教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息學(xué)科化學(xué)年級(jí)高一學(xué)期秋季課題微項(xiàng)目論證重污染天氣“汽車限行”的合理性——探討社會(huì)性科學(xué)議題教學(xué)目標(biāo)通過(guò)給出社會(huì)性科學(xué)議題的定義并明確其分析框架，首先厘清相關(guān)的科學(xué)問題和科學(xué)知識(shí)。2.通過(guò)從不同視角列舉應(yīng)對(duì)重污染天氣采取“汽車限行”的利與弊，尋找證據(jù)支持觀點(diǎn)，通過(guò)交流、反駁的過(guò)程，提升學(xué)生的科學(xué)論證的水平。3.能夠從科學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多個(gè)方面，權(quán)衡不同觀點(diǎn)的利與弊，有依據(jù)地作出決策。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：利用氮及其化合物的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系能理解并解釋汽車尾氣與重污染天氣之間的關(guān)系。2.能夠從科學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面，權(quán)衡不同觀點(diǎn)的利與弊，有依據(jù)地作出決策。教學(xué)難點(diǎn)：1.汽車尾氣中硝酸鹽和銨鹽的轉(zhuǎn)化過(guò)程中有個(gè)別轉(zhuǎn)化超出已知所學(xué)，需要補(bǔ)充合適的資料進(jìn)行解惑，將轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)一步完善。2.對(duì)資料進(jìn)行加工分析，依據(jù)觀點(diǎn)、證據(jù)和結(jié)論之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行有條理的完整闡述。教學(xué)過(guò)程【引入】“社會(huì)性科學(xué)議題”(SocioscientificIssues，簡(jiǎn)稱SSI)，指由利用當(dāng)代科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)所引起的一系列與社會(huì)倫理道德、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及自然生態(tài)環(huán)境等緊密相關(guān)的社會(huì)性問題。這其中，有很多議題與化學(xué)密切相關(guān)。例如，為了應(yīng)對(duì)重污染天氣，把空氣污染指數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，北京、廣州等多個(gè)城市采取了汽車限行措施，以期降低機(jī)動(dòng)車尾氣排放量?！侗本┦锌諝庵匚廴緫?yīng)急預(yù)案（2023年修訂）》在強(qiáng)制性減排措施中對(duì)各個(gè)排放標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車的限行措施進(jìn)行了明確要求。部分市民對(duì)這樣的舉措不滿，認(rèn)為汽車尾氣不是導(dǎo)致城市空氣質(zhì)量問題的主要原因；也有人認(rèn)為，這樣的措施給人們的出行帶來(lái)了諸多不便。由此，引發(fā)了關(guān)于“汽車限行”的爭(zhēng)議。面對(duì)這項(xiàng)舉措，你是如何看待的？【項(xiàng)目式活動(dòng)1】科學(xué)認(rèn)識(shí)社會(huì)性科學(xué)議題，尋找利與弊1.科學(xué)分析議題，厘清議中的科學(xué)問題和科學(xué)知識(shí)。（1）應(yīng)對(duì)重污染天氣，“汽車限行”議題涉及哪些科學(xué)問題？教師：經(jīng)過(guò)分析，我們能拆解出的科學(xué)問題就有：什么是重污染天氣？汽車尾氣與重污染天氣有沒有關(guān)系？有什么關(guān)系？有多大關(guān)系？汽車限行政策將對(duì)自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)生活、社會(huì)生活帶來(lái)哪些影響？汽車限行政策的利大還是弊大？等等，化大議題為小課題，對(duì)主要問題進(jìn)行深入調(diào)研。[資料1]污染物排放強(qiáng)度大是重污染天氣形成的內(nèi)因，靜穩(wěn)、小風(fēng)、高濕以及逆溫等不利氣象條件則是重污染天氣形成的外因。目前，細(xì)顆粒物（PM2.5）是對(duì)我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量影響最大的污染物。資料來(lái)源：《中國(guó)環(huán)境報(bào)》，2017年2月[資料2]資料來(lái)源：《環(huán)境科學(xué)與管理》，2017年第1期教師：由資料我們可以看出，汽車尾氣與重污染天氣是有關(guān)系的。那么汽車尾氣與重污染天氣有什么關(guān)系呢？該議題涉及哪些物質(zhì)及其變化？書寫相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式，表示其中氮及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。學(xué)生質(zhì)疑：為何會(huì)存在硝酸變?yōu)橄跛猁}的轉(zhuǎn)化？合理猜想：物質(zhì)類別角度，酸轉(zhuǎn)化為鹽需要堿性物質(zhì)，空氣中存在堿性氣體NH3，與HNO3反應(yīng)生成硝酸鹽。學(xué)生質(zhì)疑：空氣中為何存在NH3？合理猜想：可能由汽車尾氣產(chǎn)生后排放：N2→NH3需要還原劑，汽車尾氣中應(yīng)該存在還原性氣體，是H2嗎？合理猜想：空氣中的NH3也可能來(lái)自于自然界如氮肥的使用和根瘤菌固氮，還有人類社會(huì)化工產(chǎn)品的使用和畜牧養(yǎng)殖等。[資料4]汽車尾氣中還有NH3的存在，隨著三元催化轉(zhuǎn)化器的廣泛使用，機(jī)動(dòng)車尾氣中NH3的排放量顯著增加。機(jī)動(dòng)車尾氣中的NH3來(lái)源于氮氧化物與H2的反應(yīng)，而H2來(lái)源于CO與H2O的反應(yīng)，所以CO和NO是NH3的前驅(qū)物。反應(yīng)原理如下:CO+H2O=CO2+H22NO+2CO+3H2=2NH3+2CO22NO+5H2=2NH3+2H2O資料來(lái)源:暨南大學(xué)2011年碩士論文《廣州市機(jī)動(dòng)車尾氣中氨氣的排放因子研究》[資料5]空氣中氨的來(lái)源(1)自然界①農(nóng)業(yè)方面，大量的銨鹽以化肥的形式加入農(nóng)田里，當(dāng)過(guò)量的銨鹽加入土壤中時(shí)會(huì)導(dǎo)致土壤酸化、富營(yíng)養(yǎng)化，改變了植被，并提高了大氣中的氨氣含量。②細(xì)菌的固氮作用，很多細(xì)菌都可以固氮，它們將多余的氨氣釋放到空氣中。(2)人類社會(huì)美容美發(fā)使用的染發(fā)劑及燙發(fā)劑的揮發(fā)、建筑施工中使用的水泥防凍劑尿素的分解、城市下水道排泄物的揮發(fā)、化肥的生產(chǎn)和制冷系統(tǒng)的應(yīng)用、畜牧養(yǎng)殖等都會(huì)產(chǎn)生氨氣。資料來(lái)源:《山西科技》，2017年第1期【資料6】空汽車尾氣通過(guò)三元催化裝置得到凈化，三元催化的原理是CO+NO==CO2+N2【資料7】三元催化轉(zhuǎn)化器失效的問題(1)鉛元素對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器的影響含鉛汽油的使用，將導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)換器重金屬中毒，催化效果降低。(2)磷、鋅元素對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器的影響磷、鋅元素與三元催化轉(zhuǎn)化器活性材料反應(yīng)或覆蓋在催化轉(zhuǎn)化器表面活性物質(zhì)上，造成催化轉(zhuǎn)化器效率下降。由于機(jī)油添加劑中磷、鋅元素?zé)o法取消，而內(nèi)燃機(jī)燒機(jī)油的特性也不可避免，所以催化劑配方以及涂層技術(shù)仍需改進(jìn)。(3)硫元素對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器的影響汽油燃燒后，其中的硫元素隨著尾氣進(jìn)入三元催化轉(zhuǎn)化器，這些硫元素與催化轉(zhuǎn)化器表面上的金屬氧化物反應(yīng)生成硫酸鹽，減弱了催化劑對(duì)空燃比變化的敏感程度，使其喪失儲(chǔ)存和釋放氧的功能;硫化物吸附在催化劑的表面，妨礙了HC、CO、NO的吸附。較高含硫油在整個(gè)空燃比范圍內(nèi)延長(zhǎng)了催化劑的點(diǎn)燃時(shí)間，提高了起燃溫度，降低了轉(zhuǎn)化效率。資料來(lái)源:《京華時(shí)報(bào)》，2014年12月9日書寫相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式，表示其中氮及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。2.分別從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等列舉應(yīng)對(duì)重污染天氣采取“汽車限行”措施的利與弊。視角利弊環(huán)境經(jīng)濟(jì)社會(huì)其他學(xué)生交流并完善表格?！卷?xiàng)目活動(dòng)2】學(xué)習(xí)科學(xué)論證，論證利與弊1.以“汽車限行”能夠減輕空氣污染這一觀點(diǎn)為例進(jìn)行論證并交流。請(qǐng)你對(duì)某小組的論證情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并完善這一論證過(guò)程。同學(xué)甲:汽車行駛會(huì)產(chǎn)生污染，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生氮氧化物。同學(xué)乙:雖然會(huì)有氮氧化物產(chǎn)生，但不一定會(huì)排放到大氣中。同學(xué)甲:在汽缸中，氮?dú)馀c氧氣會(huì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化氮和二氧化氮，汽車尾氣中肯定有氮氧化物。同學(xué)丙:汽車中裝有凈化裝置，會(huì)將氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，然后再排放到大氣中。同學(xué)乙:大自然有自凈化能力，能夠消耗氮氧化物。同學(xué)甲:雖然有凈化裝置，但裝置中的催化劑很容易中毒;一旦催化劑中毒，就不能有效轉(zhuǎn)化氮氧化物了。同學(xué)丙:有人測(cè)定過(guò)汽車尾氣中PM2.5的濃度，結(jié)果表明汽車尾氣中的PM2.5比空氣中的還少，可見汽車尾氣不會(huì)污染空氣。同學(xué)甲:你測(cè)定的是汽車尾氣中PM2.5的濃度，沒有測(cè)定氮氧化物的濃度，氮氧化物進(jìn)入大氣中會(huì)轉(zhuǎn)化為PM2.5的成分，因此不能證明汽車尾氣不會(huì)污染空氣。教師：在評(píng)價(jià)時(shí)，我們首先應(yīng)明確：一個(gè)令人信服的觀點(diǎn)，需要有充分、確鑿的資料以及合理的推理過(guò)程作為支撐，同時(shí)應(yīng)考慮可能存在的反駁。資料的翔實(shí)程度、推理過(guò)程的合理性以及是否考慮了反駁，決定著科學(xué)論證的水平?？茖W(xué)論證的水平水平1：有觀點(diǎn)，缺少必要的資料水平2：有觀點(diǎn)和資料，缺少?gòu)馁Y料到觀點(diǎn)的推理過(guò)程或者推理過(guò)程不合理，或者資料不充分水平3：有觀點(diǎn)，資料以及從資料到觀點(diǎn)的推理過(guò)程；資料充分，推理過(guò)程合理。水平4：有觀點(diǎn)，資料以及從資料到觀點(diǎn)的推理過(guò)程；資料充分，推理過(guò)程合理；考慮了可能的反駁及其證據(jù)。學(xué)生利用水平標(biāo)準(zhǔn)對(duì)已有討論進(jìn)行評(píng)價(jià)：我們能判斷出來(lái)甲、乙同學(xué)在此論證的水平較低。在三位同學(xué)論證三元催化轉(zhuǎn)化尾氣的處理時(shí)，乙、丙同學(xué)都比較片面，甲同學(xué)對(duì)他們的觀點(diǎn)進(jìn)行了較高水平的反駁。對(duì)于測(cè)定汽車尾氣中PM2.5的濃度這一結(jié)果，丙同學(xué)有觀點(diǎn)，有資料支持，但是缺少完整的推理過(guò)程，甲同學(xué)在此基礎(chǔ)上加以推理并反駁，論證水平更高。在評(píng)價(jià)過(guò)程中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，三位同學(xué)的觀點(diǎn)組合在一起才是高水平的論證。通過(guò)小組討論，對(duì)項(xiàng)目活動(dòng)1中提出的各種利與弊進(jìn)行科學(xué)論證,形成可靠的觀點(diǎn)。學(xué)生討論【項(xiàng)目活動(dòng)3】權(quán)衡利弊,作出決策1.將經(jīng)過(guò)論證的利與弊進(jìn)行分析后，分清主次，權(quán)衡利弊，作出決策。下面是某小組關(guān)于應(yīng)對(duì)重污染天氣采取“汽車限行”措施的利與弊的討論，閱讀并思考你從中獲得的啟示。同學(xué)甲:利和弊都是三條，很難做決定啊!同學(xué)乙:對(duì)環(huán)境有污染，一條就決定了，同意采取“汽車限行”措施。同學(xué)丙:造成環(huán)境重污染的因素有很多，汽車尾氣只是其中的一種因素，但不是主要因素呀!同學(xué)丁:我們家離學(xué)校遠(yuǎn)，采取“汽車限行”措施后出行太不方便了，我不同意。同學(xué)戊:應(yīng)該從大局出發(fā)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮?！捌囅扌小贝胧┠軌驕p輕空氣污染、減少二氧化碳的排放量，這有利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，有利于未來(lái)人類的生存和發(fā)展。出行不便，是個(gè)人問題。汽車保有量是局部問題，可以逐漸達(dá)到新形態(tài)的平衡。增加公共交通壓力，恰恰可以促進(jìn)政府不斷改善公共設(shè)施。因此，應(yīng)該支持為應(yīng)對(duì)重污染天氣而采取的“汽車限行”措施。學(xué)生討論交流。2.根據(jù)匯報(bào)展示的評(píng)價(jià)內(nèi)容和小組活動(dòng)