第四章化学与可持续发展

第四章化学与可持续发展本章从容说课化学科学的发展，增进了人类对自然的认识，促进了社会的进步。但某些化学现象可能影响人类的生活和社会的可持续发展，因而帮助学生正确认识化学与社会发展的关系是十分重要的。本主题主要内容包括与化学密切联系的材料、能源、健康、环境等，使学生知道自然资源并不是取之不尽，用之不竭的；认识人类要合理地开发和利用资源，树立保护环境、与自然和谐相处的意识，保证社会的可持续发展。这些内容既是学生今后继续学习化学的基础，也是在生活中经常要接触、需要了解和应用的化学常识。可持续发展的思想已被世界各国人民共识，是解决当前环境问题的一个指导思想。可持续发展包括持续生态、经济、社会三个方面内容，主张人与自然和谐相处；主张建立在保护地球系统基础上的持续经济增长，做到发展与资源环境的承载力相协调;主张公平分配，满足当代和后代的全体人民的需求，在教学中注意紧密结合教材内容对学生进行可持续发展观的教育。如在煤和石油、天然气等内容中介绍我国资源的状况及资源的利用情况，教育学生节约资源，合理开发使用资源，为子孙后代留些宝贵的资源，并努力开发新能源，使能源可持续利用。再如讲大气等污染对人类生存的危害及造成的持久危害。再如讲重要化工原料硫酸、硝酸、氨气等工业制法中，注意介绍生产过程中为提高原料的利用率，降低能耗而采取的有利措施，同时介绍“三废”的处理，变废为宝，实现资源的综合利用。使学生树立保护环境和合理使用资源的可持续发展的观点。1.地位和功能周知，化学研究和应用的一个重要目标就是开发和利用自然界中一切可能的物质资源和能量资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础；同时，应该注意到这一过程必须同自然环境相互协调，走可持续发展的道路。这也是贯穿本章始终的重要核心观念。以金属矿物、海水和化石燃料等为例，了解利用化学变化实现物质间的转化，以及这些过程和产物在我们日常生活和社会发展中的重要作用。从科学、技术和社会相互作用背景的角度，有利于学生加深体会化学在综合利用自然资源中的作用，学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题，并培养做出明达决策的意识和能力；从学科知识的角度，有利于学生将前面所学过的知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓展，主要包括无机物之间的转化（在固态和溶液状态下，金属及其化合物、非金属及其化合物的反应）、有机物之间的转化（裂解反应、聚合反应）。因此，本章作为高中必修模块的结尾，不仅对于学生总结复习很重要，而且对于学生进一步确定、学习后续的选修模块乃至选择自己未来的升学和就业方向都可能会产生一定的影响。2.内容选择和呈现（1）突出主题，将科学教育与人文教育融为一体根据课程标准，本章主题是化学与可持续发展，主要包括相辅相成的两个方面，一是利用化学变化不断地提供人类生存和发展的物质条件（主要包括获得有用物质和获得能量），利用化学变化还可以创造自然界原本没有的物质（主要指有机合成高分子化合物），从而使生活更加方便、舒适；二是在开发自然资源的过程中，必须深刻地认识到保护周围环境、维护生态平衡的重要性，建立可持续发展的观念。应该承认，化学与可持续发展是一个很大的主题，高中必修课程中只能通过一些典型的实例，帮助学生逐步认识这些问题。本章从金属矿物的开发利用引入，通过金属冶炼的基本原理，使学生认识到化学是冶金工业的重要科学基础，化学方法是由金属化合物转变成金属单质的惟一方式，金属活动性和氧化还原反应发生的条件是选择金属冶炼方式的主要依据。通过一些实验、思考和讨论，帮助学生认识金属冶炼过程往往需要消耗大量的能量，也容易造成严重的环境污染，那么，改进工艺条件、节能降耗、回收废旧金属制品等，就成为了与冶炼金属同样重要的问题。海洋资源的开发是人类生存和发展必须面对的问题，仅以海水为例，如何使其中溶解的大量有用物质为我所用则是一个极具挑战性的课题。同金属冶炼这一古老产业相比，海水资源的利用还处于相对初始阶段，从化学变化角度来看，主要是在海水中各种元素的提取绝不像在实验室进行的试管实验那样简便易行，这里留给学生想象和创造的空间像海洋一样广阔和深远，也会使他们认识到，一些化学原理并不复杂的过程在实际生产中会遇到很多复杂的问题。通过日常生活经验，学生比较熟悉化石燃料作为能源的利用，对化石燃料作为重要化工原料可能了解并不多，况且化石燃料的综合利用还是更为重要的发展方向，但限于课时和知识基础，通过本章学习学生只能对此形成一些粗略的认识，主要包括化石燃料的化学成分、石油化工生产的一般过程和原理、应用广泛的石油化工产品以及石油化工生产的发展趋势等。塑料、合成纤维和橡胶等有机高分子化合物，目前主要是以化石燃料为原料生产的，这可以帮助学生体会石油化工同日常生活之间的紧密联系，体会石油化工给人类带来的诸多好处，认识化学在物质生产领域的极大创造性和重要价值，提高学习化学、化工的兴趣，提高参与讨论诸如白色污染、可降解塑料等有关社会问题的科学素养水平。环境保护同样是人类可持续发展所面临的一个重大课题。本章教材主要使学生了解化学在环境保护工作中所发挥重要作用的三个主要领域，即环境情况的监测、三废的治理以及寻找源头治理环境污染的生产工艺（绿色化学）等。通过一些“思考与交流”活动，认识含硫、氮氧化物形成酸雨及其化学控制的原理，分析水华、赤潮等水体污染的成因，从环境保护的角度，讨论在化学实验中应该注意什么问题等等，提高爱护环境从我做起的自觉性，培养珍惜资源、珍爱生命、爱护地球等现代公民应该具有的价值观和社会责任感。（2）体现基础性、时代性和选择性“基础性”表现在紧紧围绕金属矿物、海水和化石燃料这些人类重要自然资源的综合利用中的化学基本原理和基础知识，如①氧化还原反应原理及其应用；②金属活动性顺序；③典型非金属元素──卤素及其化合物之间的化学转化；④分离混合物的基本操作──蒸馏、分馏；⑤具有典型结构的有机物──乙烯的聚合反应等。“时代性”表现在关注自然资源开发和社会可持续发展这一当今社会热点问题，努力揭示化学在面对和解决这一问题中的作用和价值。例如，化学是人类开发和利用金属矿物、海水和化石燃料等物质资源的重要科学基础，也是节约和拓展自然资源（包括能源）的科学基础。再如，化学在环境监测、“三废”治理中的重要作用以及绿色化学的原理，从而帮助学生树立可持续发展的观念。适当地引入了现代化学的观念，如多金属结核、超分子（对大多数学生不做教学要求）、原子经济等，对传统的知识内容进行了更新。“选择性”主要表现在除了课程模块的选择性外，在基础模块内也体现选择性。如教材内容的典型性和示范性，教师可以根据这些内容，结合自己的教学经验、学校条件和学生的实际情况，重新调整和补充教材中的教学内容，有条件的可以指导学生上网、去图书馆、科技馆和实际生产中进行参观、调查、访问，也可以进行专题的报告，从而丰富教材的内容；再如通过一些栏目、活动等，满足对于不同学生兴趣、爱好，启发他们更深入对某些课题进行学习和研究。（3）更新呈现方式，促进学生学习方式转变通过多样的呈现方式，帮助学生理解化学与可持续发展这一主题，如资料卡片“自然资源—可持续发展”、“海水提溴”、“甲烷水合物”；科学视野“自然资源的开源与节流”、“壁虎的脚与胶黏剂”以及科学探究、实验、思考与交流、学与问等活动，不仅如此，更主要的目的在于改变被动的、接受式学习这种单一的学习方式，促进学生积极主动的多样化学习方式的转变；改变只重视知识理解和掌握等学习结果的倾向，向追求多元化学习目标、重视过程的理解和体会的转变；改变教材内容是惟一正确知识的倾向，向开发以教材为主要学习媒体的多种、开放、互动的教学资源的转变。第一节：开发利用金属矿物和海水资源，安排在第一节，突出了金属矿物和海水资源的作用。通过本节学习，有利于培养学生关心社会、热爱生活的习惯。第二节：化学与资源综合利用、环境保护。不仅与人类生产、生活、资源、环境等方面联系密切，而且在化学教学中的地位更是举足轻重。【教学设计与学习引导】：（1）教学意图本节采取“学生自学——教师归纳”的教学方法。教材以金属在自然界中的分布、存在形式等作为本节的引言，引出有关金属冶炼的知识。在冶炼的三个步骤中，利用氧化还原反应原理，把金属矿石中的金属离子还原成金属单质，这一步是最关键的步骤，也是化学中所要研究的问题。因而教师在归纳是要特别给学生指出。至于不同金属用不同的方法进行冶炼，老师在讲课过程中要适当给学生举些生产实践知识，以提高学生将理论与实践相联系的能力。教材的第二部分是金属的回收及资源保护的有关知识，难度较小，因而可以让学生自学(2)自主学习与探索引导１、本节教材內容难度不大，所以学生在学习过程中可课前自学，以培养自学能力。在教师指导下通过自学完成本节的学习目标．2．通过阅读课文，积极思考，总结出金属冶炼的实质．3．同学间可展开讨论，由个别到一般，由理论到实际，不但总结出金属冶炼的一般规律，还能用此规律解决一些具体问题，更重要的是能够掌握一种科学的学习方法。（3）师生互动设计本节教学要求不高，学生在学过金属活动性顺序和氧化还原反应的基础上，可以在教师的引导下，通过自学达到本节的教学目标。引言介绍中可先指出比较活泼的金属在自然界总是以化合态存在的，然后用具体实例说明日常生活、工农业生产中应用的金属材料主要是纯金属或合金，从而引出如何把金属从矿石中提炼出来这一问题。在学习金属的冶炼方法时采用以实例引导学生讨论的方法。热分解法：可以让学生回忆初中化学的HgO的受热分解的性质，引导学生从化合价变化的角度分析，在这个反应中＋2价的汞被还原成汞单质，－2价的氧被氧化成氧气。热还原法：可以由学生回忆炼铁原理入手，引导学生总结出把金属氧化物中的金属还原成金属单质的方法，归纳出比较活泼的金属的氧化物加热时不能分解生成金属单质，工业上采用在高温条件下使用还原剂来冶炼的方法。电解法：以Al2O3电解制铝单质为例，引导学生阅读归纳出还原性很强的金属如钾、钠、钙等，这些金属都很容易失去电子，因此只能用通电分解的方法冶炼。介绍工业上冶炼金属的一般方法，不仅要使学生了解其中的基本原理；会正确书写化学方程式，而且要着意于引导学生用金属活动性顺序去解释有关问题，进一步强化结构、性质、用途、制法之间的关系。培养学生联系与对比的能力。在书写冶炼Ag、Mg等金属的化学方程式时，要让学生标出电子转移，可加深对冶炼实质的理解，同时巩固氧化还原反应的知识。在讲铝和铁的冶炼时，可让学生观看高炉炼铁和氧化铝电解槽的图片或录像，有条件的学校，可以带领学生去工厂参观，以扩大学生的知识面，增强学习化学的兴趣。【教学策略设计】为了揭示化学在资源开发和利用上的价值，拉近化学和学生的距离，教学中可以在教材的基础上适当增加素材，尽可能地提供感性材料，便于学生体会。关于金属冶炼以及海水蒸馏这部分知识可以采用多媒体提供材料，学生自己总结归纳的方法学习，也可以采用联系已学知识和生活经验，以实例引导学生讨论的方法展开。（1）教学方法的选择设计教学策略时，应该考虑当地和本校的教学条件。教学时都可以利用图片、录像、多媒体课件等为学生提供丰富的背景材料，以便形成丰富的感性认识，再结合已有知识对金属冶炼、海水综合利用等学习内容进行讨论、归纳使同学的认知向前发展。（2）教学组织形式的选择教学活动是通过一定的组织形式实现的。根据各地、各学校的具体条件，结合本节课的教学目标，可以采用集体教学或小组教学两种教学形式进行。（3）教学媒体的选择虽然本节内容学习难度不大，但是要使学生在有限的课时内了解金属矿物和海水资源开发利用的基本知识，就要有较大的信息量。所以选择教学媒体时可以利用图片、录音、录像材料以及多媒体动画，或将它们有机结合，充分发挥其整体功能优化教学过程。（4）评价反馈每节课学习结束，可以采用多种评价方式对学习效果进行反馈，例如可以利用多媒体呈现形成性练习、学生自我总结归纳所学知识、同学互相访谈、提问或分组开展研究性学习，最终形成研究性学习论文，等等。【教学模式设计】针对不同的学生水平，可以采用不同的教学模式。对于金属矿物的开发利用，可以参考以下教学流程：多媒体展示多种金属矿物及当