《化学与能源开发利用｜教师备课专用》

1备课核心依据与整体定位演讲人2026-06-12备课核心依据与整体定位01核心知识体系的备课梳理02备课教学设计与实施建议03目录《化学与能源开发利用｜教师备课专用》我作为一名拥有12年一线高中化学教学经验的教师，在备《化学与能源开发利用》这一单元内容时，深刻感受到这一模块是衔接化学反应原理、化学与社会发展两大知识板块的核心载体，也是落实“科学态度与社会责任”化学核心素养的关键抓手。本次备课我严格对接2017版（2020修订）普通高中化学课程标准要求，兼顾知识的系统性与前沿性，梳理出适用于课堂教学的完整内容框架，下文从备课核心依据、核心知识体系构建、教学设计实施三个维度展开，最后进行整体总结。首先，我先明确本次备课的核心依据与整体定位，这是后续教学设计与实施的前提。备课核心依据与整体定位011课标要求与核心素养对接新课标对本模块的明确要求为：认识化学在解决能源危机中的重要作用，知道开发高能清洁燃料和新型化学电源的重要性，能结合具体案例说明化学对能源技术发展的推动作用。对应化学学科核心素养，本模块的落点可分为四层：一是宏观辨识与微观探析，从化学键断裂与生成的微观本质理解能源转化过程中的能量变化；二是变化观念与平衡思想，认识能源转化是有条件、有方向的化学变化，可通过调控反应条件提高转化效率；三是证据推理与模型认知，建构从化学视角分类能源、评价能源利用效率的认知模型；四是科学态度与社会责任，对接国家“双碳”战略，认识化学在能源转型中的核心价值。在过往听过的多节公开课中，我发现不少教师容易把本模块上成泛化的科普课，只讲能源政策不讲化学本质，因此我在备课时特意明确了素养落点，确保所有情境和活动都围绕化学核心知识展开。2学情分析与备课重难点设定2.1学情基础本模块一般安排在高二下学期教学，此时学生已经掌握了化学反应与能量变化、化学键、电化学基础等核心知识，能从生活经验出发说出常见能源的种类，但大多停留在地理学科的分类视角，没有从化学本质层面理解能源转化的过程，对当前能源领域的前沿技术的化学原理了解极为有限。2学情分析与备课重难点设定2.2常见认知误区梳理结合我过往的教学记录，学生学习本模块的常见错误可总结为三点：一是混淆传统能源加工过程中的物理变化与化学变化，比如普遍认为煤的气化、液化是物理变化；二是不能从电极反应的本质理解新型化学电源的工作原理，仅停留在记住锂离子电池是新能源的层面；三是对“双碳目标”的认知停留在政策口号层面，不理解化学在实现碳减排中的核心作用。2学情分析与备课重难点设定2.3备课重难点设定基于以上分析，我将本模块的教学重点设定为：从化学视角理解能源转化的核心原理，认识化学在传统能源清洁化利用、新能源开发中的核心作用；教学难点设定为：建构“化学技术-能源发展-社会需求”之间的逻辑关联，落实“双碳”目标下的社会责任素养。基于以上备课定位与学情分析，接下来我打破了教材原有按能源类型简单罗列的框架，从化学本质出发重构本单元的核心知识体系，梳理出分层递进的教学内容。核心知识体系的备课梳理021能源分类的化学视角重构日常教学中多数教师仅采用“可再生/不可再生”“一次能源/二次能源”的分类方式，无法体现本模块的化学学科价值，因此我备课时增加了化学视角的分类维度：按照能量储存与转化的本质，将能源分为两类，一类是化学储能型能源，包括煤、石油、天然气、生物质能、氢能等，能量直接储存在化学键中，通过化学反应释放能量；另一类是物理能量型能源，包括风能、水能、太阳能辐射能等，这类能源本身为物理形式的能量，必须通过化学过程转化为可储存、可运输的化学能或电能才能被人类稳定利用。这个分类方式我去年在试教时使用过，学生一下子就能建立“化学是能源开发利用核心支撑”的认知，比传统分类更能体现本模块的学科价值。2传统能源利用中的化学核心问题我国当前“富煤、贫油、少气”的能源结构决定了传统能源仍是我国近一段时期的主要能源来源，传统能源的清洁化利用是能源转型的核心过渡路径，这部分内容是学生需要掌握的核心知识。2传统能源利用中的化学核心问题2.1煤炭清洁转化的化学原理煤炭的清洁转化核心是将固体煤炭转化为清洁的燃料或化工原料，核心加工路径包括三种：一是煤的干馏，即隔绝空气加强热使煤分解，过程中发生复杂的物理变化和化学变化，产物包括焦炭、煤焦油、焦炉气，实现了固体煤的初步清洁化与资源化利用；二是煤的气化，即固体煤在高温下与水蒸气反应生成水煤气（CO和H₂），属于化学变化，把固体燃料转化为气体燃料，大幅降低了污染物排放；三是煤的液化，分为直接液化和间接液化，直接液化是煤在高压、催化剂条件下与氢气反应生成液体燃料，间接液化是先将煤气化为合成气（CO+H₂），再催化合成为甲醇等液体燃料，两种路径均属于化学变化。针对学生容易混淆变化类型的问题，我备课时特意设计了对比表格，将三种加工方式的条件、产物、变化类型进行整理，有效解决了学生的认知误区。2传统能源利用中的化学核心问题2.2石油加工的化学本质石油加工的核心需求是获得符合不同使用要求的燃料和化工原料，核心加工过程可分为四层：一是分馏，利用不同组分沸点差异进行分离，属于物理变化，产物包括石油气、汽油、柴油、重油等，但分馏得到的直链汽油辛烷值低，无法满足现代发动机的需求，产量也不足；二是裂化，在催化剂、加热条件下将长链烷烃断裂为短链烷烃和烯烃，属于化学变化，核心目的是提高汽油的产量和质量；三是裂解，是更高温度下的深度裂化，核心目的是获得乙烯、丙烯、丁二烯等短链化工原料，属于化学变化；四是催化重整，在催化剂作用下将直链烃转化为支链烷烃或芳香烃，既可以提高汽油的辛烷值，也可以获得芳香烃化工原料，属于化学变化。过往教学中我发现学生经常混淆裂化和裂解的差异，因此备课时设计了问题链：为什么分馏之后还要裂化？裂化之后为什么还要裂解？从社会需求出发区分两个过程的本质差异，帮助学生理解记忆。2传统能源利用中的化学核心问题2.3传统能源污染物控制的化学路径传统能源利用的核心环境问题是硫化物、氮化物排放和二氧化碳排放，对应的化学控制路径已经成熟：一是硫化物控制，当前主流技术为钙基固硫，即生石灰在燃烧过程中与二氧化硫反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙进一步被氧化为硫酸钙，实现硫的固定，此外还有氨法脱硫，吸收二氧化硫后得到硫酸铵可作为化肥使用；二是氮氧化物控制，主流技术为选择性催化还原，用氨气在催化剂作用下将氮氧化物还原为氮气和水，无二次污染；三是二氧化碳控制，当前快速发展的技术为碳捕捉、利用与封存（CCUS），即用有机胺溶液或氧化钙吸收二氧化碳，分离提纯后要么封存，要么转化为甲醇、碳酸酯等化工产品实现资源化利用，这部分内容我加入了我国最新的工业化项目案例，对接“双碳”目标，让学生感受到化学的实际应用价值。2传统能源利用中的化学核心问题2.3传统能源污染物控制的化学路径传统能源的清洁化利用是能源转型的过渡路径，开发零排放的新型清洁能源才是实现“双碳”目标的核心方向，化学在新能源开发中起到不可替代的核心支撑作用，以下是我梳理的这部分核心内容。3新能源开发的化学核心支撑3.1氢能开发的关键化学问题氢能被认为是最理想的清洁能源，热值高、产物无污染，当前氢能开发的三个核心环节都依赖化学技术突破：一是制备，当前主流的三种路线分别为灰氢（化石燃料制氢，碳排放较高）、蓝氢（化石燃料制氢搭配碳捕捉，低排放）、绿氢（可再生能源发电电解水制氢或光催化直接分解水制氢，零排放，是未来的发展方向）；二是储存，当前主流技术除了高压气态储存、低温液态储存外，固态储氢是研发热点，通过金属氢化物、有机液体储氢解决了传统储存的氢脆、安全性问题，这部分内容是我上个月参加省级新课标教研培训学到的最新内容，补充到备课内容中可以让学生接触学科前沿；三是应用，核心是氢氧燃料电池，通过电极反应将氢能直接转化为电能，能量转化效率远高于燃烧发电。3新能源开发的化学核心支撑3.2化学电源与储能技术风能、太阳能等可再生能源发电具有间歇性，必须配套大规模储能技术才能稳定供电，化学储能是当前应用最广的储能方式，核心是各类化学电源：一次电池的核心原理是利用自发氧化还原反应释放电能，学生需要掌握碱性锌锰电池的电极反应；二次电池也就是可充电电池，核心原理是离子的脱嵌与氧化还原反应的可逆性，常见的铅酸电池、锂离子电池，当前已经实现量产的钠离子电池因为钠资源丰富、成本低，适合大规模储能，我备课时加入了钠离子电池与锂离子电池的原理对比，说明二者本质都是阳离子在正负极之间的脱嵌，差异仅在于电极材料和适用场景；此外，燃料电池、固态电池等前沿技术的核心原理也做了基础介绍，让学生了解化学研究对能源技术的推动作用。3新能源开发的化学核心支撑3.3太阳能与生物质能的化学转化太阳能除了光伏发电的物理转化路径外，光化学转化是重要的研发方向：通过光催化剂直接分解水制氢，或者光催化还原二氧化碳制备甲烷、甲醇等燃料，将太阳能转化为可储存的化学能，实现碳的循环利用。生物质能是典型的可再生碳源，核心转化路径包括发酵法制备乙醇、酯交换法制备生物柴油，本质是利用植物光合作用储存的太阳能，燃烧释放的二氧化碳等于植物生长吸收的二氧化碳，属于零碳能源，符合“双碳”目标的要求。4能源开发利用中的社会责任建构能源开发利用本身是一把双刃剑，人类发展需要能源，但是不合理的能源利用会带来环境问题，化学不仅承担着开发能源的责任，也承担着解决能源环境问题的责任。我备课时特意加入了我国能源结构的基本国情：我国富煤贫油少气，短时间内无法完全替代化石能源，因此“双碳”目标不是否定化石能源，而是通过化学技术实现化石能源的清洁化利用，逐步有序推动能源转型，不能一蹴而就。帮助学生建立科学的能源观，避免错误认知，培养学生从实际出发理解国家政策的科学素养。基于以上核心知识体系的梳理，结合学情特点，我在备课时设计了对应的课堂实施路径，以下是具体的教学设计与实施建议。备课教学设计与实施建议031情境素材选择一是真实重大项目情境，选择我国西气东输工程、鄂尔多斯绿氢示范项目、宁德时代钠离子电池量产项目等国内真实的重大能源项目作为导入情境，既贴近实际，也能培养学生的家国情怀；二是生活化问题情境，从学生身边的问题切入，比如“为什么加油站会推广乙醇汽油？”“为什么新能源汽车冬天续航会下降？”，引发学生的探究兴趣。2探究活动设计2.1分组评价探究活动将学生分为不同小组，分别收集整理化石能源、氢能、化学电源、生物质能的相关资料，从碳排放、成本、适用性三个维度评价不同能源的优缺点，最后每个小组做汇报展示，培养学生的合作能力与综合评价能力。2探究活动设计2.2课堂演示探究实验设计简易氢氧燃料电池发电实验：用两根多孔碳棒电极电解稀硫酸，让氢气和氧气分别吸附在两个碳棒电极表面，断开电源后连接小灯泡，小灯泡可以持续发光一段时间，让学生直观看到燃料电池的发电过程，我去年在课堂上做过这个实验，学生兴趣很高，对燃料电池原理的记忆非常深刻。3分层作业与评价设计基础层作业要求学生整理能源加工过程的变化类型，书写常见化学电源的电极反应，落实核心基础知识；拓展层作业要求学生查阅资料，撰写一篇800字左右的小短文《我眼中的化学与双碳目标》，培养学生收集信息、表达观点的能力；评价方面采用过程性评价加结果性评价结合的方式，将小组探究汇报的表现纳入最终成绩，重点关注学生核心素养的发展。经过以上从备课依据、核心知识到教学设计的完