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[摘 要]
将所学的知识应用于现实生活、研究现象或解决问题是国际和国内培育学生核心素养的共识。将基于项目的STEM学习理念与现行高中化学课程相结合，选择高中化学中的核心认知视角“类价二维”，设置真实的科学和工程问题“工业脱硝”，将科学思维与工程思维相整合，系统解决氮氧化物无害化处理，发展学生理性思维和问题解决的核心素养。
[关键词]
高中化学;科学思维;核心素养
一、设计背景
美国2013年颁布的《下一代科学课程标准》（Next Generation Science Standards）倡导从学科核心概念、科学工程实践和跨学科思维来发展学生的核心素养，其中“科学与工程实践是关于如何将所学的知识应用于现实生活、研究现象或解决问题”[1]。具体落实课程理念提倡STEM教育，即以活动、项目和问题解决为基础的学习，应用所学到的跨学科知识创造、设计、建构、发现、合作并解决问题[2]。我国《普通高中化学课程方案（2017年版）》指出“注重学科内容选择、活动设计与学生发展核心素养养成的有机联系。关注学科间的联系与整合。增强课程内容与社会生活的内在联系”[3]。化学是一门与社会生产生活密切相关的中心学科，如何精选情境素材，挖掘其中蕴涵的学科核心问题，并同工程思维相结合，发展学生的理性思维、问题解决能力是摆在化学教育工作者面前的重大攻关课题。本节课选自鲁科版第三章自然界中的元素第二节氮的循环（第三课时）人类活动对氮循环和环境的影响，旨在通过在解决氮氧化物污染过程中，利用工程理念不断优化设计方案，得出合理解决问题的路径，相关教学设计流程（见图1）：
二、设计过程
（一）教学目标
通过从类价二维设计工业脱硝物质转化路线，训练学生思维有序性，培养模型建构的学科核心素养;
通过对物质性质分析，培养学生基于证据合理推理的学科核心素养;
通过对物质化学反应条件的分析，培养学生变化观念与平衡思想;
通过真实问题解决，训练学生像科学家一样思考，培养科学精神与社会责任。
（二）教学过程
[引入]我国是一个煤炭消费大国，目前已探明我国的煤炭储量占世界的33.8%，可采量居世界第三。在今后相当长的时间里我国的能源结构仍以煤炭为主。2010年全年能源消费总量32.5亿吨标准煤，比上年增长5.9%。煤炭消费量增长5.3%;原油消费量增长12.9%;天然气消费量增长18.2%;电力消费量增长13.1%。2011年全年能源消费总量34.8亿吨标准煤，比上年增长7.0%左右。煤炭消费量增长9.7%;原油消费量增长2.7%;天然气消费量增长12.0%;电力消费量增长11.7%。虽然在未来几十年内，煤炭所占能源比例会有所下降，但其在能源结构中的主导地位仍不会改变。预计到2020年我国煤炭能源比例仍高达60%左右。
活动一：氮氧化物的危害
[PPT]人类生产生活中氮的转化（见图2）：
[设问]从图中分析可知哪些生产生活活动会造成氮氧化物的生成？氮氧化物会发生哪些转化造成哪些环境问题？
[小组汇报]氮氧化物主要来源于化石燃料燃烧、硝酸工厂废气排放、植物体焚烧、土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。这些含氮化合物与碳氢化合物反应造成光化学烟雾，与水反应形成酸雨，污染环境。
[设问质疑]NOx和碳氢化合物在阳光照射下发生光化学反应产生二次污染物的现象，称为“光化学烟雾”。有学者对某城市一天中光化学烟雾的变化情况进行测定，实验结果（见图3）。
思考：
①二次污染物主要有哪些？
②预测醛和O3的峰值出现在14：00左右的主要原因是？
[学生]（1）醛与臭氧;（2）此时日光照射较强，光化学反应速率较快。
设计意图：从社会热点能源使用概括关联各种物质间的相互转化关系，梳理辨识出涉及宏观物质转化的问题，从微观粒子间重新组成形成新物质探析造成的环境问题出发，分别从数据和曲线进行定量表征，得出氮氧化物的治理势在必行。
活动二：氮氧化物的防治
[交流研讨]请从物质转化的角度思考，如何实现氮氧化物的无害化处理。
任务1：完成氮及其化合物类价二维图（见图4、图5、图6）。
[小组汇报]
[追问]根据类价二维图，可加入什么性质的化学试剂实现无害化处理？
[小组汇报]
任务2：利用还原剂干法脱硝探究
[追问]对于加入还原剂，同学们思考下目前学习当中常见的还原剂，试着写出涉及相关转化的化学方程式。
[小组汇报]NO可用H2、CO还原，有关的化学反应为：
2NO 2H2=N2 2H2O
将所学的知识应用于现实生活、研究现象或解决问题是国际和国内培育学生核心素养的共识。将基于项目的STEM学习理念与现行高中化学课程相结合，选择高中化学中的核心认知视角“类价二维”，设置真实的科学和工程问题“工业脱硝”，将科学思维与工程思维相整合，系统解决氮氧化物无害化处理，发展学生理性思维和问题解决的核心素养。
[关键词]
高中化学;科学思维;核心素养
一、设计背景
美国2013年颁布的《下一代科学课程标准》（Next Generation Science Standards）倡导从学科核心概念、科学工程实践和跨学科思维来发展学生的核心素养，其中“科学与工程实践是关于如何将所学的知识应用于现实生活、研究现象或解决问题”[1]。具体落实课程理念提倡STEM教育，即以活动、项目和问题解决为基础的学习，应用所学到的跨学科知识创造、设计、建构、发现、合作并解决问题[2]。我国《普通高中化学课程方案（2017年版）》指出“注重学科内容选择、活动设计与学生发展核心素养养成的有机联系。关注学科间的联系与整合。增强课程内容与社会生活的内在联系”[3]。化学是一门与社会生产生活密切相关的中心学科，如何精选情境素材，挖掘其中蕴涵的学科核心问题，并同工程思维相结合，发展学生的理性思维、问题解决能力是摆在化学教育工作者面前的重大攻关课题。本节课选自鲁科版第三章自然界中的元素第二节氮的循环（第三课时）人类活动对氮循环和环境的影响，旨在通过在解决氮氧化物污染过程中，利用工程理念不断优化设计方案，得出合理解决问题的路径，相关教学设计流程（见图1）：
二、设计过程
（一）教学目标
通过从类价二维设计工业脱硝物质转化路线，训练学生思维有序性，培养模型建构的学科核心素养;
通过对物质性质分析，培养学生基于证据合理推理的学科核心素养;
通过对物质化学反应条件的分析，培养学生变化观念与平衡思想;
通过真实问题解决，训练学生像科学家一样思考，培养科学精神与社会责任。
（二）教学过程
[引入]我国是一个煤炭消费大国，目前已探明我国的煤炭储量占世界的33.8%，可采量居世界第三。在今后相当长的时间里我国的能源结构仍以煤炭为主。2010年全年能源消费总量32.5亿吨标准煤，比上年增长5.9%。煤炭消费量增长5.3%;原油消费量增长12.9%;天然气消费量增长18.2%;电力消费量增长13.1%。2011年全年能源消费总量34.8亿吨标准煤，比上年增长7.0%左右。煤炭消费量增长9.7%;原油消费量增长2.7%;天然气消费量增长12.0%;电力消费量增长11.7%。虽然在未来几十年内，煤炭所占能源比例会有所下降，但其在能源结构中的主导地位仍不会改变。预计到2020年我国煤炭能源比例仍高达60%左右。
活动一：氮氧化物的危害
[PPT]人类生产生活中氮的转化（见图2）：
[设问]从图中分析可知哪些生产生活活动会造成氮氧化物的生成？氮氧化物会发生哪些转化造成哪些环境问题？
[小组汇报]氮氧化物主要来源于化石燃料燃烧、硝酸工厂废气排放、植物体焚烧、土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。这些含氮化合物与碳氢化合物反应造成光化学烟雾，与水反应形成酸雨，污染环境。
[设问质疑]NOx和碳氢化合物在阳光照射下发生光化学反应产生二次污染物的现象，称为“光化学烟雾”。有学者对某城市一天中光化学烟雾的变化情况进行测定，实验结果（见图3）。
思考：
①二次污染物主要有哪些？
②预测醛和O3的峰值出现在14：00左右的主要原因是？
[学生]（1）醛与臭氧;（2）此时日光照射较强，光化学反应速率较快。
设计意图：从社会热点能源使用概括关联各种物质间的相互转化关系，梳理辨识出涉及宏观物质转化的问题，从微观粒子间重新组成形成新物质探析造成的环境问题出发，分别从数据和曲线进行定量表征，得出氮氧化物的治理势在必行。
活动二：氮氧化物的防治
[交流研讨]请从物质转化的角度思考，如何实现氮氧化物的无害化处理。
任务1：完成氮及其化合物类价二维图（见图4、图5、图6）。
[小组汇报]
[追问]根据类价二维图，可加入什么性质的化学试剂实现无害化处理？
[小组汇报]
任务2：利用还原剂干法脱硝探究
[追问]对于加入还原剂，同学们思考下目前学习当中常见的还原剂，试着写出涉及相关转化的化学方程式。
[小组汇报]NO可用H2、CO还原，有关的化学反应为：
2NO 2H2=N2 2H2O