专题四第一单元第一课时“金属的开发与利用” 的教学设计 苏教版 必修2

专题4第一单元第一课时“金属的开发与利用” 的教学设计在实施化学新课程的今天，教学设计如何改变传统教育理念，依据化学课程标准创造性地使用教材和可利用的教学资源，恰当地选择教学方式和方法，有效提高学生科学素养已成为当前化学教育最有价值的问题。下面是笔者在2020年4月全国新课程培训会做公开教学的课堂教学设计，愿与各位同仁交流探讨。1 设计思想 1.1 落实新课程基本理念新课程的基本理念之一是：从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，着眼于培养21世纪公民的科学素养。据此，本课时设计先从学生生活经验出发，引导学生发现金属、合金的性质及应用，并从结构解释合金的简单性质。在此基础上体验当前及未来人类对新合金、新金属的开发和应用，同时引导学生讨论新合金和新金属的应用，发展学生对化学科学与人类文明的进步的深层次体验。其次是结合人类对金属的冶炼的过程，冶炼本质，冶炼不同金属的不同方法等相关知识，引导学生进一步学习化学的基本原理和基本方法，形成科学的世界观，构建“知道与技能”，“过程与方法”，“情感态度和价值观”相融合的课堂教学目标。最后从冶炼金属及金属应用给人类带来的相关社会问题出发，培养学生的社会责任感，参与意识和决策能力等。1.2 积极开展小组讨论和问题探究式活动，进行有效教学本课时设计，笔者注重考虑“怎么教”，“为什么教”，“为什么要这样教”，“教到什么程度”等4个方面问题。具体分析如下：授课内容怎么教为什么教为什么这样教教到什么程度金属及合金的性质及应用采用学生回忆、梳理、搜集生活、工农业生产、科技中金属物品，小组讨论，归纳，探究，合金的性质及结构。同时教师提供素材，拓展学生的视野认识化学与人类生活的密切关系，培养具有21世纪公民的科学素养，同时初步认识金属、合金的性质及结构特点，培养学生归纳能力，观察能力，探究能力建构主义理论认为，学习是基于学习者的经验进行知识建构的过程。因此学习者在习得知识时，总是应用自己原有知识经验，对问题进行分析、筛选知道合金和纯金属性质有不同，并从学生能接受角度重点了解合金的熔点和硬度的与纯金属的不同，并从结构加以解析，在展望未来的新合金和新金属时，也只是从教师给出相关素材并进行简单的展望金属的冶炼梳理和重温已在初中科学及必修1中有关Hg、Fe、Cu、Na、Mg、Al等金属的冶炼方法出发，通过教师层层设问引领学生开展问题探究式活动，发现金属冶炼过程中存在基本原理和基本方法，并用练习加以巩固金属的冶炼方法，本质及社会、环境问题，是学生认识人类探索物质及其变化与化学学科发展的趋势的重点，同时这块教学内容蕴藏着丰富的知识和技能，过程与方法，情感态度和价值观，是本节课的教学重点和难点开展问题探究式教学活动，能使学生体验科学研究的过程，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的实践能力和创新精神，有利于构建起知识与技能、过程与方法，情感态度和价值观相融合的教学目标落实通过必修1、必修2的学习，学生已具有掌握金属冶炼的本质，不同金属的冶炼方法不同的知识经验，并能将这些知识经验加以综合应用。同时将已有知识经验利用金属活动顺序表进行构建，构建起程序化的知识体系金属冶炼和金属的应用的社会、环境问题结合相关的资源不可再生，废旧金属的回收利用等相关素材，采用小组讨论展开教学利用相关的社会、环境问题开展教学，有利于发挥化学课程对培养学生人文精神，培养学生社会责任感和参与意识的深层次体验，培养适应现代生活和未来发展的21世纪公民的科学素养基于素材，开展小组讨论，在教师引导下，有学生之间思维资源共享，达到集思广益，更好达到教学目标认识到我国金属矿藏的储量非常丰富，但金属资源不可再生，必须充分合理利用，建立节约资源，回收利用废旧金属的观点，培养环保意识，同时培养学生学会从不同角度思考解决问题的方法，如节约资源，重复使用，循环再生2 教学目标2.1 知识目标（1）初步了解合金和纯金属的性质不同，各有不同的应用，并从结构上简单解释合金和纯金属有不同性质的简单原因。（2）了解金属的冶炼过程，掌握冶炼金属的本质和不同金属冶炼的不同方法。（3）了解我国的金属资源，懂得废旧金属的回收和循环使用。2.2 过程和方法目标（1）通过小组讨论和问题探究，培养学生的归纳能力，观察能力，思维能力。（2）培养应用已有知识经验解释和归纳相关素材，建构知识网络的能力。2.3 情感态度和价值观（1）认识到技术上的革新依赖于科学探索与发现水平，化学理论的发展，化学技术的革新对于人类认识、开发、利用这种物质世界有着非常重要的作用。（2）体会节约资源，重复使用，循环再生以及开发寻找替代品的具体措施，减小资源和能源浪费，走进可持续发展的时代。（3）进一步建立性质决定用途，结构决定性质，性质决定冶炼方法的化学学科思想。3 教学过程设计（引入）生活、军事素材，引发学生积极学习欲望：上海东方明珠高468米，导弹，飞机（空中客车）产生问题：建造雄伟、漂亮的建筑物需要金属材料；飞机与导弹的外壳是金属材料，金属材料是当前乃至未来人类发展与生存的重要物质基础。请你与同桌的同学一起，每人各举3件家中的金属物品？学生发言：常见物品（如铜线、金首饰、铝合金门窗）教师引导，教师边说边打出下面的图片：铝锅、人字梯、铝罐、卷拉门、铝合金桌椅产生问题：上述的铝制品，有些说明铝很软，但铝制品大多较硬。那么铝到底是软的还是硬的呢？ 学生发言：纯铝很软，但可以制成硬度较大的铝合金问题讨论：为什么我们使用的金属材料主要是合金，而不是纯金属。请你与同桌同学分析、归纳下面的信息，指出合金的优良物理性能。1、 钾钠合金常温下是液体2、纯锡熔点232 ，纯铅熔点327 ，锡铅合金熔点181 3、18K的黄金比24K度大黄金硬得多4、纯铁、纯铝均很软，但含碳较高的生铁,含有硅、铜等金属的铝很硬。学生发言：1、2说明制成合金后金属熔点降低，且通常比纯金属要低；3、4说明制成合金后的金属硬度会变大。产生问题：请你根据下图中纯金属与合金的结构比较，与同桌同学讨论，为什么合金熔点一般比纯金属低，硬度比纯金属高学生回答：熔点变低的原因，纯金属中加入另一种金属后，微粒间的距离变大，作用力变小，故熔点降低。学生回答合金硬度变大的原因：纯金属中加入另一种金属后，则构成金属的微粒层之间变得相对难以滑动，故硬度变大。特别提示：我们所归纳得到的合金性质及有关结构的解释是就一般而言，当然也有熔点比纯金属高的合金。感兴趣的同学可以自己通过各种途径获得相关资料过渡：合金不仅有上述的两项优点，当前人类发现和正在开发的新型合金及金属有：材料1.形状记忆合金。NiTi，CuAlZn等合金，在较低温度下发生受力发生变形后，当加热某温度时，形状会恢复到受力前的形状。如：1969年人类第一次登上月球后，要在月球上放置了一个半球形的直径数米大的天线。数米大的天线装在小小的登月舱里是不可能的。天线就是用当时刚刚发明不久的极薄的记忆合金材料制成的。用先在正常情况下按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放到月球上以后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球形。 材料2.泡沫合金。含有泡沫气孔的特种金属。如向熔融的铝合金中通入空气，然后加入发泡剂如氢化钛可形成泡沫铝合金。它有质轻、隔热、吸音的效能。材料3.储氢合金。TiFe和LaNi合金能大量吸收H2。为推动H2作为能源的实际应用起到重要作用。材料4.钛是一种银白色的金属，人称21世纪金属。钛的外形很像钢铁，但远比钢铁坚硬，且体重只有铁的一半。在常温下，钛可以安然无恙地“躺”在各种强酸、强碱中；就连王水，也不能腐蚀它。但钛提炼比较困难。问题：阅读完上面的素材后，请你和同桌同学讨论，说一说上面的合金或金属可能在工农业生产、生活、科技中的用途。学生发言：比如门窗上镶嵌上泡沫铝合金，会有更大隔音效果。钛可以植入人体中做骨骼或关节的代替品等。过渡：人类当前使用的大多数金属（如Mg、Al、Fe、Cu、Ag、Au）等元素在自然界中以什么状态(游离态或化合态)存在呢？为什么？ 大多数金属在自然界中以什么形式存在呢？学生回答：活泼金属Mg、Al、Fe等以化合态形式存在于地壳中，陨石则含有游离态Fe单质，Cu既有游离态，也有以化合态形式存在，Ag、Au则以游离态形式存在。问题：若你是一名工程师,你认为工业上从开采矿藏到制得金属单质要考虑哪些问题?学生讨论一段时间后，教师引导学生从下面的实例中获得开采矿藏到制得金属的具体考虑。我国铁矿石储量丰富，但绝大部分是贫矿。如嵩山地区铁矿储量达2000多万吨，但有用成分约为40%，用磁选或浮选法富集铁矿石粉约达到58%，只能冶炼粗钢。将浮选除杂后的铁矿粉放入高炉中，加焦炭和石灰石等，鼓入空气，使焦炭和O2产生CO还原铁矿石得到生铁，生铁进一步冶炼成钢。 问1：通常工业上将开采出来的矿石到制得纯金属的过程分成三步，请你结合上述实例说一说这三步分别是指哪3个过程。问2：写出CO还原Fe2O3的化学方程式。 学生回答：金属冶炼过程：富集：磁选或浮选冶炼提纯学生上台板书：3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2产生问题：问题1：将化合态的金属元素冶炼成金属单质，金属元素一定是被还原吗？为什么？问题2：用R代表金属元素，用n代表R的化合价数值，请你从电子得失角度，写出金属元素冶炼成金属单质的反应式？学生回答：因为金属只有正价态，因此冶炼金属一定是被还原冶炼的本质 Rn+ne-=R问题3：请你与同桌同学一起回忆，我们曾学过的，反应后得到金属单质的化学反应有哪些，用化学方程式表示出来。学生回答：教师协助，形成如下几个重要反应式2HgO 2Hg+O2 Fe+CuSO4=FeSO4+Cu CO+CuO Cu+CO2 （CO可改为H2、C； CuO 可改为Fe2O3 等其他金属氧化物）2NaCl 电解 2Na+Cl2 2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe（Fe2O3可改成Fe3O4、FeO，还可以是CuO，Cr2O3，MnO2）2 Al2O3 电解 4Al+3 O2 MgCl2 电解 Mg+Cl2问题1：根据上述的反应方程式，请你思考不同金属元素获得电子的途径相同吗？有几种途径？金属的活泼性与该元素获得电子途径有关吗？学生讨论回答：主要有3种形式。一是从组成元素中获得的单质活泼性弱；二是从加入还原剂中获得单质活泼性较强；三是外加电源中获得的单质活泼性很强。问题2：根据问题1的答案启发，结合工业冶炼金属要简单，实用，节省的原则，请同学们根据金属活动顺序表中金属元素活泼性，对它们进行分类，在工业上哪些金属元素应该采用哪种途径获得以电子冶炼成单质？学生回答 ：冶炼方法的规律大体是：K Ca Na Mg Al 电解法Zn Fe Sn Pb Cu 还原剂还原法Hg Ag 热分解法Pt Ag 富集法巩固训练：训练1：我国古代将炉甘石（ZnCO3）、赤铜（Cu2O）和木炭混合后加热到800左右，得到一种外观类似金子的合金，名为“研石”。问题1： “研石”的成分是什么？问题2：写出有关化学方程式_、_、_。拓展视野训练2：生物炼铜铜矿石中的铜与硫结合得非常牢固，此外铜矿石中铜的含量往往较低，因而冶炼困难。生物炼铜利用某些具有特殊本领的，被称为“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性并能用空气中的氧气氧化硫化铜矿石，把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜，使铜的冶炼变得简单。目前，美国生产的铜中10%是通过这种方法获得的。问题：生物炼铜有什么优点?学生回答：工艺要求简单，安全、无污染，能耗低、成本低。各种金属冶炼和利用的大致年限：K、Ca、Na、Mg、Al（约200年前）、Zn、Fe（约2500年前）、Sn（约6000年前）、Pb、(H)、Cu（约6000年前）、Hg、Ag、Au问题：根据以上数据和有关的知识，说一说这些金属的活动性与人类开发、利用这些金属的时间先后的关系训练3：下图（略）表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发学生回答：人类文明和化学科学的发展有密切的关系。主要的结论是：技术革新依赖于科学探索与发现水平，化学理论的发展、化学技术的改进对于人类认识、开发、利用物质世界有着非常重要的作用。过渡：我国矿产资源简介