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18. 煤、石油和天然气
课题 18. 煤、石油和天然气 课时 2课时
核心概念 2.物质的变化与化学反应；11.人类活动与环境；跨学科概念：物质与能量、稳定与变化。 学习内容与要求 认识化石能源的形成、开采、加工和用途；通过模拟采油理解提高采收率的方法，分析利用带来的环境影响。
教学目标 科学观念：知道煤、石油和天然气主要由古代生物遗体经过埋藏、压实、加热等漫长地质作用形成，属于不可再生的化石能源。 科学思维：能用时间尺度和地层模型解释形成过程，比较露天/地下采煤、陆地/海上采油等方式，并分析储量、成本和环境约束。 探究实践：能完成砂砾—水—食用油的模拟油藏实验，比较直接抽取、注水驱油等方法，记录油层移动和采收变化。 态度责任：认识化石能源支撑现代生活也会造成污染和温室气体排放，愿意节约能源并支持清洁转型。
重点 理解化石能源形成的漫长性和不可再生性，用模拟采油解释工程方法。 难点 区分模型中的油、水、孔隙与真实油藏的对应和差异；避免把化石形成描述成短期腐烂。
教学准备 教师：煤石油天然气样品或图片、形成过程资料、地质时间轴、采矿采油视频、油品产品链资料。 学生：透明杯、砂砾、小石子、水、食用油、吸管或注射器、滴管、量筒、托盘、记录单。
教学思路 第一课时通过古代沼泽和海洋生物资料建立化石能源形成模型，用“人类历史与地质时间”对比突出不可再生，并分析不同开采方式。第二课时用多孔砂砾模拟油藏，先直接抽取再尝试注水推动，学生比较方法和模型局限，随后追踪石油产品链并评价能源利用的收益与环境代价。
核心问题/整合内容 核心问题：煤、石油和天然气为什么珍贵且不可再生？工程师怎样从地下开采它们，又要承担哪些环境责任？ 整合内容：地质历史、化学工业、工程开采、数学（时间尺度和采收率）、气候与环境伦理。
第1课时 建立化石能源形成与不可再生观念
本课时核心问题：煤、石油和天然气从哪里来，为什么用掉后难以补回？
教学环节 教学活动 二次备课
一、生活清单，追踪化石能源 【教师活动与语言】 师：交通、发电、塑料、化肥和沥青与煤、石油、天然气有什么联系？ 师：请围绕“燃料和产品来源”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：它们可直接燃烧供能，也是化工原料。 生：许多日用品经过多次加工，难以直接看出原料。 【学生活动组织】 给生活产品贴上煤、石油、天然气来源标签。 提出“地下能源如何形成”的问题。 小组把关键证据记录在“化石能源产品清单”中，准备在全班交流。 【设计意图】从广泛用途感受资源价值，为形成过程和责任判断建立动机。
二、资料排序，重建形成过程 【教师活动与语言】 师：古代植物和海洋生物遗体怎样变成今天的煤和油气？哪些条件缺一不可？ 师：请围绕“埋藏、压实、加热与时间”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：遗体被泥沙覆盖，与空气隔绝，逐渐埋深。 生：在压力、温度和漫长时间作用下发生变化。 【学生活动组织】 将形成步骤卡排序并标注煤与油气的主要来源环境。 用地层剖面图呈现上覆沉积物增加。 小组把关键证据记录在“形成过程图”中，准备在全班交流。 【设计意图】通过过程模型理解化石能源是物质长期变化的产物。
三、时间尺度，理解不可再生 【教师活动与语言】 师：若一厘米代表一百万年，人类大量使用化石能源的两百年该画多长？ 师：请围绕“百万年与百年消耗”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：相对于形成时间几乎看不见。 生：消耗速度远快于形成速度，因此人类尺度上不可再生。 【学生活动组织】 制作地质时间带并标出人类工业化时期。 比较形成速率和消费速率。 小组把关键证据记录在“时间尺度模型”中，准备在全班交流。 【设计意图】用数量级反差建立不可再生的深层理解，而非只背定义。
四、开采比较，分析工程条件 【教师活动与语言】 师：为什么有的煤矿露天开采，有的需要井下巷道？海上油气平台要解决哪些问题？ 师：请围绕“地层、深度和海上环境”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：取决于埋藏深度、地层和地表条件。 生：海上还要抗风浪、定位、输送和防泄漏。 【学生活动组织】 阅读开采示意图，比较成本、安全和环境影响。 按资源位置为四个情境选择方式并说明理由。 小组把关键证据记录在“开采方式评估表”中，准备在全班交流。 【设计意图】认识工程方案由自然条件和社会约束共同决定。
五、形成问题链，准备油藏模型 【教师活动与语言】 师：石油是地下的一条“油河”吗？怎样用材料模拟多孔岩层中的油？ 师：请围绕“油为什么藏在岩层孔隙中”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：常储存在岩石孔隙或裂隙中，并受盖层封闭。 生：可用砂砾孔隙、食用油和水建立简化模型。 【学生活动组织】 画真实油藏与课堂模型的对应草图。 提出直接抽取和注水两种采油预测。 小组把关键证据记录在“油藏模型设计单”中，准备在全班交流。 【设计意图】纠正常见误解，为模型实验明确可解释的问题。
第2课时 模拟采油并评价化石能源利用
本课时核心问题：怎样提高地下石油的采出量，为什么不能只追求“多采”？
教学环节 教学活动 二次备课
一、搭建模型，明确对应关系 【教师活动与语言】 师：砂砾、小石子、食用油和水分别模拟什么？怎样让各组初始条件相近？ 师：请围绕“砂砾孔隙中的油水”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：砂砾模拟多孔岩层，油模拟石油，水模拟地下水或注入水。 生：使用相同杯子、砂砾质量、油量和静置时间。 【学生活动组织】 按统一配方搭建并标记油层位置。 填写模型对应和局限表。 小组把关键证据记录在“油藏模型表”中，准备在全班交流。 安全提醒：食用油和水不得入口；杯子放托盘中，地面污染及时清理。 【设计意图】让模型服务于明确变量比较，防止把课堂材料等同真实油藏。
二、直接抽取，记录初次采收 【教师活动与语言】 师：直接抽取时为什么很快出现“吸不到油”或油水混合？ 师：请围绕“吸管或注射器采油”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：油分散在孔隙中，流动路径复杂。 生：抽取会改变压力，部分油被岩粒阻挡。 【学生活动组织】 用统一工具和次数抽取，量取油液总体积并观察混合。 记录剩余油分布和操作困难。 小组把关键证据记录在“初次采油记录”中，准备在全班交流。 【设计意图】体验储层非均一性，认识一次采收的局限。
三、注水驱油，比较方法效果 【教师活动与语言】 师：从一侧缓慢注水，另一侧抽取，油层会怎样移动？怎样比较是否提高采收？ 师：请围绕“压力推动与采收变化”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：水可能推动油向出口移动。 生：可比较抽出油量、剩余油面积和含水量。 【学生活动组织】 实施注水驱油，保持注水速度相近。 与直接抽取组比较并记录副作用。 小组把关键证据记录在“注水驱油数据表”中，准备在全班交流。 安全提醒：注射器缓慢推注，不朝人；废液统一回收。 【设计意图】通过对照理解工程师利用压力和流体运动提高采收率，同时看到水油混合问题。
四、证据解释，说明模型局限 【教师活动与语言】 师：模型支持什么结论？真实油田为何还要用泵、气体或其他技术？ 师：请围绕“采收率与真实工程”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：改变压力和流动方向可帮助更多油流向井口。 生：真实岩层更深、更热、孔隙复杂，模型不能模拟全部条件。 【学生活动组织】 用“方法—效果—代价—局限”汇报。 提出一项改进模型或测量的方法。 小组把关键证据记录在“采油工程论证卡”中，准备在全班交流。 【设计意图】形成工程结果必须以数据、成本和环境风险共同评价的意识。
五、产品与代价，进行能源权衡 【教师活动与语言】 师：石油炼制产生哪些产品？开采、运输和燃烧分别可能带来哪些环境问题？ 师：请围绕“便利、污染和气候影响”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：可得到汽油、柴油、塑料原料、润滑油、沥青等。 生：可能发生矿区破坏、油泄漏、空气污染和二氧化碳排放。 【学生活动组织】 绘制“资源—开采—加工—产品—废物/排放”生命周期链。 提出节油、替代和循环使用塑料的一项可行措施。 小组把关键证据记录在“化石能源生命周期图”中，准备在全班交流。 【设计意图】从产品便利看到全生命周期代价，为新能源学习建立真实需求。
课堂练习
1. 煤、石油和天然气为什么称为化石能源？
2. 为什么它们在人类时间尺度上不可再生？
3. 模拟油藏中砂砾和食用油分别表示什么？
4. 注水驱油可能带来什么好处和问题？
5. 化石能源利用可能造成哪些环境影响？
参考答案：1.主要由古代生物遗体经过漫长地质作用形成；2.形成需要数百万年以上，而人类消耗速度极快；3.砂砾模拟多孔岩层，食用油模拟石油；4.可推动更多油流向井口、提高采收，但会造成油水混合并需要处理；5.地表和生态破坏、泄漏、空气污染、温室气体排放等。
板书设计 18. 煤、石油和天然气 古代生物遗体＋埋藏＋压力/温度＋漫长时间 化石能源：形成慢、消耗快→不可再生 油藏：石油储于岩层孔隙 采油：直接抽取 / 注水驱油（效果与代价） 利用：能源＋原料 责任：节约、减污、转型
教学反思

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