王振芳

摘要：本文以社會熱點“碳達峰、碳中和”為情境素材，設(shè)計一系列情境問題，旨在了解碳達峰、碳中和提出的背景和意義，掌握二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇適宜條件的選擇、甲醇合成甲酸和乙酸的有機合成路線的設(shè)計等核心知識，開展以建模為主的多種探究活動，在解決問題和探究過程中培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：社會熱點；碳達峰；碳中和；化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；高三化學(xué)

文章編號：1008-0546（2023）08-0066-05?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.08.014

一、教學(xué)內(nèi)容及現(xiàn)狀分析

2021年全國理綜乙卷第7題考查的是“碳達峰、碳中和”這一社會熱點問題。題干信息顯示：“碳達峰、碳中和”的時間節(jié)點分別是2030年和2060年；目標(biāo)是改善環(huán)境，實現(xiàn)綠色發(fā)展；采取的措施是研發(fā)催化劑，將 CO2還原為甲醇等。

高考題是依據(jù)《中國高考評價體系說明》和《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版2020年修訂）》命制的。其中《中國高考評價體系說明》中要求，高考題通過設(shè)置真實的問題情境，達到考查學(xué)生在信息時代應(yīng)具有的閱讀、獲取信息、思辨及分析解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生從“解題”向“解決問題”轉(zhuǎn)變，幫助學(xué)生全面發(fā)展。[1]《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中提出，命制試題時需注重聯(lián)系學(xué)生日常生活、國家發(fā)展和社會進步等情境素材的設(shè)計，在真實的問題情境中考查學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展水平，進一步提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。[2]因此，利用好高考題對高中教學(xué)特別是高三復(fù)習(xí)具有重要的指導(dǎo)作用。

對于高考題，目前的教學(xué)現(xiàn)狀是大多數(shù)教師只注重做題和講題，較少教師能進一步深入探究題目的背景，并發(fā)揮其對學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實及育人所起的作用。本文以社會熱點“碳達峰、碳中和”的高考題為素材，設(shè)計了一節(jié)高三化學(xué)復(fù)習(xí)課。

二、教學(xué)設(shè)計思路

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計思路是以上網(wǎng)查資料、觀看視頻和漫畫來獲取“碳達峰、碳中和”的有關(guān)信息，以學(xué)生已有的模型認(rèn)知討論 CO2還原為甲醇的適宜條件，以甲醇為原料制取甲酸和乙酸的合成路線來完成任務(wù)，學(xué)習(xí)任務(wù)層層遞進，可以更好檢測化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實情況，最后與學(xué)生的生活結(jié)合在一起，通過學(xué)生思考、表述“我能做什么”，明確努力方向，達到育人目標(biāo)。

為了解學(xué)情，我們利用“問卷星”進行課前問卷調(diào)查。教學(xué)過程關(guān)注了學(xué)生關(guān)于CO2還原為甲醇的適宜條件的討論，教會學(xué)生通過查閱文獻了解研究動態(tài)，為將來的大學(xué)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.通過“問卷星”調(diào)查學(xué)生對“碳達峰、碳中和”的關(guān)注情況，再展示“碳達峰、碳中和”的高考試題，引導(dǎo)

學(xué)生關(guān)注社會熱點問題。

2.通過觀看視頻和查閱資料，讓學(xué)生了解“碳達峰、碳中和”提出的背景，二氧化碳過多對環(huán)境造成的影響，“碳達峰、碳中和”的途徑，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度及社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。

3.用高考題的信息“利用催化劑將二氧化碳轉(zhuǎn)為甲醇”，讓學(xué)生從熱力學(xué)和動力學(xué)角度分析選擇化學(xué)反應(yīng)的適宜條件，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究及分析能力。

4.通過討論以甲醇為原料合成甲酸和乙酸的路線，復(fù)習(xí)有機合成的思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

5.通過“我要對‘雙碳’作哪些貢獻”，培養(yǎng)學(xué)生的參與意識和社會責(zé)任感。

四、教學(xué)流程

見表1。

五、教學(xué)過程

1.任務(wù)一：了解“碳達峰、碳中和”

【教師】課前利用“問卷星”調(diào)查了同學(xué)們對“碳達峰、碳中和”的關(guān)注情況，現(xiàn)將收集問卷統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：有80%的同學(xué)了解“碳達峰、碳中和”提出的時間，有43%左右的同學(xué)了解提出“碳達峰、碳中和”的意義，55%左右的同學(xué)了解節(jié)約用電可以相應(yīng)減少 CO2的排放等。

【教師】“碳達峰、碳中和”提出的背景是由于全球氣候變化導(dǎo)致一系列危害，我國在2020年9月22日向世界宣布了碳達峰目標(biāo)與碳中和愿景，將采取更有力的政策和措施，爭取于2030年前 CO2排放達到峰值、2060年前努力實現(xiàn)碳中和，請同學(xué)看一段視頻。

【學(xué)生】觀看視頻，視頻內(nèi)容如下：提出“碳達峰、碳中和”目標(biāo)的重要性。

第一，從全球角度分析，氣候變化的危害導(dǎo)致海平面上升、極端天氣、生物多樣性消失、疾病流行病傳播、農(nóng)業(yè)方面損失等，我國是一個排碳大國，有責(zé)任、義務(wù)承擔(dān)減排的重?fù)?dān)，承諾“碳達峰、碳中和”對全球是一個促進，也是一個里程碑的事件；

第二，從我國發(fā)展需要分析，在達到“碳達峰、碳中和”中要求轉(zhuǎn)換生產(chǎn)方式、經(jīng)濟增長方式，把我國建設(shè)成為一個人與自然和諧共存的現(xiàn)代化強國。

【教師】什么是“碳達峰”？什么是“碳中和”？

【學(xué)生】學(xué)生看一組有關(guān)“碳達峰、碳中和”的漫畫。

小結(jié)：“碳達峰”是指2030年前，我國 CO2的排放達到峰值，之后逐步回落。

“碳中和”是指 CO2的排放總量和減少總量相當(dāng)，實現(xiàn)二氧化碳“零排放”。[3]

【教師】請同學(xué)總結(jié)漫畫中“碳達峰”和“碳中和”的途徑有哪些？

【學(xué)生】通過上網(wǎng)查資料和觀察漫畫，回答“碳達峰”和“碳中和”的部分途徑。

【教師】根據(jù)同學(xué)們的回答，可用思維導(dǎo)圖歸納如圖1和如圖2。[4]

【教師】根據(jù)高考題信息，請同學(xué)們思考：為什么提出將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇？

【學(xué)生】因為甲醇的用途廣泛，上網(wǎng)查資料可知：

①甲醇是重要的有機化工原料，可用來制造甲醛、乙酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多種有機產(chǎn)品；在紡織、醫(yī)藥、輕工等行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。

②甲醇加工后是一種新型清潔燃料。

【教師】通過學(xué)習(xí)，同學(xué)們了解二氧化碳轉(zhuǎn)化的物質(zhì)必須是用途較廣，才可為人類作出重大貢獻。

2.任務(wù)二：討論碳轉(zhuǎn)化——研發(fā)催化劑將 CO2還原為甲醇

【教師】請同學(xué)們根據(jù)以下信息，討論工業(yè)上 CO2還原為甲醇的適宜條件。

【教師】請同學(xué)們分析該反應(yīng)的ΔS 的正負(fù)。

【學(xué)生】該反應(yīng)的ΔS<0。

【教師】請同學(xué)根據(jù)已有知識按小組討論以下問題并得出結(jié)論。

【學(xué)生】討論得出結(jié)果。

①化學(xué)反應(yīng)的方向判斷？為了使該反應(yīng)的ΔH-TΔS<0，則該反應(yīng)需在低溫下反應(yīng)；

②化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素有哪些？ c（ H2）∶ c（CO2）=3∶1、高溫、高壓、合適的催化劑；

③化學(xué)反應(yīng)限度的影響因素有哪些？ c（H2）∶ c（CO2）=3∶1、低溫、高壓；

④適宜條件的選擇是什么？c（H2）∶c（CO2）=3∶1、低溫、高壓、合適的催化劑。

【教師】在工業(yè)生產(chǎn)中，濃度、溫度、壓強的具體數(shù)據(jù)及使用的催化劑是需要查閱文獻才可獲取。查閱文獻后獲知反應(yīng)的一種條件為：濃度比為c（H2）∶c（CO2）=3∶1～4∶1、溫度為315～320℃、壓強為5.0 MPa 、催化劑為雙金屬固溶體氧化物ZnO-ZrO2。[5]

【教師】通過以上學(xué)習(xí)，也可將以上內(nèi)容改編成試題，試題部分內(nèi)容如下：

某學(xué)習(xí)小組查閱文獻后，提出在合成塔中將工廠排出的富含 CO2的廢氣處理后與 H2反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂霞状迹_到降低大氣中 CO2含量的“綠色化學(xué)”構(gòu)想。

請回答下列問題：

①合成塔中生成甲醇反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

②已知生成甲醇的反應(yīng)ΔH<0。從熱力學(xué)角度分析，低溫有利于提高原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率；從動力學(xué)角度分析，高溫可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，請思考在實際生產(chǎn)中，采用的溫度除考慮反應(yīng)速率的影響外，還需考慮什么因素？（實際生產(chǎn)采用的溫度為315℃）

【學(xué)生】考慮催化劑的活性溫度。

【教師】回答非常好，在工業(yè)生產(chǎn)中，催化劑對反應(yīng)速率的影響是非常大的，選擇合適的催化劑很重要，目前 CO2還原為甲醇的研究最多的是合適催化劑的選擇，這也是同學(xué)們將來努力的方向。

3.任務(wù)三：討論以甲醇為原料合成甲酸和乙酸的路線

【教師】請同學(xué)根據(jù)有機合成的思路和方法，討論以下兩組反應(yīng)的合成路線（無機試劑自選）：

①甲醇制取甲酸的合成路線；

②甲醇制取乙酸的合成路線。

【學(xué)生】經(jīng)討論，甲醇制取甲酸的方法有兩種，甲醇制取為乙酸方法有一種，合成路線如下：

【教師】同學(xué)們能積極思考非常好，但真正的工業(yè)生產(chǎn)還需要考慮多方面因素才可得到目標(biāo)產(chǎn)物。

4.任務(wù)四：我要為“雙碳”目標(biāo)作出哪些貢獻？

【教師】請同學(xué)們討論：我要為“雙碳”目標(biāo)作出哪些貢獻？

【學(xué)生】在用電方面，空調(diào)的溫度夏天設(shè)在26℃左右，冬天19℃左右，盡量用節(jié)能燈，電器不使用時要關(guān)閉電源等；開展垃圾分類活動，將資源再利用；少用或不用一次性物品等。

【教師】提倡“低碳生活”需要我們每一個人從日常生活中去身體力行，積少成多，只要我們有這方面的意識，持之以恒地做下去，“碳達峰、碳中和”的目標(biāo)一定能夠?qū)崿F(xiàn)。

六、教學(xué)思考

1.巧用高考試題，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注和思考社會熱點問題

近幾年的高考題非常注重考查社會熱點問題，學(xué)生在閱讀、分析試題中獲取試題的相關(guān)信息時，一方面學(xué)生自然會關(guān)注社會熱點問題；另一方面可以培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和整合知識的能力。本節(jié)課以2021年全國理綜乙卷第7題為例設(shè)計課堂教學(xué)，通過授課，學(xué)生對“碳達峰、碳中和”這一社會熱點問題有了更進一步的理解，并主動參與到有關(guān)的社會實踐活動中，真正實現(xiàn)從“做題”到“做人、做事”的轉(zhuǎn)變。

2.善用真實問題情境，提高學(xué)生的化學(xué)思維及解決問題的能力

教師要善用高考題中的情境素材提出新的真實問題情境，檢測學(xué)生解決問題的能力。本節(jié)課設(shè)置的任務(wù)二，即選擇催化劑將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，從熱力學(xué)和動力學(xué)角度分析化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率，進而選擇適宜的生產(chǎn)條件，讓學(xué)生進一步理解一個新的化學(xué)反應(yīng)研究的步驟和意義，提高學(xué)生解決問題及化學(xué)思維的能力。再設(shè)置任務(wù)三，即以甲醇為原料合成甲酸和乙酸的路線，并通過查閱文獻了解國內(nèi)外最新研究動態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的思維方式，落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.善于深入學(xué)生生活，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任和擔(dān)當(dāng)意識

通過任務(wù)一了解“碳達峰、碳中和”和任務(wù)四我對“雙碳”作貢獻，體現(xiàn)了學(xué)生也能為社會作貢獻，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任意識和參與意識，通過學(xué)習(xí)學(xué)生了解為了達到“雙碳”的目標(biāo)，應(yīng)該從自身做起，形成綠色低碳的生活方式，形成節(jié)約資源、保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識，真正理解改善環(huán)境，實現(xiàn)綠色發(fā)展的重要性，從而達到立德樹人的目標(biāo)。

總之，在高三復(fù)習(xí)過程中，教師要緊扣時代脈搏，站在社會和科學(xué)發(fā)展的最前沿，時刻關(guān)注有關(guān)社會熱點的高考題并進行教學(xué)設(shè)計及實施，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注和思考社會熱點問題，自覺參與與化學(xué)問題有關(guān)的社會實踐活動中，更能擴大學(xué)生視野，全面提升學(xué)生的科學(xué)探究精神，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，真正培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.中國高考評價體系說明[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[3]朱萬鋒，氫能助推“雙碳”目標(biāo)[J].化學(xué)通訊，2021（7）：19-20.

[4]孟琪，碳中和的主角：新能源[J].化學(xué)通訊，2021（7）：21-23.

[5]陳景潤.催化二氧化碳直接加氫制備甲醇研究新進展[J].山東化工，2018，47（9）：38-39.