《本章自我评价》教学设计(部级优课)-化学教案

废水资源与再利用——选修4模块复习课授课教师：北京市中关村中学富瑶杨阳【主题简介】本主题的教学内容为人教版选修4化学反应原理的模块复习，重点复习第三章《水溶液中的离子平衡》和第四章《电化学基础》，旨在完善学生在新授课时建立起的水溶液问题的认识模型和电化学主题的认识模型，初步建立从“绿色化学”的角度分析和解决实际问题的基本思路。水溶液问题是贯穿学生中学化学各阶段的学习内容，学生在面对水溶液问题时，必然要确立一些不同于其它主题的认识对象和认识角度。水溶液中的离子平衡主题是化学平衡理论在水溶液体系中的应用，在选修阶段，学生需要能够从离子平衡的角度动态地分析水溶液问题，理解如何对反应进行调控，能综合运用相关原理分析和解决生产生活中有关的实际问题。化学能与电能的相互转化在生产生活中应用广泛，原电池和电解装置是氧化还原反应原理的实际应用，学生在分析电化学问题时，需要将氧化还原反应的基本原理与水溶液认识模型相结合，认识到电极反应、电极材料、电子导体和离子导体是电化学体系的基本要素，在此基础上形成电化学问题的认识模型。在选修阶段，学生需要能够自主运用电化学问题的分析模型分析原电池或电解装置的工作原理和微观过程，理解电化学装置在物质和能量转化中的作用，认识到电化学装置是对氧化还原反应的高端设计。因此，以《废水处理与再利用》为学习主题，以电镀工业园废水处理方案设计为背景，用2课时的教学时间，设置分析解释、说明论证、方案设计、创新迁移等能力要求不断提升的学科核心学习活动，完善水溶液问题和电化学问题的认识模型，提升运用认识模型分析和解决的自主性，建立从“绿色化学”的角度解决复杂实际问题的思路，发展“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”等化学学科核心素养。【内容分析】本主题的教学内容是《课程标准》选修Ⅰ课程的模块1《化学反应原理》中的内容。离子反应在生产生活实际中广泛存在，学生需要能够从微观角度定性定量相结合地分析水溶液中微粒的存在状态、微粒间的相互作用及其作用结果。对于复分解类型的离子反应，学生需要运用平衡理论重新认识离子反应及其发生条件，能依据平衡原理对反应进行调控；对于氧化还原类型的离子反应，学生需要运用氧化还原反应的基本原理，结合离子反应的特点进行分析。在中学化学体系中，电化学主题内容因其独特的逻辑性和在实际生活生产中运用广泛性而占据着重要的学科地位。电化学知识是氧化还原反应基本原理的重要应用，是实现物质转化和能量转化的重要手段，电化学问题认识模型凸显了氧化还原反应基本原理与水溶液问题的融合。因此,学生需要能够在真实情境中基于电化学体系的基本要素熟练应用电化学过程的系统分析思路，基于物质和能量转化的需求选择反应、设计转化路径和装置，形成合理利用化学反应中的物质与能量变化的意识和思路。《课程标准》中指出，教学内容应具有真实情境性，体现时代性，有利于学生知识视野的拓宽，感悟科学、技术、社会和环境的相互影响。因此，教学应以学生已有经验为背景，设计联系实际、以综合问题解决为核心任务的教学活动，提升学生的学科核心素养。【学情分析】在新授课阶段，学生已经将水溶液问题的分析模型发展为在定量层面从离子平衡的角度动态分析水溶液中的问题，能够分析离子间的相互作用并据此预测作用结果，也能够依据宏观现象分析离子间的相互作用；分别建立了原电池问题和电解问题的认识模型，能够初步运用认识模型定性定量相结合地分析电化学问题。为了进一步了解学生水平，对学生进行了前测，部分题目及结果如下：通过前测发现，学生依然存在以下主要障碍点：1.不能全面的分析与水溶液问题相关的真实复杂情境，尤其欠缺“绿色化学”的角度；2.在实际情境中，不能自主调用电化学知识分析解释问题。对电化学原理存在一定的定势思维，认为得失电子主要取决于电荷的种类，而忽视离子的得失电子能力。因此，在模块复习课中，选定了电镀废水处理为情境，以设计含多种有害成分废水的处理方案为核心任务，旨在让学生能从不同视角认识化学变化的多样性，在面对水溶液问题时，能够运用平衡原理和氧化还原反应原理，从物质类别和化合价多角度分析和预测离子间的相互作用，将离子间相互作用的结果与宏观现象相互关联，认识到电化学方法是对氧化还原反应的高端设计；学生还需要能够将陌生的文献资料与已有知识迅速整合，用整合后的新知识块分析解决复杂实际问题。通过本主题内容的学习，能够固化水溶液问题和电化学问题的认识模型，将认识模型与“绿色化学”角度相结合，发展为解决复杂实际问题的一般思路与方法，从而使“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“科学精神与社会责任”等多项学科核心素养得到整合发展。【学习目标】1.通过分析、评价含Cu2+酸性废水的处理方案，自主完善水溶液问题和电化学问题的认识角度与分析思路，提高应用分析思路分析和解决问题的能力和自主性，发展“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认知”等学科核心素养。2.通过设计电镀工业园的废水处理方案和分析电浮选凝聚法的工作原理，发展接受、吸收、整合信息的能力，提升自主运用相关知识分析和解决实际问题的能力，形成依据“绿色化学”思想进行分析评价和解决实际问题的意识和能力，发展“科学精神与社会责任”的学科核心素养。【重点难点】教学重点：自主完善水溶液问题和电化学问题的认识角度与分析思路，提升自主运用相关知识分析和解决实际问题的能力。教学难点：依据“绿色化学”思想对废水处理方案进行分析评价，依据文献资料自主设计出电浮选凝聚法的装置示意图。【教学设计】1.单元教学整体规划单元教学共包括2课时，每课时的内容主题及关联如下图所示：2.教学过程设计教学环节师生活动设计意图【引入】明确任务明确任务——为电镀工业园设计废水处理方案。创设情境。【环节一】调研汇报从水质情况和处理方法等角度汇报前期调研结果，提出需要进一步解决的问题，提炼分析问题的思路和角度了解学生水平。【环节二】分析解释分析两种方法的工作原理，评价两种方法的优点与不足。方法1：采用惰性阳极和不锈钢阴极对该废水进行电解处理，电解2h后，铜离子去除率可以达到99%。方法2：取一定体积该废水加入一定量废铁屑和活性炭，置于搅拌器上，反应一段时间后静置，取上层清液分析铜元素的含量。结果表明：废水中铜含量降到72mg/L。引导学生自主完善电化学问题的认识模型，自主运用认识模型分析和解决问题，初步培养依据“绿色化学”思想对方案进行评价的能力。【环节三】说明论证从定量角度分析两方案能否使废水中的Cu2+达标，说明理由，对方案进行优化和评价。方案一：向废水中加入NaOH，调节废水的pH至6.7（已知：10-6.7=2×10-7）方案二：向废水中加入一定量的FeS，然后调节pH至6~7结合资料卡片，对“异常现象”进行分析解释，优选实验条件。引导学生自主完善水溶液问题的分析思路，强化从定量的角度进行分析的意识，提升从Qc与K的关系角度分析离子平衡问题的能力，建立基于“绿色化学”思想分析评价方案的角度。【环节四】方案设计结合文献，小组合作设计、展示、评价并优化综合废水处理方案。培养学生接受、吸收、整合信息的能力，提升学生运用化学知识分析和解决实际问题的能力。【环节五】反思评价分析电镀工业园的真实处理方案，对本组的设计方案进行评价和反思。对比本组方案和真实方案，找出差异，自主反思，完善基于“绿色化学”思想的水溶液问题和电化学问题的认识模型。【环节六】创新迁移依据文献资料设计电浮选凝聚法的装置。电浮选凝聚法是工业上的一种污水处理方法，利用电解的方法产生Fe(OH)3和气体。Fe(OH)3具有吸附性，可吸附污物沉积下来，电解产生的气泡粒径和密度较小，对杂质的浮载能力较强。大量气泡把污水中的悬浮物带到水面，形成浮渣层，积累到一定厚度时刮去。结合VR资源，理解装置的工作原理。能根据资料、实验现象等信息，分析解释实验原理。并能基于“绿色化学”思想评价装置。3．板书设计第一课时第二第一课时第二课时【持续性评价】序号评价目标评价内容评价方式1能否自主电化学问题认识模型进行分析，“绿色化学”的角度是否完善1.能否主动从电化学原理正确解释方案2.能否能从绿色化学思想评价方案活动表现评价：通过学生表述进行评价。2是否具有定量意识、平衡思想和“绿色化学”理念1.能否从定量角度分析方案可行性。2.能否从动态、平衡的角度分析方案3.能否从经济、安全等绿色化学角度评价、改进方案。活动表现评价：通过学生选择的方案、阐述的理由进行评价3是否具有结合文献处理复杂综合问题的能力1.能否有效接受、吸收、整合信息。2.能否综合考虑选取合适的试剂或方法，设计符合绿色化学理念的综合方案活动表现评价：通过设计的流程图和阐述的理由进行评价。【教学反思】在教学过程中，素材被多角度地使用，知识的复习和巩固是在实际问题解决中自然完成的，没有生硬的感觉。知识逻辑和问题解决逻辑交叉推进课堂，形成合力，最终实质性地对学生的学习产生贡献，避免了使情境只作为引入的表层作用。在课堂的持续性评价过程中，学生通过小组讨论、汇报展示、组间评价等活动外显思维过程，引发自主反思，逐渐完善水溶液问题和电化学问题的认识模型，形成基于“绿色化学”思想分析解决实际问题的角度，形成完善的分析思路与方法。例如，在第二课时，设计含Cr2O72-的处理方案时，学生结合生物学知识，创新性地提出用乙醇还原Cr2O72-的想法，同时提出还要综合考虑乙醇价格、反应的速率及进行程度、产物是否会引起二次污染等问题；在设计Ni2+的处理方案时，也会提出先用微电解法预处理废水，回收金属Ni，溶出的Fe2+可以形成具有吸附混凝效果的胶粒，再结合沉淀法使Ni2+含量达标。在课后对学生进行了后测和访谈。可以发现，在处理酸性含铬废水时，学生能够依据题中给出的实验现象分析电极反应，突破“只有阳离子在阴极放电”的思维定式，能用正确的化学用语解释，并能预测后续实验现象。说明学生深刻理解了“电化学装置是对氧化还原反应的高端设计，本质是氧化还原反应”。在准备该主题教学内容时，教师事先查阅了大量文献，筛选素材，最终选定了“废水处理与再利用”这个主题作为实际问题情境；而后又深入研究，挖掘“废水处理”这一素材，分析其中承载的化学核心知识（电化学基础、离子平衡等）以及这些知识在发展学生认识和提升学生素养方面的功能与价值；接下来进一步分析废水处理工艺流程和方法，明确“绿色化学”认识角度的要素（安全、环保、经济），设计出契合学生水平的具体任务与学习活动。这些举措将教师设计教学的过程转变为了科研过程，教师以研究者的身份和心态面对眼前的任务，能使教师潜心研究，深入思考，反复打磨，静心雕琢，收获的成果一定是精品！在此过程中，教师提升教学理念，从关注教师的教转变为学生的学，进而转变为关注“教-学-评”的一体化；教师的教学设计与研究能力、驾驭课堂的能力都得到长足发展，专业素养也大幅提升。【专家点评】1.本节课以“废水处理与再利用”的实际情境为背景，以真实的复杂问题解决为核心任务，设置层层递进的学生活动，通过学生的汇报展示，引导学生相互评价，促使学生自主反思，完善水溶液问题和电化学问题的两个认识模型，并将两个模型进行整合，结合“绿化化学”角度，建立解决真实复杂问题的一般思路和方法，在此过程中不断整合发展学生的多项学科核心素养。2.学生活动和任务的设计是基于前测的结果，学习目标直指学生前期学习中的漏洞，聚焦关键问题解决。学生通过完成活动，可以自主反思，小组合作解决学习中的问题