基于核心素养“科学态度与社会责任”培养的课例研究——二氧化硫的用途和酸雨

上海市海滨中学 郭姿英

关键词

科学态度与社会责任 二氧化硫教学设计 酸雨

2017版的《普通高中化学课程标准》中提出普通高中的培养目标是进一步提升学生综合素质，着力发展核心素养，使学生具有理想信念和社会责任感，具有科学文化素养和终身学习能力，具有自主发展能力和沟通合作能力。课程标准的基本理念中提出结合学生已有的经验和将要经历的社会生活实际，引导学生关注人类面临的与化学有关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。化学学科核心素养的五个方面中，“科学态度与社会责任”这一核心素养属于人文范畴，在教学中往往被忽视，但是，它却起着非常重要的作用——进一步揭示了化学学习更高层次的价值追求。“科学态度与社会责任”素养发展的具体表现是用科学合理辩证的观点认识社会发展中各领域的问题；能依据建立的化学视角从物质组成、性质和转化的相关知识分析解释环境、健康、材料和能源资源中涉及的相关问题，形成可持续发展的核心观念：能应用物质转化、反应原理的知识解决生活问题，依据可持续发展的核心观念做出科学合理的决策。

课堂是落实学科核心素养的前沿阵地，笔者尝试以“二氧化硫的用途和酸雨”为例，将教学内容进行整合，使学生掌握从化学的视角认识事物、解决问题的方法，促进学生从化学的视角解释和解决社会生活中的真实问题，重点培养学生严谨求实的科学态度和社会责任感。

一、教学设计

（一）教材分析及化学学科核心素养的挖掘

本案例是沪教版高一年级第二学期第五章《评说硫、氮的“功”与“过”》5.1节“从黑火药到酸雨”的最后一个课时。学生已经从分类观、价态观等物质结构的角度认识了二氧化硫的化学性质，体现了“结构决定性质”的观念。笔者的设计意图是通过二氧化硫的用途和酸雨的学习加深对二氧化硫性质的理解，从而形成“性质决定应用”的观念，能联系物质的性质解释生活中一些化学问题。学生对于二氧化硫的印象大多是负面的，提起二氧化硫往往只想到酸雨。课前，学生通过查阅二氧化硫的用途，感受化学对人类生活的积极影响，学会用辩证的眼光看待化学物质，初步养成严谨求实的科学态度。播放有关酸雨危害的视频，让学生从惊心动魄的画面中树立保护环境的意识，增强社会责任感。通过对酸雨的成因及形成途径的分析，培养学生发现问题，基于证据进行分析推理解决问题的能力，同时，社会责任感进一步提升。通过讨论酸雨的防治措施，将环保意识逐渐内化至“绿色化学”及可持续发展的理念。

（二）教学流程

（三）教学过程

1．结合生活情境，通过“感性认知”形成严谨求实的科学态度及保护人类社会的责任感

环节一：二氧化硫的用途

【情境引入】展示学生课前搜集的有关二氧化硫用途的图片。

【学生活动】整理收集的资料，分别用一句话描述二氧化硫的不同用途。

【教师补充】二氧化硫对食品有漂白和防腐作用，使用二氧化硫能够达到使产品外观光亮、洁白的效果，是食品加工中常用的漂白剂和防腐剂，但必须严格按照国家有关范围和标准使用，否则，会影响人体健康。

【问题引导】化学上常说“性质决定用途”，同学们能否用二氧化硫的性质解释其用途呢？

【学生活动】

设计意图：本环节学生通过查阅资料了解二氧化硫在生活及生产中的用途，并收集关键文字及图片，体验“查阅资料——整理归纳——汇报展示”的科学研究方法。通过亲身体验深刻认识到二氧化硫对于人类生活形成的积极影响，初步养成严谨求实的科学态度。理解物质的性质与用途之间的关系，形成“性质决定用途”的观念。

环节二：酸雨的危害

【播放视频】酸雨的危害。

【学生活动】归纳总结酸雨对人体健康的直接危害、使土壤和河流酸化、破坏植被、腐蚀建筑等。

【问题引导】二氧化硫对人类生活的影响有“功”有“过”，你们怎么看待呢？

【学生回答】

生1：部分地方的个体商贩或有些食品生产企业，在食品中违规使用或超量使用二氧化硫类添加剂。不是二氧化硫的错，是人类没有正确地使用它。

生2：我们应该多看到二氧化硫对人类生活积极的影响，扬长避短，减少它对环境的污染。

生3：二氧化硫本身无功无过，就看人类怎么利用它，怎么让它功大于过。

设计意图：通过观看视频，归纳总结的方式，培养学生提取重要信息及表述信息的能力。学生看到一幕幕触目惊心的画面获得感性认识，会自然而然地升腾起一种要保护自然、保护人类的社会责任感。通过评说二氧化硫的功与过，学生体会到化学过程对人类健康、社会发展可能带来的双重影响，学会用辩证的眼光全面看待化学。

2．利用化学知识“理性分析”，形成保护环境、防治污染的理念

环节三：雨水pH值的测定及形成酸雨的原因

【学生活动】提早两个星期将pH试纸发给学生，测定并记录本地某处雨水的pH值。（3月份雨水较多）

酸雨的pH＜5.6，有的同学测出为5，有的同学测出为6，测定的精确度不够，不能确定是不是酸雨。

师：介绍测定pH值的另一种方法，用数字PH计测定，精确度为0.1。

师：正常的雨水一般为弱酸性，pH值在5.6—7之间。一年之内的降雨有的是酸雨，有的不是酸雨，一年中出现酸雨的降水过程次数，除以全年降水过程的总次数为酸雨率。一般用酸雨率和年均降水pH来判别某地区是否为酸雨区。

展示我国酸雨分布范围图及空气质量图，造成酸雨的原因是什么？小组讨论。

【学生活动】讨论酸雨的成因。

学生从空气质量图中了解到大气污染物主要有PM2.5、臭氧、二氧化氮和二氧化硫等，分析出大气中的氮氧化物和二氧化硫是造成酸雨的主要气体，硫酸和硝酸是形成酸雨的主要成分。当问及造成酸雨的原因时，学生几乎都认为是汽车尾气的排放造成的，未提及工业生产中燃料燃烧产生的废气污染。

【教师引导】酸雨中含有硫酸、硝酸和其他的一些有机酸，但以硫酸为主。汽车尾气排放的主要污染物为碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物及固体颗粒物等。其中，氮氧化物含量较高，是形成硝酸的主要来源。二氧化硫主要来自哪里呢？请大家根据我国酸雨分布范围图，利用地理学科知识，从人口分布及能源的角度分析一下我国酸雨集中区有什么特点。

【学生活动】小组讨论。

生1：酸雨集中区分布在我国中部及南部地区，那里人口密度大，耗能高。

生2：我国四大工业基地：辽中南工业基地、京津唐工业基地、沪宁杭工业基地、珠三角工业基地都处于酸雨区，有些酸雨率还特别高。我国工业所用能源主要是煤和石油。煤和石油燃烧产生大量的二氧化硫废气，从而造成了酸雨。

生3：工业区中化工生产中产生的废气也是污染源。

【教师补充】我国的燃料主要以煤和石油为主，这两种燃料含有硫元素。我国的煤炭资源居世界第二，但是以高硫煤为主，燃烧释放出大量二氧化硫是造成酸雨的主要原因之一。除此之外，硫矿石的冶炼，硫酸工业等化工生产过程产生的工业废气也是造成酸雨的主要原因。

设计意图：让学生感受化学是一门与工农业生产、环境保护、日常生活、能源、资源等有着密切联系的学科，激发学生热爱化学，提高学习化学的兴趣。重视化学与其他学科之间的联系，帮助学生拓宽视野，开阔思路，综合运用化学及其他学科知识分析解决有关问题。同时，培养学生发现问题，基于证据进行分析推理解决问题的能力。通过对大气污染的了解，同学们体会到保护环境、防治污染的重要性。

环节四：形成酸雨的途径

【问题引导】从化合价和元素种类角度观察SO2到H2SO4的变化，推测硫酸型酸雨形成的原因和途径，并用化学方程式表示。

【学生活动】硫元素化合价升高，SO2被氧化，应该是跟氧气反应；有氢元素，应该是跟水反应了。

书写相关的化学方程式：

途径1:

途径2:

设计意图：从化学核心素养出发，基于证据对物质间的变化提出可能的假设，并通过分析推理加以证实；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。培养学生多角度、动态地分析化学变化，运用化学反应原理解决实际问题。

3．通过讨论防治酸雨的方案，提升环保理念至“绿色化学”和可持续发展理念

环节五：酸雨的防治

【问题引导】防治酸雨最根本的措施就是减少人为硫氧化物和氮氧化物的排放，我们应该如何做呢？

【学生活动】分组讨论。

引导学生思考：从形成酸雨的原因出发，阅读教材第9页的相关资料，结合生活实际，总结出以下途径进行防治：

①调整以煤、石油等矿物燃料为主的能源结构，增加无污染或少污染的能源比例，比如发展太阳能、核能、水能、风能、地热能等不产生酸雨污染的能源。

②采用低硫煤燃烧。

③加强技术研究，减少不达标的废气排放，采取原煤脱硫、烟气脱硫技术等。

④改造污染严重的企业，加强对废气的吸收。

⑤在污染重的地区可栽种一些对二氧化硫有吸收能力的植物。

⑥绿色出行，多用公共交通工具，少开私家车，用新能源车。

【教师追问】结合SO2的性质和可能发生的反应讨论如何吸收SO2？

【学生活动】回顾二氧化硫的化学性质和可能发生的反应，以下物质：酸性高锰酸钾溶液、氢氧化钠溶液、石灰水、溴水、氨水等都可以吸收SO2。将吸收二氧化硫的物质进行分类：

实验室吸收SO2的试剂。

工业生产吸收SO2的试剂。

从原料的成本和吸收效率综合来看，化工生产中用氨水或石灰水吸收二氧化硫较合适。

【教师补充】硫酸生产工业中一般以硫黄或者硫铁矿为原料，尾气中含有少量的SO2，用氨水进行吸收。化工厂要严格执行国家关于“三废”的排放标准；同时，还应尽可能地把“三废”变成有用的副产品，实行综合利用。只有环保型的化工生产，才符合我国的基本国策，实现可持续发展。

化工生产中产生的废气、废水、废渣严重地污染着人类生存的环境，“绿色化学”就是从源头上防止这种污染。“绿色化学”是指工业生产的过程中没有（或极少有）有毒、有害物质排出，合成产品的原子利用率尽量达到百分之百。按照这种先进理念设计的生产，可以避免环境污染。

设计意图：引导学生从理论上治理SO2的污染到实际生产过程中的应用，再到认识SO2的资源化利用，在不断质疑、释疑的过程中，在问题的不断驱动下使学生的社会责任感不断提高，将环保意识逐渐内化至可持续发展的理念。使学生意识到防治酸雨就在我们身边，保护环境是每个人的责任和义务。通过了解硫酸工业废气的处理方式，让学生具有“绿色化学”观念，针对化学工艺设计，能从循环利用的角度节约生产成本、防止污染。

二、案例分析

本节课主要是围绕“科学态度与社会责任”这一化学核心素养展开。以学生已经掌握的知识为基础，查阅资料为手段，用二氧化硫的性质解释其用途，使学生关注化学在改善生活、科技进步中的重要作用，培养学生用科学的态度辩证地看待问题的能力，增强学生的责任意识，使核心素养得以生根。通过分组讨论的方式总结酸雨的危害、成因及形成途径，能运用所学化学知识分析和探讨某些化学过程对人类健康、社会可持续发展带来的影响，感受环境保护的重要性，使社会责任感进一步提升，化学核心素养得以发芽。通过讨论在生活及生产中如何防治酸雨，拓宽学生的思考空间，形成理论联系实际的观念，逐步形成节约成本、循环利用、保护环境等观念。通过结合自己的生活环境，学生体会到保护环境要从我做起，从身边做起，使核心素养得以成长，最终内化到学生的意识中。本课时既是二氧化硫化学性质的重要补充，又对培养学生“科学态度与社会责任”核心素养起到举足轻重的作用。

“科学态度和社会责任”这一核心素养属于人文范畴，一般不构成知识重点，在教学中往往得不到重视。这一核心素养的培养也不是一两节课可以完成的，需要教师有育人的理念，充分挖掘教材开发教学资源，抓住每一个合适的时机“润物细无声”，才能使学生具备科学的态度和社会责任感，高度体现化学学科的育人价值。

主要参考文献

[1] 王磊．基于学生核心素养的化学学科能力研究[M]．北京：北京师范大学出版社，2017.