核心素养导向的初三化学专题复习：化学与STSE的融合创新

核心素养导向的初三化学专题复习：化学与STSE的融合创新

  一、教学设计基本信息

  课题名称：核心素养导向的初三化学专题复习：化学与STSE的融合创新

  授课对象：初中三年级学生

  课时安排：2课时（连堂，共90分钟）

  课型：专题复习课

  设计依据：本节课设计以《义务教育化学课程标准（2022年版）》为指导，紧扣江苏省中考化学命题趋势，融合科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）、环境（Environment）（简称STSE）教育理念。旨在打破“能源、材料、环境、健康”知识的碎片化复习模式，通过创设真实、复杂、富有挑战性的学习情境，引导学生在问题解决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”、“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”五大化学学科核心素养。

  设计理念：本设计摒弃“知识点罗列+例题讲解”的传统复习模式，采用“项目式学习（PjBL）”与“概念建构”相融合的路径。以“为一座新兴的‘零碳智慧新城’进行化学层面的系统规划与设计”为核心驱动性问题，将分散的考点转化为支撑项目完成的“知识工具箱”与“思维脚手架”。通过“情境线-问题线-知识线-素养线”四线并行的方式，引导学生在完成挑战性任务的过程中，实现知识的整合、迁移与应用，深刻体会化学在推动社会可持续发展中的关键作用，从而实现价值引领与素养提升的统整。

  教学目标：

  1.知识与技能：系统梳理化学能与热能、化学电源、化石燃料与新能源、常见材料（金属、无机非金属、有机合成、复合材料）的分类、性质与应用，水体与大气的污染及防治、化学与人体健康等核心知识；能运用质量守恒定律、化学反应中能量变化原理、物质分类与转化思想等分析和解决STSE相关问题。

  2.过程与方法：经历“明确问题-搜寻证据-模型建构-方案设计-评估优化”的完整探究过程；提升从多维度（技术可行性、经济效益、环境影响、社会接受度）评价科学、技术、社会问题的系统思维能力；发展基于证据进行论证、表达与协作的能力。

  3.情感态度与价值观：深刻认识化学在解决能源危机、材料创新、环境保护、保障健康等方面的双重性（创造价值与可能带来的风险），强化绿色化学思想与可持续发展观念；激发运用化学知识参与社会决策的责任感与使命感，树立为建设“美丽中国”贡献智慧的远大志向。

  教学重难点：

  教学重点：构建以“物质转化”与“能量转换”为核心，连接能源、材料、环境、健康四大领域的系统性认知模型；掌握运用化学原理分析与解决STSE综合性问题的思路与方法。

  教学难点：在面对开放性的真实情境问题时，能够灵活、综合地调用不同模块的知识进行逻辑论证与创新性方案设计；理解并初步应用“生命周期评价”、“绿色化学十二原则”等跨学科思想进行决策分析。

  教学准备：

  教师准备：制作交互式多媒体课件，内含“零碳智慧新城”规划蓝图动态图、相关科普微视频（如氢能产业链、碳捕获与封存技术、可降解塑料降解过程、污水处理厂工艺流程等）、虚拟仿真实验平台（如燃料电池组装与测试）；设计并印制“项目任务书”、“学习支架工作纸”、“多维评价量规”；准备实物教具（如不同种类的电池、新型材料样品、水质检测简易试剂盒）。

  学生准备：复习人教版九年级化学上下册相关章节；以小组为单位（4-5人一组），利用课余时间初步搜集关于未来城市、新能源、环保技术的前沿资料。

  教学流程图：情境锚定（驱动性问题发布）→知识检索与模型初建（构建认知工具）→挑战性任务攻关（分组协作，应用模型）→成果展示与交互质疑（深化理解）→总结反思与素养凝练（模型升华与价值内化）。

  二、教学实施过程

  （一）课前预热与诊断

  教师活动：在班级学习平台发布“前测诊断问卷”。问卷包含两类题目：一是基础性选择题，覆盖能源分类、材料鉴别、环境污染物、营养素等事实性知识；二是简单的开放性问答题，如“你认为电动汽车是否绝对环保？请简述理由”、“如何用化学方法鉴别棉纤维和涤纶？”。同时，推送“未来城市畅想”主题的短片，引导学生思考化学技术可能扮演的角色。

  学生活动：独立完成线上前测；观看短片，并在平台讨论区留下一个自己最感兴趣的、与化学相关的城市发展问题。

  设计意图：通过诊断性评估，精准把握学生对分散知识的掌握情况，为课中重点突破提供依据。通过情境预热，激发学生探究兴趣，并初步收集学生的疑问作为课堂生成性资源。

  （二）课中探究与建构（90分钟）

  【第一环节】情境导入与任务发布：直面挑战，定义问题（时间：10分钟）

  教师活动：

  1.呈现情境：展示一幅名为“晨曦新城”的宏伟概念图，并配以叙述：“同学们，假设我们受聘为一座即将在沿海地区建设的‘零碳智慧新城’提供化学解决方案。这座城市的目标是：能源百分百自给且清洁、材料循环利用、环境零污染、居民健康生活。我们是这座城市的‘化学智慧团’。”

  2.发布核心驱动性问题：“作为‘化学智慧团’，我们需要从化学视角，为‘晨曦新城’的系统规划提供关键论证与设计方案。今天我们面临的综合性挑战是：如何设计一套协同的化学技术体系，确保新城的‘能源供应’、‘关键材料’、‘水环境保障’和‘健康生活’四大系统高效、绿色、可持续地运行？”

  3.展示任务矩阵：将核心问题分解为四个关联的子任务，对应四个学习小组（每组重点攻坚一个，但需兼顾全局）：

    任务一（能源组）：设计新城多元化清洁能源供应系统，并论证其化学原理与可持续性。

    任务二（材料组）：为新城的建筑、交通、日常生活推荐核心材料，并阐述其化学特性与循环利用方案。

    任务三（环境组）：制定新城水循环与大气保护的整体化学方案，重点处理可能产生的污染物。

    任务四（健康组）：从化学视角规划新城居民的饮食安全、医疗健康与日常用品安全防线。

  学生活动：

  1.沉浸于“晨曦新城”的未来情境，体会作为“化学智慧团”的责任感与使命感。

  2.明确核心问题与各自小组的攻坚任务，产生探究的内生动力。

  3.小组内部进行初步的角色分工（如资料员、建模师、发言人、质疑员等）。

  设计意图：创设具有时代感和使命感的真实性情境，将复习内容转化为亟待解决的复杂工程问题。核心驱动性问题具有高度的整合性和开放性，能有效激发学生的挑战欲。任务分解既明确了各组的重点，又通过系统关联性迫使学生不能“各自为政”，为后续的交流互赖埋下伏笔。

  【第二环节】知识重构与模型初建：检索工具箱，构建思维模型（时间：20分钟）

  教师活动：

  1.引导知识检索：提示学生：“要完成如此宏大的设计，我们首先需要整理我们的‘化学工具箱’。请各小组根据任务需求，快速检索大脑中的相关知识，将其结构化。”通过提问引导全体学生回顾：

    能源维度：化学能如何转化为电能、热能？一次能源、二次能源有哪些？化石燃料的利弊？氢能、太阳能、风能背后的化学或材料学支撑是什么？

    材料维度：如何从化学组成和结构对材料分类？金属的腐蚀与防护原理？合成材料的性能与环保挑战？复合材料的设计思想？

    环境维度：水污染的化学指标（如pH、COD、重金属离子）及处理方法（沉淀、吸附、中和等）的化学原理？大气主要污染物（SO2、NOx、PM2.5、CO2）的来源与化学治理路径？

    健康维度：人体必需营养素的化学本质？食品添加剂的合理使用与安全性？药品（如胃药、消毒剂）作用的化学原理？甲醛、苯等室内污染物的危害？

  2.促进模型建构：在白板或交互屏上，随着学生的回答，动态绘制“化学-STSE系统思维模型”雏形。该模型以“物质”和“能量”为核心圈，第二圈是“获取与转化”（对应能源与材料制造）、“使用与消耗”（对应生产生活）、“排放与废弃”（对应环境问题）、“修复与保障”（对应环保与健康）四个动态过程，最外层是“技术”、“社会”、“环境”、“经济”等多维度评价视角。强调各环节之间的相互联系与影响（如材料制造消耗能源并可能产生污染）。

  3.提供“学习支架”：分发“学习支架工作纸”，工作纸上印有思维导图框架、关键概念提示、以及“绿色化学十二条原则”、“生命周期评价（LCA）简要框架”等高端思维工具简介，帮助学生系统化知识并提升思维层次。

  学生活动：

  1.各小组围绕本组任务，进行紧张而高效的知识盘点与梳理，将关键词填入思维导图或工作纸。

  2.全体学生跟随教师的引导，共同参与“化学-STSE系统思维模型”的建构过程，理解能源、材料、环境、健康并非孤立板块，而是同一社会系统中相互交织、相互影响的环节。

  3.初步接触“绿色化学”、“生命周期评价”等观念，尝试用更系统、更前瞻的视角审视问题。

  设计意图：此环节是“筑基”环节，旨在将学生头脑中零散的知识点，通过任务驱动的检索和教师引导的系统建模，整合成结构化的知识网络和认知模型。提供的“学习支架”不是降低思维难度，而是“垫高”学生的思维起点，引入学科前沿观念，体现教学的高标准和高水平。

  【第三环节】挑战攻关与模型应用：协作探究，方案设计（时间：40分钟）

  教师活动：

  1.巡回指导，提供差异化支持：深入各小组，聆听讨论，观察其应用模型和知识的情况。针对学生的困难，进行“脚手架式”提问和引导，而非直接给出答案。例如：

    对能源组：“你们的能源组合如何应对昼夜和季节的变化？化学储能（如电池、储氢）技术可以发挥什么作用？”

    对材料组：“推荐建筑外墙材料时，除了性能，如何考虑其生产过程中的‘碳足迹’？废弃后如何处置？”

    对环境组：“设计水处理系统时，是集中处理还是分布式处理？如何利用化学与生物技术的联用？”

    对健康组：“如何从化学检测角度，为新城的食品安全和室内空气质量建立快速预警机制？”

  2.提供资源支持：根据各组需求，开放虚拟仿真实验平台（如让学生模拟组装一个质子交换膜燃料电池，观察其工作原理和效率影响因素）；提供实物样品供观察；允许学生使用平板电脑快速查询关键数据（如不同发电方式的碳排放系数、材料的回收率等）。

  3.推动跨组交流：提醒各组，他们的方案最终需要拼合成一个整体系统，鼓励他们在设计过程中主动与其他组进行“需求对接”和“冲突协调”（如材料组需要向能源组了解电力供应情况，环境组需要评估其他各组方案可能产生的排放物）。

  学生活动：

  1.小组协作，热火朝天地开展方案设计。他们运用上一环节构建的模型和知识，展开讨论、争论、查证、计算、草图绘制。

  2.撰写或绘制本组的方案要点，准备向全班汇报。方案需包括：核心技术路线的化学原理阐述、优势分析、潜在风险或挑战评估、以及初步的可持续性论证。

  3.主动进行跨组沟通，了解其他系统的设计要求，调整本组方案以实现整体最优。例如，材料组可能因为环境组的建议，放弃一种高性能但难降解的合成材料，转而寻找生物基替代品。

  设计意图：这是本节课的中心环节，是核心素养形成的关键过程。学生在近乎真实的项目协作中，亲身体验了如何将化学知识应用于复杂问题解决。教师的角色从讲授者转变为教练和资源协调者。跨组交流的设计，强制学生跳出本组任务的局限，培养系统思维和协作能力，深刻理解STSE问题的interconnectednature（互联性）。

  【第四环节】成果展示与交互质疑：论证辩驳，深化理解（时间：15分钟）

  教师活动：

  1.组织成果汇报：邀请四个小组依次上台，以“化学智慧团专项汇报”的形式，在限定时间内（每组约3分钟）展示本组的核心方案。要求汇报聚焦化学原理、创新点和系统协调性。

  2.主持交互质疑：在每个小组汇报结束后，组织其他小组和汇报小组之间进行质询与答辩。教师本人也可从更宏观或更深入的角度提出问题，引导学生思考方案的盲点。例如：

    对能源组：“大规模电解水制氢的电力若来自电网，目前仍以火电为主，这是否算真正的‘绿氢’？如何解决？”

    对材料组：“你们推荐的碳纤维复合材料性能优异，但回收再利用成本极高，这与‘循环经济’理念是否冲突？”

    对环境组：“你们的碳捕获与封存（CCS）方案，将CO2封存在海底，长期来看是否存在地质泄漏风险？有没有更资源化的利用途径（如CO2制甲醇）？”

    对健康组：“你们建议推广使用含氯消毒剂，如何避免残留氯与有机物反应生成潜在致癌的消毒副产物？”

  3.引导评价与优化：鼓励学生不仅指出问题，更能提出建设性改进意见。将讨论引向对技术伦理、风险评估、成本效益等更深层次的考量。

  学生活动：

  1.各小组派代表进行精炼、自信的汇报，展示合作探究的成果。

  2.其他小组认真聆听，并基于自己的研究和系统思维，提出尖锐而富有见地的质询。汇报小组成员集体应对，进行辩护或接纳建议。

  3.在激烈的思维碰撞中，不断修正、完善各自方案，对问题的复杂性认识得更加深刻。例如，通过质疑，学生可能意识到任何技术方案都非完美，需要在多重目标间进行权衡和取舍。

  设计意图：公开的汇报与答辩是思维外显化和精细化的过程。它迫使学生的思考从“大概”走向“精确”，从“片面”走向“周全”。交互质疑环节是培养“证据推理与模型认知”、“科学态度与社会责任”素养的绝佳场域。学生在此过程中学习如何基于证据进行有礼貌的学术辩论，如何以批判性思维审视技术方案，理解科学决策的审慎性。

  【第五环节】总结反思与素养升华：凝练模型，价值引领（时间：5分钟）

  教师活动：

  1.系统总结，凝练模型：带领学生回顾整个探究历程，共同完善并最终定格“化学-STSE系统思维模型”。强调：“今天我们复习的不仅是知识点，更是一种思维方式——用系统的、联系的、发展的化学视角看待和参与现实世界。化学，是连接自然世界与人类社会的桥梁，它赋予我们能力，也赋予我们责任。”

  2.价值升华，情感共鸣：展示历史上化学的重大贡献（如合成氨解决粮食问题）和深刻教训（如某些环境污染事件），引导学生辩证看待化学的“双刃剑”效应。重申“绿色化学”是未来发展的必然方向，鼓励学生将个人所学与国家“碳达峰、碳中和”、“美丽中国”等重大战略联系起来，树立“科技向善”的崇高理想。

  3.布置层次化作业：宣布课后作业（详见作业设计部分）。

  学生活动：

  1.跟随教师的总结，在脑海中清晰呈现出完整的知识-思维模型体系，获得认知上的满足感和统整感。

  2.聆听教师的讲述，反思化学技术的伦理维度，内心激发起运用所学知识服务社会、造福人类的积极情感和责任感。

  设计意图：画龙点睛，将一节课的探究体验升华到学科思想方法和价值观层面。帮助学生形成稳定、可迁移的认知模型，并实现从知识学习到价值认同、责任担当的素养内化，体现化学学科的育人价值。

  （三）课后延伸与评价

  教师活动：批阅学生提交的个性化作业，给予针对性的反馈。将优秀的设计方案、调研报告或科普文章在班级墙报或校园网站进行展示。持续关注学生在相关话题上的讨论。

  学生活动：根据个人兴趣和能力，选择完成层次化作业中的一项或多项。在更广阔的时间和空间里继续深化对化学与STSE关系的认识。

  设计意图：将学习从课堂延伸到课外，