《3、化学中常用的物理量-物质的量》教学设计(部级优课)-物理教案

高中化学鲁科2003版必修1第一章第三节 第3课时《气体摩尔体积》教学设计银川六中陈静设计思想及策略设计思想：“气体摩尔体积”是中学化学计算的重要物理量，它是将气体体积与质量、粒子数目、物质的量浓度等物理量联系起来的桥梁。然而，“气体摩尔体积”一直以来都是高中化学教学的难点。很多学生在初学这段内容时由于内容的抽象而难以理解，进而对化学产生畏难情绪，一个抽象的概念、一个艰深的名词，一个复杂的过程，只有当学生亲手做过，感悟过，才能使其真正理解。正是出于这种思考，我尝试利用现代化的手持传感技术（温度、压强传感器、数据采集器、计算机）得到影响气体体积的外界因素，通过传感技术得到的数据进行推理得到“气体摩尔体积”的定义，通过动手实验测量在实验室条件下相同物质的量的不同气体的体积，验证实验预测，让学生真实的感受到“气体摩尔体积”的真实内涵，将抽象的问题具体化。通过制作标况下一定物质的量的气体体积模型使学生深刻体会气体的物质的量与体积之间的比例关系，从而很轻松的得到阿伏伽德罗定律，使复杂的问题简单化。教学策略：首先，通过案例分析引导出“气体摩尔体积”的社会实际应用。第二，通过手持传感技术（温度、压强传感器、数据采集器、计算机）得到影响气体体积的因素，然后利用手持传感技术（温度、压强传感器、数据采集器、计算机），通过控制变量法探究不同气体的三个变量（温度、压强、物质的量）相同时，气体的体积是否相同，接着通过实验测量在实验室条件下相同物质的量的不同气体的体积，来验证预测，紧跟其后，通过数据分析、数学推理得到“气体摩尔体积”的定义。第三，通过制作标况下一定物质的量的气体体积模型得到阿伏伽德罗定律。第四，解决社会实际问题。在本节课的实际教学过程中，培养了学生宏观辨识、微观探析、实验探究、证据推理、模型认知，社会责任感等核心素养。教材分析课程标准分析：《普通高中化学课程标准》中对“气体摩尔体积”没有提出具体要求，但是在第三部分“内容标准”的“主题1认识化学科学”中提出：“认识摩尔是物质的量的基本单位，能用于进行简单地化学计算，体会定量研究的方法对研究和学习化学的重要作用。认识实验、假说、模型、比较、分类等科学方法对化学研究的作用”。［1］鲁科版有关“气体摩尔体积”的内容：通过计算1mol不同的固体、液体和气体的体积，比较数据后得出结论：1mol不同的固体、液体的体积是不同的，在一定温度、压强下1mol不同气体的体积近似相同；利用图示，指出“微粒大小和微粒间距”对具有向同微粒数的物质体积的影响；引出“气体摩尔体积”概念和阿伏伽德罗定律。教材遵循“宏观现象-数据探究-微观解释-获得概念”的编排逻辑推理的理性思维和对气体分子微观状态的想象力，将气体体积和物质的量之间建立桥梁，突出了“气体摩尔体积”的实用价值。内容编排的特点：以“摩尔质量和气体摩尔体积”为标题，点出这两个概念具有共同的“桥梁”的作用和价值；在数据呈现中增加了不同温度、压强下气体的体积，隐含了气体体积和压强、温度之间的比例关系，更丰富的数据使结论更具有说服力；在“资料在线”栏目中简单介绍了阿伏伽德罗和阿伏伽德罗定律。学情分析知识基础：学生已学习了物质的量、摩尔质量等知识，这些内容对本节课的学习起到了铺垫和支持的作用，初三学过从微观角度解释物质的三态变化，然而对影响它们体积的因素理解的不是很清楚。能力基础：高一学生在之前的学习中基本形成了一定的实验探究习惯，而且学生已经具备了基本的观察、分析、总结归纳能力，具备了一定的计算和数据处理分析能力，但是抽象思维能力欠缺［2］，如何利用现代教育手段用真实的实验数据使得抽象问题具体化、复杂问题简单化、直观化是教师备课的重点。学生学习困难分析：学生从应用角度出发简单地将“摩尔质量”和“气体摩尔体积”的概念意义视为相同。实际上，“摩尔质量”与物质的种类有关，与外界条件（温度、压强）无关，所以不同物质的摩尔质量一般不相同，而“气体摩尔体积”随着外界条件（温度、压强）的改变而改变，与气体种类基本无关，即对纯净气体还是混合气体均大体适用。所以，让学生在一个合适的情境中了解“气体摩尔体积”以及用直观的形象和真实数据验证理论推理是非常有利于克服学习上的困难的。教学目标知识与技能：（1）理解气体摩尔体积的概念和意义。（2）会通过气体摩尔体积和物质的量的关系进行简单的计算。（3）阿伏伽德罗定律及其应用。过程与方法：（1）了解并熟悉数字化传感技术在化学学习中的使用方法和应用状况。（2）通过比较、归纳、分析等手段认识影响物质体积的微观因素，建立微观空间想象力。（3）通过使用手持传感器测定化学反应中的温度、压强，感受定量分析对外界因素对气体摩尔体积的透彻理解。（4）通过亲手制作模型感知气体体积与物质的量的转化关系并获得阿伏伽德罗定律。（5）通过计算家庭平均每月所用天然气的质量感受到化学之魅力-为解决能源危机做出的突出贡献。情感态度和价值观：培养学生宏观辨识、微观探析、实验探究、证据推理、模型认知、社会责任等核心素养。教学重难点教学重点：（1）气体摩尔体积的概念及其与物质的量的转化关系。（2）标况下的气体摩尔体积的应用。教学难点：影响气体体积的微观因素，阿伏伽德罗定律的应用。教学流程设计教学资源和媒体西沃交互式电子白板；数字化手持传感仪器（温度、压强传感器、数据采集器、计算机）；微视频：温度、压强对气体体积的影响，测定一定物质的量的不同气体体积的温度、压强，收集实验室条件下的一定物质的量的不同气体并测量体积。教学设计环节一：引入概念教学内容与教师活动学生活动核心素养创设情境：播放一段视频，内容为一名学生发现的生活中的化学问题，他想计算一下自己家平均每月所用天然气的质量。认真观看视频，并且记录该生所描述的化学物质及其体积。提出疑问：气体体积和物质的量有什么关系呢？培养学生宏观辨识能力，记录关键信息的能力，培养学生提问题的能力。归纳物质的量与质量、粒子数目的转化关系，建立物质的量与气体体积的转化问题学生与老师一起归纳、复习，提出新的问题培养学生归纳、总结的能力以及提出问题的能力教师在学生提出新的问题时，在黑板上写出本节课的主题：气体摩尔体积环节二：建构概念活动1：观察、比较1mol不同固体、液体、气体的体积，发现异同教学内容与教师活动学生活动核心素养观察实验桌上上摆放的1molAl、1molFe的体积，1molH2O、1molH2SO4的体积，1molN2（标况下）、1mol空气（标况下）模型的体积观察1mol不同的固体、液体、气体的体积是否相同，并思考出现这种状况的原因培养学生的宏观辨识能力，即观察分析的能力；培养学生发现问题的能力通过观察，学生会发现：1.1mol不同固体、不同液体的体积是不同的。2.在标况下，1mol不同气体的体积是相同的。学生提出疑问：为什么是这样的呢？教师引导：物质的微观结构决定了物质的宏观表现，所以我们需要从微观角度来分析。活动2：微观探析物质的状态不同时，粒子大小、粒子数目、粒子间距对物质体积的影响展示表格1［3］：当物质的状态不同时，粒子数量、粒子大小、粒子间距对体积的影响比较分组讨论、对比分析、归纳总结，组长汇报分析横向结论，纵向结论培养学生微观探析的能力，培养学生的分析、比较、归纳的能力，培养学生的逻辑思维能力通过观察，比较，分析，学生会得到以下结论：1.影响物质体积的因素有：粒子的大小、粒子数目、粒子间距。2.对于固体和液体而言，粒子大小大于粒子间距，粒子间距可忽略，所以影响固体、液体体积的因素主要是粒子大小和粒子数目。当粒子数目相同时，固体液体的体积主要由粒子大小决定，粒子大小是物质本身的性质，不受外界因素的影响。3.对于气体而言，粒子间距远大于粒子大小，所以影响气体体积的因素主要是粒子间距和粒子数目，当粒子数目相同时，气体的体积主要取决于粒子间距。教师提问：那气体的粒子间距会受到外界因素的影响吗？学生回答：会的。教师继续追问：会受到什么因素的影响？是怎么影响的呢？能从生活中举出实例吗？学生举手回答问题。某学生：温度和压强会影响气体的体积，例如，把捏扁的空矿泉水瓶放入热水中，瓶子会膨胀，再用力捏瓶子，瓶子会变瘪一些。教师：表扬学生在生活中善于发现科学问题。同学们对温度和压强对体积的影响是感性的认识，有没有可靠的数据来论证我们的认识呢？活动3：实验探究：气体体积与温度、压强的线性关系教学内容与教师活动学生活动核心素养展示微课视频：三名学生利用压强传感器和注射器探究压强对气体体积的影响，并利用Excel作出压强和体积的线性关系。三名学生利用温度传感器和注射器探究温度对气体体积的影响，并利用Excel作出温度和体积的线性关系。学生认真观看视频，学习两组同学设计实验的方法，初步学习传感器的使用方法，学习数据处理的方法。培养学生实验探究的能力，设计实验、操作实验、分析数据处理数据的能力，培养学生使用现代教育技术的能力通过观看两组学生的实验操作及数据处理，学生得到以下结论：1.压强与气体体积成反比2.温度与气体体积成正比3.影响气体体积的因素有气体的物质的量、温度、压强。教师过渡：气体的体积与气体的种类有关系吗？学生：没有。教师引导：我们是否可以这样预测：对于两种不同的气体，当它们的物质的量、压强、温度相同时，它们的体积也是相同的。学生：应该是这样。教师：是不是这样，我们要用事实说话，现在我们做实验。活动4：实验探究：测定产生等物质的量的H2、CO2的温度和压强是否相等实验原理：实验原理：Mg+H2SO4=MgSO4+H2（排水法收集氢气）0.005mol0.005mol2NaHCO3+H2SO4=Na2SO4+2H2O+2CO2（排饱和碳酸氢钠溶液收集）0.005mol0.005mol实验步骤及注意事项：实验步骤及注意事项：第一、二大组，A同学打开电脑爱迪生快捷键取消屏幕所有对话框，出现当前的温度和压强B同学将温度传感器置于水浴中A同学点击开始B同学将锥形瓶中的固体聚拢侧向一边置于水中，快速推入稀硫酸，用力按住注射器不松手，保证不漏气C同学辅助压强传感器与发生装置气流通畅其他同学观察反应现象，反应结束后，C同学断开压强传感器和锥形瓶之间的软管A同学点击结束，点击图像，全景，记录实验现象和数据。第三大组，A同学打开电脑爱迪生快捷键取消屏幕所有对话框，出现当前的温度和压强B同学在溶液中打开集气瓶瓶盖将导管口深入甁中C同学向漏斗中倒入约40mL稀硫酸C同学打开止水夹，收集气体，反应结束，B同学在溶液中盖好瓶盖量筒测量集气瓶中剩余液体的体积，其他同学观察现象，记录实验现象和实验数据。图1传感器测量产生气体的温度和压强装置图2收集等物质的量的不同气体的装置教学内容与教师活动学生活动核心素养分组实验第一组（123小组）：利用温度、压强传感器测定产生0.005molH2的压强和温度；第二组（456小组）：利用温度、压强传感器测定产生0.005molCO2的体积；每一小组合作完成实验，观察实验现象，完成导学案上的表格，将实验过程中的最高温度，最大压强写在白板上，并得出结论培养学生实验探究的能力，使用传感器的能力，动手实践能力，团结合作的能力，归纳总结的能力通过第一组和第二组的实验数据，学生会发现：实验的起始温度、压强基本相同，产生0.005molH2、CO2的压强、温度数据基本接近。所以可以得到，它们的体积是相近的。预测正确。教师：那我们是否可以用实验接着验证我们的推理是否正确呢？活动5：测定实验室环境下，等物质的量的不同气体的体积是否相近教学内容与教师活动学生活动核心素养第三组（789小组）：先利用温度、压强传感器测量实验室环境下的温度和压强，再制备并测量0.005molH2、CO2的体积。学生制备并收集H2、CO2，合作完成实验，观察实验现象，完成导学案，做好记录，汇报实验成果培养学生制备并收集常见气体的实验能力，培养合作探究实验的能力通过第三组同学们所汇报的气体的体积数值，可以得到：一定温度、压强下，等物质的量的不同气体的体积是相近的。推理正确。教师提问：那1mol气体的体积如何计算呢？通过数学中的比例关系式推导出气体摩尔体积。环节三：理解概念教学内容与教师活动学生活动核心素养板书：气体摩尔体积，定义，符号，表达式，单位，强调温度、压强要一定理解分析，记笔记培养学生证据推理的能力，培养学生推理分析，逻辑分析的科学素养给出标况下的气体摩尔体积的数值，并展示标况下气体摩尔体积的模型理解标况的含义，感性认识标况下1mol气体的体积大小培养学生模型认知的科学素养展现课前物质的量和体积的问题关系利用气体摩尔体积的表达式找出物质的量和气体体积的联系培养学生的逻辑思维能力，独立完成任务的能力环节四：应用概念教学内容与教师活动学生活动核心素养1.（1）请计算标况下0.05molN2、O2、空气的体积，请利用现有的材料制作出对应的体积模型。（2）请计算标况下0.1molN2、O2、空气的体积，请利用现有模型配合组装对应的体积模型。（3）请计算标况下0.2molN2、O2、空气的体积，请利用现有的模型配合组装对应的体积模型。计算标况下0.05molN2、O2、空气的体积，请利用现有的材料制作出对应的体积模型，组装当物质的量扩大两倍、四倍时的体积模型，并分析讨论得出结论。培养学生的计算能力，动手实践能力，加深学生对概念的理解，培养学生模型感知的科学素养通过计算、制作模型、组装模型，学生会得到以下的结论：温度、压强一定时，气体的物质的量之比等于气体体积之比。（阿伏伽德罗定律）2.请大家帮冯浩哲同学计算他家平均每月的天然气质量。动手计算，解决实际问题培养学生解决实际问题的能力。培养学生的社会责任感板书设计气体摩尔体积（一）、气体摩尔体积定义：一定温度、压强下、1mol任何气体所占有的体积。符号：Vm表达式：Vm=V/n，表达式变形：V=n.Vm单位：L/mol（二）、标况（