第三章物質的性質與轉化論證重污染天氣“汽車限行”的合理性探討社會性科學議題教學設計-高一上學期化學魯科版

教學設計

課程基本信息學科化學年級高一學期秋季課題微項目論證重污染天氣“汽車限行”的合理性——探討社會性科學議題教學目標通過給出社會性科學議題的定義并明確其分析框架，首先厘清相關的科學問題和科學知識。2.通過從不同視角列舉應對重污染天氣采取“汽車限行”的利與弊，尋找證據支持觀點，通過交流、反駁的過程，提升學生的科學論證的水平。3.能夠從科學、環境、經濟、社會等多個方面，權衡不同觀點的利與弊，有依據地作出決策。教學重難點教學重點：利用氮及其化合物的相互轉化關系能理解并解釋汽車尾氣與重污染天氣之間的關系。2.能夠從科學、環境、經濟、社會等方面，權衡不同觀點的利與弊，有依據地作出決策。教學難點：1.汽車尾氣中硝酸鹽和銨鹽的轉化過程中有個別轉化超出已知所學，需要補充合適的資料進行解惑，將轉化關系進一步完善。2.對資料進行加工分析，依據觀點、證據和結論之間的邏輯關系進行有條理的完整闡述。教學過程【引入】“社會性科學議題”(SocioscientificIssues，簡稱SSI)，指由利用當代科學技術研究開發所引起的一系列與社會倫理道德、經濟發展及自然生態環境等緊密相關的社會性問題。這其中，有很多議題與化學密切相關。例如，為了應對重污染天氣，把空氣污染指數控制在合理范圍內，北京、廣州等多個城市采取了汽車限行措施，以期降低機動車尾氣排放量。《北京市空氣重污染應急預案（2023年修訂）》在強制性減排措施中對各個排放標準機動車的限行措施進行了明確要求。部分市民對這樣的舉措不滿，認為汽車尾氣不是導致城市空氣質量問題的主要原因；也有人認為，這樣的措施給人們的出行帶來了諸多不便。由此，引發了關于“汽車限行”的爭議。面對這項舉措，你是如何看待的？【項目式活動1】科學認識社會性科學議題，尋找利與弊1.科學分析議題，厘清議中的科學問題和科學知識。（1）應對重污染天氣，“汽車限行”議題涉及哪些科學問題？教師：經過分析，我們能拆解出的科學問題就有：什么是重污染天氣？汽車尾氣與重污染天氣有沒有關系？有什么關系？有多大關系？汽車限行政策將對自然環境、經濟生活、社會生活帶來哪些影響？汽車限行政策的利大還是弊大？等等，化大議題為小課題，對主要問題進行深入調研。[資料1]污染物排放強度大是重污染天氣形成的內因，靜穩、小風、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，細顆粒物（PM2.5）是對我國大氣環境質量影響最大的污染物。資料來源：《中國環境報》，2017年2月[資料2]資料來源：《環境科學與管理》，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系的。那么汽車尾氣與重污染天氣有什么關系呢？該議題涉及哪些物質及其變化？書寫相關反應的化學方程式，表示其中氮及其化合物之間的轉化關系。學生質疑：為何會存在硝酸變為硝酸鹽的轉化？合理猜想：物質類別角度，酸轉化為鹽需要堿性物質，空氣中存在堿性氣體NH3，與HNO3反應生成硝酸鹽。學生質疑：空氣中為何存在NH3？合理猜想：可能由汽車尾氣產生后排放：N2→NH3需要還原劑，汽車尾氣中應該存在還原性氣體，是H2嗎？合理猜想：空氣中的NH3也可能來自于自然界如氮肥的使用和根瘤菌固氮，還有人類社會化工產品的使用和畜牧養殖等。[資料4]汽車尾氣中還有NH3的存在，隨著三元催化轉化器的廣泛使用，機動車尾氣中NH3的排放量顯著增加。機動車尾氣中的NH3來源于氮氧化物與H2的反應，而H2來源于CO與H2O的反應，所以CO和NO是NH3的前驅物。反應原理如下:CO+H2O=CO2+H22NO+2CO+3H2=2NH3+2CO22NO+5H2=2NH3+2H2O資料來源:暨南大學2011年碩士論文《廣州市機動車尾氣中氨氣的排放因子研究》[資料5]空氣中氨的來源(1)自然界①農業方面，大量的銨鹽以化肥的形式加入農田里，當過量的銨鹽加入土壤中時會導致土壤酸化、富營養化，改變了植被，并提高了大氣中的氨氣含量。②細菌的固氮作用，很多細菌都可以固氮，它們將多余的氨氣釋放到空氣中。(2)人類社會美容美發使用的染發劑及燙發劑的揮發、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、化肥的生產和制冷系統的應用、畜牧養殖等都會產生氨氣。資料來源:《山西科技》，2017年第1期【資料6】空汽車尾氣通過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】三元催化轉化器失效的問題(1)鉛元素對三元催化轉化器的影響含鉛汽油的使用，將導致催化轉換器重金屬中毒，催化效果降低。(2)磷、鋅元素對三元催化轉化器的影響磷、鋅元素與三元催化轉化器活性材料反應或覆蓋在催化轉化器表面活性物質上，造成催化轉化器效率下降。由于機油添加劑中磷、鋅元素無法取消，而內燃機燒機油的特性也不可避免，所以催化劑配方以及涂層技術仍需改進。(3)硫元素對三元催化轉化器的影響汽油燃燒后，其中的硫元素隨著尾氣進入三元催化轉化器，這些硫元素與催化轉化器表面上的金屬氧化物反應生成硫酸鹽，減弱了催化劑對空燃比變化的敏感程度，使其喪失儲存和釋放氧的功能;硫化物吸附在催化劑的表面，妨礙了HC、CO、NO的吸附。較高含硫油在整個空燃比范圍內延長了催化劑的點燃時間，提高了起燃溫度，降低了轉化效率。資料來源:《京華時報》，2014年12月9日書寫相關反應的化學方程式，表示其中氮及其化合物之間的轉化關系。2.分別從環境、經濟、社會等列舉應對重污染天氣采取“汽車限行”措施的利與弊。視角利弊環境經濟社會其他學生交流并完善表格。【項目活動2】學習科學論證，論證利與弊1.以“汽車限行”能夠減輕空氣污染這一觀點為例進行論證并交流。請你對某小組的論證情況進行分析評價，并完善這一論證過程。同學甲:汽車行駛會產生污染，因為會產生氮氧化物。同學乙:雖然會有氮氧化物產生，但不一定會排放到大氣中。同學甲:在汽缸中，氮氣與氧氣會發生反應，產生一氧化氮和二氧化氮，汽車尾氣中肯定有氮氧化物。同學丙:汽車中裝有凈化裝置，會將氮氧化物轉化成氮氣，然后再排放到大氣中。同學乙:大自然有自凈化能力，能夠消耗氮氧化物。同學甲: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，就不能有效轉化氮氧化物了。同學丙:有人測定過汽車尾氣中PM2.5的濃度，結果表明汽車尾氣中的PM2.5比空氣中的還少，可見汽車尾氣不會污染空氣。同學甲:你測定的是汽車尾氣中PM2.5的濃度，沒有測定氮氧化物的濃度，氮氧化物進入大氣中會轉化為PM2.5的成分，因此不能證明汽車尾氣不會污染空氣。教師：在評價時，我們首先應明確：一個令人信服的觀點，需要有充分、確鑿的資料以及合理的推理過程作為支撐，同時應考慮可能存在的反駁。資料的翔實程度、推理過程的合理性以及是否考慮了反駁，決定著科學論證的水平?？茖W論證的水平水平1：有觀點，缺少必要的資料水平2：有觀點和資料，缺少從資料到觀點的推理過程或者推理過程不合理，或者資料不充分水平3：有觀點，資料以及從資料到觀點的推理過程；資料充分，推理過程合理。水平4：有觀點，資料以及從資料到觀點的推理過程；資料充分，推理過程合理；考慮了可能的反駁及其證據。學生利用水平標準對已有討論進行評價：我們能判斷出來甲、乙同學在此論證的水平較低。在三位同學論證三元催化轉化尾氣的處理時，乙、丙同學都比較片面，甲同學對他們的觀點進行了較高水平的反駁。對于測定汽車尾氣中PM2.5的濃度這一結果，丙同學有觀點，有資料支持，但是缺少完整的推理過程，甲同學在此基礎上加以推理并反駁，論證水平更高。在評價過程中我們會發現，三位同學的觀點組合在一起才是高水平的論證。通過小組討論，對項目活動1中提出的各種利與弊進行科學論證,形成可靠的觀點。學生討論【項目活動3】權衡利弊,作出決策1.將經過論證的利與弊進行分析后，分清主次，權衡利弊，作出決策。下面是某小組關于應對重污染天氣采取“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。同學甲:利和弊都是三條，很難做決定啊!同學乙:對環境有污染，一條就決定了，同意采取“汽車限行”措施。同學丙:造成環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!同學丁:我們家離學校遠，采取“汽車限行”措施后出行太不方便了，我不同意。同學戊:應該從大局出發，從長遠考慮?！捌囅扌小贝胧┠軌驕p輕空氣污染、減少二氧化碳的排放量，這有利于社會的可持續發展，有利于未來人類的生存和發展。出行不便，是個人問題。汽車保有量是局部問題，可以逐漸達到新形態的平衡。增加公共交通壓力，恰恰可以促進政府不斷改善公共設施。因此，應該支持為應對重污染天氣而采取的“汽車限行”措施。學生討論交流。2.根據匯報展示的評價內容和小組活動