一、问题背景 整合科学思维和工程思维（以下简称“科工整合思维”）的教育理念强调科学探究与工程技术实践的结合，注重培养学生的综合素养和创新能力。虚拟现实、增强现实、仿真软件等模拟技术的发展，为化学情境体验教学提供了新的手段和平台。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中增设了与工程、技术相关的教学活动要求，但目前一线教师普遍缺乏工程项目教学经验，且教学常局限于课本内容。为此，本文通过创设模拟工程与技术场景，展示不同化学教学情境案例，为教师开展科学思维与工程技术实践相结合的教学活动提供思路。 二、创设模拟工程与技术场景的教材研究 通过对人教版、鲁科版、苏教版三版高中化学教材中的工程与技术内容进行对比分析，发现三版教材中的工程与技术内容片段数量基本一样。工程与技术内容所依附的化学工程和化工生产技术的知识较为全面，素材类型多样，呈现的化工内容素材绝大部分为无机化工、有机化工、环境化工和化工冶金等方面。人教版教材中精细化工方面的素材最为丰富，鲁科版教材更加重视环境化工方面，苏教版教材则在高分子化工和基础有机化工方面更占优势。 化学工程和化工生产技术在教材中分别体现为工程思维和技术思维，各版本教材在化工内容的技术思维渗透方面做得比较好，但也要关注工程思维。教学过程中，教师应结合教材的内容特点，合理运用素材，挖掘其中蕴含的工程思维和技术思维，有选择性地设计教学活动，渗透这些思维。比如，在“海带中提取碘”案例研究的教学实践中，教师可从多维度展开教学。首先，组织学生围绕实验原理、方案设计等核心问题展开讨论，并指导其亲手完成实验操作；其次，引导学生结合实验过程中获取的具体数据，深入分析生产层面的关键问题，包括碘及其化合物生产原料的可获取性、制取成本核算、生产所需能量评估，以及副产品的处理方式；最后，推动学生拓展思考，全面探究该提取技术若投入规模化生产，可能涉及的技术可行性与经济合理性等更深层次问题。此外，学生还需要讨论与分析在不同场地生产一种化合物时需要考虑的因素，如原料、能源、劳动力供应，废物处理的可行性等。 三、创设模拟工程与技术场景的科学性 科学是工程与技术发展的理论基础，工程与技术是科学应用的延伸。因此，能用于实际生产的工程与技术在理论上必然具备了科学性。课堂教学的科学性一般具体体现在讲授内容具有正确性和科学性，包括对教材的把握、课堂结构的设计、教学方法的选择等。[1]教师确保所教内容的科学性是实施有效教学、培养学生科学素养的重要前提。比如，在金属制备的工艺流程中，虽然理论上只要给反应提供足够的能量，Fe[，2]O[，3]、MgCl[，2]、NaCl等化合物都能直接分解（分解反应吸收热量），但在实际工业生产或实验室制备中，都不会采用这种方法。这就需要学生认识到，化学反应并非只要反应原理成立就能成功进行，实际反应能否顺利发生，会受到诸多因素的干扰，如反应动力学（反应速率、活化能等）相关条件的制约。 实际生产中，反应条件（温度、压强等）越高，对设备的耐温耐压性能、能源的消耗强度要求也就越高。以炼铁为例，虽然核心反应是用CO（或焦炭）对铁的氧化物（如Fe[，2]O[，3]）进行热还原，但该过程需在高温下进行。而高温条件的控制，本质是通过调节温度这一变量，利用可逆反应平衡移动的思维，保障还原反应高效推进。在足够高的温度条件下，铁的氧化物确实存在热分解的可能性，但该分解过程存在两个关键问题：一是分解程度低，生成的铁单质（或低价铁的氧化物进一步分解的产物）量很少；二是分解产生的氧气会在相同高温条件下，与生成的铁（或低价铁的氧化物）快速重新化合，形成更稳定的铁的氧化物。这种“分解—化合”的可逆平衡会使反应始终处于动态平衡状态，无法持续生成并积累目标产物（铁单质）。但还原剂（如CO、C、H[，2]）的加入，能优先与体系中的O[，2]反应，从而显著减少O[，2]与铁（或低价铁氧化物）重新化合的机会。同时，还原剂还能直接与铁的氧化物（如Fe[，2]O[，3]、Fe[，3]O[，4]）反应，进一步消耗高价铁的氧化物。这两方面作用共同打破了“铁的氧化物分解—铁与氧气化合”的平衡，推动铁的氧化物向生成金属铁的方向转化，使得金属单质大量生成。在此情况下，即使适当降低反应温度，金属单质的冶炼效率也不会受到过多限制，更符合工业化生产对能耗、设备的实际要求。 上述关于铁的氧化物还原的原理解释中，涉及诸多后续进阶知识，如反应的能量变化、可逆反应的限度、化学平衡移动原理等。对此，教师可先针对这些知识要点进行适当提示与铺垫，再设计层层递进的问题链，引导学生逐步深入思考，如通过让学生自主分析“为何还原剂能推动反应”“温度对平衡的具体影响”等问题，最终实现分析问题、解决问题能力的培养。 在课堂教学过程中，创设模拟工程与技术场景有助于引导学生理解化学原理与实际生产的关联，进而提升其运用化学知识改造现实世界、满足人类生产生活需求的意识与理想信念。化学教材中涉及的工程与技术场景（如工业制碱、海带提碘的工业化流程等），受教学时间与空间限制，学生大多无法现场参观体验。若教师在教学中仅聚焦相关科学知识的讲解与研究，既缺乏对工程与技术深层内涵（如工艺优化逻辑、成本效益考量）的讲解，又不能有效引导学生分析场景中的技术问题、探索改进思路，极易导致教学内容与实际工业生产脱节，更难以培养学生的工程思维。因此，教师需借助问题线与活动线层层引导，弥补这一教学短板。例如，以“碳酸钠的实验室制备”作为总项目，引导学生围绕该项目讨论并拆解出四个逻辑递进的子项目，再以问题为驱动、以实践活动为载体，在真实情境中发展学生的工程思维（如图1）。
