解难题，第三组则提出利用改性沸石捕捉空气中CO2与电解氢合成甲醇。教师对每一方案均以“化学增能”视角点评，将零散设想升维为【核心观念】“化学是能源系统灵活性、清洁性、安全性的关键赋能者”。本任务不设标准答案，重在促使学生调用本节全部认知资源，模拟科学家工程师解决真实复杂问题，实现知识的意义建构与价值内化。【难点】【素养达成】

（三）巩固提升

教师从近年来各省市中考真题及模拟题库中遴选出四道梯度例题，以“能源通关站”形式推进。第一站为基础概念辨析题，要求学生辨析“天然气是可再生能源”“电力是一次能源”等五个命题，此为【高频考点】【简单】；第二站为流程图推断题，呈现煤基甲醇合成路线，学生根据反应物元素组成推断中间产物，书写CO与H2合成甲醇的化学方程式；第三站为数据图表分析题，给出不同发电方式全生命周期碳排放对比雷达图，学生指出碳排放最低的两种方式并解释核废料处理为何不纳入温室气体核算范畴，此设问极具思辨性，区分度较高；第四站为微型实验设计题，提供柠檬、铁钉、铜钥匙、发光二极管，要求设计方案使二极管发光并解释能量转化路径，此为【热点】【创新迁移】。全部例题采用小组抢权，答对小组获得“能量积分”，答错则由教师引导全班诊断归因，不留知识死角。

（四）课堂小结

摒弃教师单向总结模式，实施“三句话复盘”：每位学生闭眼思考三十秒，在学案上写下三句话——今日习得的一个核心化学原理、一处原有认知修正、一个还想探究的问题。教师随机抽取六人分享，高频词云实时生成于屏幕：“干馏化学变化”“氢能全周期”“电池化学能→电能”“煤焦油用途”……教师据此勾勒本节知识结构图：以能源综合利用为圆心，外环辐射分类视角、加工方式、新能源图谱、化学策略。特别回应导入问题：煤炭矿区变身风光电站，绝非简单拆除与替换，而是基于全系统能源规划，其中化学既提供光伏材料提纯技术，也贡献电化学大规模储能方案，更主导碳材料循环利用路径。学生于无形中达成价值认同——化学是绿色未来的建设性力量。

（五）布置作业

作业设计采取“基础+拓展+长周期”三级选做模式。基础作业为绘制“能源综合利用思维导图”，必须包含本节全部十二个核心概念及相互关联，旨在知识结构化。拓展作业为“家庭能源使用诊断报告”，学生调查自家过去三个月电费单、燃气账单，计算人均碳排放，并从节能电器、行为习惯、小型改造（如安装太阳能阳台灯）三方面提出改进建议，要求附照片或票据扫描件，体现真实学习。长周期作业为“假如我是能源规划师”主题征文或微视频制作，鼓励跨学科组队，结合地理资源分布、物理能量转化、化学