1 项目主题内容分析

人教版九年级化学第七单元课题2围绕燃料的合理利用与开发，涉及跨学科大概念——物质与能量，发展了学生的“科学态度与社会责任”,展现了化学的科学应用价值。针对实际教学中存在“传统的教学模式难以发挥课程的育人价值”等问题，提出跨学科项目式教学。以“我为汽车选能源”为职业情境，基于化学科学视角，分析车用能源的发展，引导学生完善变化观念，构建化学反应认知模型，发展对化学反应的调控意识。基于科学伦理视角，引导学生对能源的利弊做出正确的价值判断，将社会发展与个人活动相联系，增强学生的社会责任感，发展学生关于化学的职业取向。

2 项目教学实施

2.1 回顾汽车能源发展史，感知能量的变化

【情境】现在马路上“绿牌”的新能源车越来越多，从过去燃油车称霸市场，到如今电动车迅速崛起，汽车能源经历了不同的发展阶段。如果你要为汽车选择能源，将考虑哪些因素呢?

【任务1】了解汽车发展的过程和车用能源的种类。

【生】查阅资料，汽车经历了蒸汽机汽车—早期电动汽车—内燃机汽车—新能源汽车的发展历程，车用能源经历了煤—铅酸电池—汽油—天然气、油电混合动力、纯电动、燃料电池等新能源。

【任务2】在19世纪末，蒸汽机汽车、早期电动汽车和内燃机汽车三分天下，从能量视角分析这3种车用能源的工作原理。

【组1】蒸汽机利用煤的燃烧，把水加热、汽化，形成高温蒸汽，再进入蒸汽机膨胀做功，推动汽机活塞往复运动，将内能转化为机械能。蒸汽机工作时一部分热量会散失到空气中，还有部分热量会被机械吸收，热量损失较多，能量转化效率很低。

【组2】铅酸电池中二氧化铅、铅和硫酸能发生反应，在工作时将化学能转化为电能，电能再转化为汽车的机械能，能量转化效率较高。

【组3】汽油内燃机是利用汽油在发动机气缸内燃烧，气体膨胀推动活塞产生动力，相比于蒸汽机，内燃机的能量转化过程较少，能量转化效率更高。

【师】到了20世纪初，由于蒸汽机的效率较低，早期电动汽车的电池发展受到技术限制，汽车市场逐渐被内燃机汽车所占领。

【教师总结】汽车能源经历了不同的发展阶段，但工作原理都是不同形式的能量转化成机械能的过程，化学反应可以直接或者间接实现能量的转化与储存。

2.2 实验探究反应中的热量变化，完善化学变化观

【情境】燃烧反应有明显的热量变化，但有些反应的热量变化不明显。

【任务1】设计实验探究锌粒与稀硫酸反应过程中温度的变化。

【师】用手触摸的方式来感受反应过程中的温度变化，灵敏度较低，如何改进?

【PPT】温度传感器可以定量测定温度的变化。

【生】完成实验，得出结论：锌与稀硫酸反应放出热量。

【师】从热量变化的角度，对化学反应进行分类。

【生】释放热量的反应称为放热反应，吸收热量的反应称为吸热反应。

【教师总结】物质和能量的变化观是认识和研究化学反应的重要视角。为了更好地利用化学反应，在工业生产中还要从不同维度关注变化过程。

【师】锌和稀硫酸反应常用于实验室制氢气，那么能否用于制取大量氢气呢?

【任务2】根据资料，从不同角度分析和比较甲烷水蒸气重整制氢和实验室制氢。

【生1】根据化学反应方程式，生产等质量氢气，甲烷价格比锌便宜，适用于制取大量氢气。

【生2】从反应条件看，甲烷水蒸气重整需要高温，能耗较高，对设备要求较高。

【生3】从产物角度看，甲烷水蒸气重整会产生二氧化碳，不利于低碳环保。

【生4】从原子利用率看，甲烷水蒸气重整的原子利用率更高，减少了资源的浪费。

【教师总结】工业上制取氢气的方法较多，大部分H2是通过石油、天然气和煤等化石资源及其衍生品制取，但是同时也伴随能耗高、碳排放量高等问题，目前制氢技术仍在不断地发展。化学反应是人类获得新物质和能量的重要途径，在实际生产过程中，要综合考虑多重因素，调控化学反应以实现生态效益和经济效益最大化。

2.3 合理利用化石燃料，构建反应的认知模型

【情境】20世纪50年代以来，汽车尾气导致许多城市出现了光化学烟雾，这种烟雾损害人和动物的健康，还会破坏建筑材料。

【师】燃油汽车产生的尾气有哪些成分?对环境的影响?

【生】结合资料分析，尾气中有大量二氧化碳、氮氧化合物、未完全燃烧的烟等，会造成温室效应、酸雨、霾等大气污染。

【师】汽车尾气污染日益严重，化学为环保、高效、低碳生产提供了新思路和新方法。

【PPT】科学家发现利用催化剂可以将尾气中的一氧化氮和一氧化碳转化为无害的2种气体，写出相应的方程式。

【生】2CO+2NO===催化剂2CO2+N2】2CΟ+2ΝΟ=催化剂2CΟ2+Ν2

【师】汽车尾气产生的烟会使燃料的利用率降低，结合燃烧的条件分析，如何使燃料充分燃烧?

【生】增加氧气供应，增大燃料与氧气的接触面积。

【师】化石燃料的使用不仅引发了环境问题，还带来了资源问题，分析化石燃料不可再生的原因。

【生】化石燃料是古代生物遗骸被埋在土中，经长期复杂变化形成的复杂混合物。

【师】化石燃料直接燃烧还会造成资源浪费，化学科技者将煤和石油经过加工制得一系列产品，分析其综合利用。

【生1】煤的综合利用是将煤隔绝空气加强热，使煤分解成气体燃料、煤焦油、焦炭等物质，进一步加工成各种产品。

【生2】在分馏塔中利用石油各组分的沸点不同，可以得到不同的产品。

【教师总结】煤和石油综合利用大大提高了燃料的利用率，还得到了天然气、乙醇、氢气、甲醇等产品，逐渐发展为汽车的新能源。解决能源问题的关键离不开化学的理论与方法。

【师生】构建化学反应的认知模型，为化学反应的调控提供一定的方向。

2.4 分析燃料利弊，理解学科的应用价值

【情境】20世纪80年代，在能源和环境的双重压力下，天然气、乙醇汽油、燃料电池等车用能源逐渐出现。

【PPT】汽车燃料汽油、乙醇、甲烷和氢气的相关信息。

【生】从不同角度分析不同燃料在实际使用时的利弊。

【师】结合学习，你将为汽车选择哪种能源?

【生】讨论后得出，不同的能源各有利弊，充分利用现有能源的优势，扬长避短，因地制宜；同时还应继续发现理想能源。

【师】分析当前电动汽车快速发展的原因。

【生】能源安全，减少了对石油的依赖；对环境友好，有利于达成低碳目标；有购车补贴，充电价格低，对消费者而言性价比更高等。

【师生】总结能源选择需要考虑的因素，绘制能源选择的思维导图。

【师】汽车能源的选择越来越多，但安全、清洁、高效、价廉的能源才是大众的最优选。学习完本节课有什么收获?

【生】构思项目作品，课下完成。

【教师总结】能源的利用促进了社会的发展，但是始终要保持人与自然和谐共生的科学自然观和绿色的发展观，才能构建可持续发展的道路。

3 教学反思

“我为汽车选能源”项目式教学实践属于化学科学应用，基于化学科学视角和科学伦理视角，说明和论述了能源选择所依据的化学原理和承担的社会责任，明确了素养发展的3个水平，按意识水平-分析水平-设计水平的顺序进阶学习，这样既能为教学设计提供依据，又能为效果评价提供参考。融入职业情境，以汽车能源的发展为主线，将学科知识、资源与能源、环境与发展等有序整合，培养学生从化学视角认识、分析及应用物质的科学方法，实现化学内容和观念的结构化，从而达成育人目标。