初中化学跨学科主题式学习活动设计及实践研究

引  言：能源环境教育的学科融合价值

随着“双碳”目标纳入国家战略，能源素养成为公民科学素养的核心组成。本课例依托人教版九年级化学《燃料的合理利用与开发》单元，结合《义务教育化学课程标准（2022 年版）》“化学与环境”“化学与能源”主题要求，将家用燃料变迁这一社会生活现象转化为跨学科学习载体。通过燃料使用历史梳理（历史维度）、燃烧条件调控实验（科学探究维度）、燃料环保性评估（环境科学维度）及新能源设计（工程技术维度），实现知识应用与价值观培育的深度融合。

一、教学目标与核心素养发展

1．知识目标

（1）燃料变迁史：识别家用燃料演变阶段（柴草→煤→液化石油气→天然气）及典型成分

（2）燃料科学：理解充分燃烧条件（氧气浓度、接触面积）及调控方法（蜂窝煤结构、燃气灶风门调节）

（3）环境影响：分析燃料燃烧产物（CO、SO、可吸入颗粒物）与酸雨、室效应的关联

2．能力目标

（1）调研分析能力：设计调查问卷，走访家庭/社区完成燃料使用数据收集（2）实验探究能力：通过“燃料燃烧效率对比实验”“一氧化碳生成检测实验”验证燃烧条件

（3）创新设计能力：基于环保、安全、热值标准设计未来理想燃料方案3．素养目标

（1）系统思维：建立“性质→使用→环境→社会”的能源问题分析框架（2）社会责任：提出家用燃料合理使用建议，宣传清洁能源价值

（3）创新设计能力跨学科认知：理解技术革新对社会发展的驱动作用二、教学准备与课时安排

课时分配：共6 课时（调研2 课时+实验探究2 课时+设计展示2 课时）实验材料：便携式气体检测仪（测CO）、不同燃料（酒精块、蜂窝煤、天然气）、品红溶液（检验SO）

学习手册：《燃料变迁年表》《燃烧条件调控指南》

数字资源：燃料热值对比图

分组任务：“历史调研组”“实验探究组”“未来设计组”

三、教学过程与跨学科任务设计

任务一：调查家用燃料——从柴草到天然气（历史与社会科学融合）

活动1：家庭燃料口述史访谈

学生采访祖辈/父辈，记录燃料使用变化，绘制变迁时间轴

活动2：燃料迭代驱动因素分析

小组从经济性、环保性、便捷性维度讨论变迁原因，完成权重分析表（表1）：

2.任务二：了解家用燃料的变迁实验1：燃烧条件优化实验

表 1 燃料迭代核心因素权重分析示例

（不充分燃烧）

对比三种情境的燃烧效率：

情境A：实心煤块 vs 蜂窝煤（验证接触面积影响）

情境B：燃气灶开大风门 vs 关小风门（验证氧气浓度影响）

实验2：燃烧产物检测实验

使用便携式检测仪测量蜡烛在密闭容器中燃烧的CO 浓度变化，结合反应式分析：

（充分燃烧）

通过实验验证燃烧三要素（可燃物、氧气、着火点），理解蜂窝煤多孔设计增大氧气接触面积的原理。

3.任务三：展望未来家用燃料活动：理想燃料设计方案

小组从物质变化、能量变化、环境友好、成本控制四个维度设计燃料（表2），并制作推广海报：

表2 “理想燃料X”设计评估维度

辩论活动：谁是未来能源之王？

开展“煤 vs 石油 vs 天然气 vs 氢气”辩论赛，学生依据数据论证：

“氢气热值 142MJ/kg ，是汽油的 3 倍，且电解水制氢可与光伏发电结合，实现零碳排”

四、教学创新点：场景化与工程思维渗透

1.真情境激发深度探究

学生自制固体酒精（醋酸钙+乙醇溶液凝胶化），测试燃烧效果，分析不同燃料煮火锅的CO排放差异（表3）：

表 3 火锅燃料燃烧数据对比

2.工程思维培养

燃烧器改良设计：分析燃气灶进气阀、点火装置的工作原理

系统优化训练：在燃料选择中引入多目标决策，要求平衡热值、环保性、安全性、成本四要素

五、教学反思与改进方向

1.成效验证

学生成果：形成《家庭燃料使用指南》《新能源宣传手册》等作品素养表现： 87% 学生能运用“物质变化-能量转化-环境影响”模型分析燃料问题

2.待改进问题

户外实践不足：因安全限制，未开展真实环境燃烧测试技术前沿渗透弱：对“绿氢技术”“二氧化碳制汽油”等创新案例讨论深度不足

3.待优化方向

开展社区行动：组织“清洁能源进家庭”宣传活动，采访燃气公司技术人员

六、结语

本课例以家用燃料变迁为线索，将化学核心知识（燃烧反应、能量守恒）融入社会性议题分析，通过历史调研、科学实验、工程设计的阶梯式任务，培养学生“像科学家一样思考，像工程师一样决策”的能力。在能源转型的背景下，此类跨学科实践将成为科学教育赋能可持续发展的重要路径。

当学生在辩论中为“氢能源”据理力争，当他们在社区展示自制的清洁燃料手册，科学教育便超越了课本——它点燃的是理性之光，塑造的是未来公民的责任之魂。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部制定，义务教育化学课程标准（2022 年版）[ S ]，北京：北京师范大学出版社，2022：32.

[2]胡久华，义务教育化学课程中跨学科实践活动的设计与实施［ J ]．课程．教材．教法，2023，（7）：125～132.

[3]中国天然气集团公司，西气东输；挺起中国的脊梁［ J ].求是，2004，（19）;46～48.

[4]王茜，傅丽卉，苏珉，任舒婷，初中化学跨学科项目教学实践探索［ J ]、化学教学，2024，（4）：62～67.

金项目：本文系市教育科学研究课题“县域内初中化学跨学科主题式学习活动设计及实践研究（课题编号：FJK24065）研究成果。