江苏省徐州市睢宁县高中化学 专题二 化学反应与能量转化 第四单元 太阳能、生物质能和氢能的开发和利用教学设计 苏教版必修2

江苏省徐州市睢宁县高中化学专题二化学反应与能量转化第四单元太阳能、生物质能和氢能的开发和利用教学设计苏教版必修2授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教学内容苏教版必修2《化学反应与能量转化》第四单元“太阳能、生物质能和氢能的开发和利用”，主要包括太阳能的利用、生物质能的利用、氢能的制取和利用等知识点。通过学习，学生将了解不同能源的特点、制取方法及其在生活和工业中的应用。核心素养目标分析培养学生对能源科学的好奇心和探索精神，提高学生的科学思维能力和创新意识。通过学习太阳能、生物质能和氢能的开发利用，学生能够理解能源与环境保护的关系，增强社会责任感和可持续发展意识。此外，通过实验和实践活动，提升学生的实验操作技能和团队合作能力。重点难点及解决办法重点：

1.太阳能、生物质能和氢能的制取原理和过程。

2.这些能源的特点、优缺点及其在现实生活中的应用。

难点：

1.太阳能电池工作原理的理解。

2.生物质能转化过程中能量损失的分析。

解决办法：

1.通过实验演示和多媒体教学，帮助学生直观理解太阳能电池的工作原理。

2.通过对比分析，引导学生思考生物质能转化过程中的能量损失，并鼓励学生提出改进措施。

3.组织小组讨论，让学生在合作中共同探讨氢能的制取和应用，突破理解难点。教学资源准备1.教材：确保每位学生拥有苏教版必修2《化学反应与能量转化》教材。

2.辅助材料：准备太阳能、生物质能和氢能相关的图片、图表、视频等多媒体资料。

3.实验器材：准备太阳能电池板、生物质能转化装置、氢气发生器等实验器材，确保其完整性和安全性。

4.教室布置：设置分组讨论区，布置实验操作台，营造互动学习氛围。教学流程1.导入新课

详细内容：首先，通过展示一组关于能源危机和环境保护的图片，引导学生思考能源的重要性和可持续发展的必要性。然后，提出问题：“我们身边有哪些可再生能源？它们是如何被开发和利用的？”以此激发学生的兴趣，引出本节课的主题——太阳能、生物质能和氢能的开发和利用。

用时：5分钟

2.新课讲授

（1）太阳能的利用

详细内容：介绍太阳能的制取原理，包括光伏效应和光热转换。通过多媒体展示太阳能电池板的工作过程，并结合实际应用案例，如太阳能热水器、太阳能路灯等，让学生了解太阳能的特点和优势。

用时：10分钟

（2）生物质能的利用

详细内容：讲解生物质能的制取原理，包括生物化学转化和热化学转化。通过实验演示，如生物质气化、生物质发电等，让学生了解生物质能的转化过程和实际应用。

用时：10分钟

（3）氢能的制取和利用

详细内容：介绍氢能的制取方法，如电解水、天然气重整等。通过多媒体展示氢燃料电池的工作原理，并结合实际应用案例，如氢燃料电池汽车、氢能发电站等，让学生了解氢能的特点和优势。

用时：10分钟

3.实践活动

（1）太阳能电池板制作

详细内容：让学生分组合作，利用简单的材料（如透明胶带、导电胶等）制作简易太阳能电池板，并观察其工作效果。

用时：15分钟

（2）生物质能转化实验

详细内容：指导学生进行生物质气化实验，观察实验现象，并分析实验结果。

用时：15分钟

（3）氢能制取实验

详细内容：指导学生进行电解水实验，观察氢气的产生过程，并分析实验结果。

用时：15分钟

4.学生小组讨论

（1）讨论太阳能电池板制作的优缺点

举例回答：优点包括环保、可再生、清洁等；缺点包括成本较高、效率较低等。

（2）讨论生物质能转化过程中的能量损失

举例回答：能量损失主要体现在热能的散失、化学反应的不可逆性等。

（3）讨论氢能制取和利用的安全性问题

举例回答：氢气易燃易爆，需采取严格的安全措施；氢燃料电池的寿命和成本问题等。

用时：10分钟

5.总结回顾

详细内容：对本节课所学内容进行总结，强调太阳能、生物质能和氢能的特点、优缺点及其在现实生活中的应用。同时，指出本节课的重点和难点，如太阳能电池板工作原理、生物质能转化过程中的能量损失等。通过举例说明，让学生进一步巩固所学知识。

用时：5分钟

总计用时：45分钟拓展与延伸六、拓展与延伸

1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

-《可再生能源技术》

-《能源与可持续发展》

-《氢能技术：挑战与机遇》

-《生物质能：从农业废弃物到能源》

-《太阳能利用：原理与应用》

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-学生可以研究不同类型的太阳能电池，如硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等，了解它们的优缺点和适用场景。

-探索生物质能的转化效率，比较不同生物质能转化技术的成本和环境影响。

-研究氢能的储存和运输技术，了解液氢、固态氢和高压气态氢的优缺点。

-分析氢能作为交通工具的可行性，包括氢燃料电池汽车的续航能力、充电时间和成本效益。

-通过互联网资源，了解当前全球可再生能源发展的最新动态和政策导向。

3.实践性拓展活动：

-组织学生参观当地的风力发电站、太阳能光伏发电场，实地了解可再生能源的利用情况。

-设计一个小型的太阳能热水器或生物质能加热系统，并进行实际操作和效果评估。

-开展氢能应用设计竞赛，鼓励学生设计并制作一个简单的氢能应用模型，如氢能风扇或氢能灯。

-通过模拟游戏或角色扮演，让学生体验能源市场的运作，理解能源价格波动对消费者和供应商的影响。

4.创新性思考：

-探讨如何利用生物质能生产生物燃料，减少对化石燃料的依赖。

-研究如何提高氢能的生产效率，降低生产成本，同时解决氢能储存和运输的安全问题。

-分析太阳能光伏发电在未来能源结构中的地位，以及可能面临的挑战和解决方案。内容逻辑关系①重点知识点：

-太阳能电池的工作原理：光伏效应、半导体材料、PN结。

-生物质能的转化过程：生物化学转化、热化学转化、能量损失。

-氢能的制取方法：电解水、天然气重整、氢气的储存和运输。

②重点词句：

-“光伏效应”：太阳能电池将光能直接转化为电能的现象。

-“生物质能”：来源于生物体的能量，包括生物质、生物废料等。

-“氢能”：通过化学反应释放的能量，具有高能量密度和清洁环保的特点。

③逻辑关系阐述：

①太阳能的利用：首先介绍太阳能电池的工作原理，然后讨论太阳能光伏发电的实际应用，如太阳能热水器、太阳能路灯等。

②生物质能的利用：阐述生物质能的制取原理，包括生物化学转化和热化学转化，并分析其在能源转换过程中的能量损失。

③氢能的开发和利用：介绍氢能的制取方法，重点讲解电解水和天然气重整技术，以及氢能在储存和运输中的安全措施。反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.实验教学结合：在讲解太阳能、生物质能和氢能的相关知识时，我尝试将理论教学与实验教学相结合，让学生通过亲手操作实验，更直观地理解这些能源的制取和利用过程。

2.案例教学引入：为了提高学生的兴趣，我引入了实际案例，如太阳能光伏发电站的建设、生物质能发电的推广等，让学生了解这些能源在现实生活中的应用。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生参与度不足：在教学过程中，我发现部分学生对实验和讨论环节的参与度不高，这可能是因为他们对这些能源的了解有限，或者对实验操作不够熟悉。

2.教学方法单一：虽然我尝试了多种教学方法，但仍然发现教学方法相对单一，缺乏多样性，可能无法满足所有学生的学习需求。

3.评价方式局限：目前主要依赖课堂表现和实验报告来评价学生的学习成果，这种评价方式可能无法全面反映学生的学习效果。

反思改进措施（三）改进措施

1.提高学生参与度：

-在实验前，提供详细的实验步骤和注意事项，确保学生能够安全、有效地进行实验。

-鼓励学生提出问题，并引导他们通过实验和讨论寻找答案。

-适时给予学生反馈，增强他们的学习动力。

2.丰富教学方法：

-结合多媒体教学，利用视频、动画等形式展示能源利用的动态过程。

-举办能源知识竞赛或辩论赛，激发学生的竞争意识和学习兴趣。

-邀请相关领域的专家进行讲座，拓宽学生的知识视野。

3.优化评价方式：

-采用多元化的评价方式，如实验报告、课堂表现、小组讨论参与度等。

-鼓励学生自我评价和同伴评价，提高他们的自我反思能力。

-定期进行学习效果评估，及时调整教学策略，确保教学目标的达成。课后作业1.作业内容：简述太阳能电池的基本原理，并说明其在能源转换中的优势。

答案：太阳能电池基于光伏效应，利用半导体材料（如硅）吸收太阳光，将光能直接转换为电能。其优势在于清洁、可再生、分布广泛。

2.作业内容：列举三种生物质能的转化方法，并分析每种方法的特点。

答案：生物质能的转化方法包括生物化学转化（如厌氧消化）、热化学转化（如生物质气化、生物质发电）和生物转化（如生物质燃料乙醇）。特点：生物化学转化适用于低品质生物质；热化学转化效率较高，但能耗较大；生物转化适用于特定生物质。

3.作业内容：解释氢能的制取方法，并说明氢能储存和运输的关键技术。

答案：氢能的制取方法包括电解水、天然气重整等。氢能储存和运输的关键技术有：液氢储存、固态氢储存、高压气态氢储存。液氢储存需极低温环境，固态氢储存需高压环境，高压气态氢储存需特殊容器。

4.作业内容：分析氢能作为交通工具的优缺点，并讨论氢燃料电池汽车的发展前景。

答案：优点：氢能是清洁能源，燃烧产物只有水；能量密度高，续航里程长。缺点：制氢成本高，储存和运输困难，加氢站建设滞后。氢燃料电池汽车发展前景广阔，随着技术进步和基础设施完善，有望在未来替代传统燃油汽车。

5.作业内容：结合实际案例，探讨如何提高太阳能光伏发电的效率，并分析其在我国能源结构调整中的作用。

答案：提高太阳能光伏发电效率的方法有：优化太阳能电池材料、提高太阳能电池转换效率、改进光伏发电系统设计等。在我国能源结构调整中，太阳能光伏发电发挥着重要作用，有助于减少对化石能源的依赖，推动绿色发展。作业布置与反馈作业布置：

1.阅读教材中关于太阳能电池的章节，总结光伏效应的基本原理，并撰写一篇简短的报告，包括光伏效应的定义、工作原理以及其在太阳能电池中的应用。

2.分析生物质能转化过程中的能量损失，列举至少两种能量损失的类型，并讨论如何减少这些损失。

3.研究氢能的储存和运输技术，列出三种储存方法，并简要说明每种方法的优缺点。

4.设计一个实验方案，展示如何利用家庭常见物品制作一个简易的太阳能热水器模型，并记录实验过程和结果。

5.写一篇短文，讨论氢能作为未来能源的潜力，包括其优势、面临的挑战以及可能的解决方案。

作业反馈：

1.对学生的报告进行批改，重点关注光伏效应的定义和工作原理的准确性。对于理解有误或描述不清晰的地方，提供详细的解释和指导，帮助学生正确理解光伏效应。

2.对于生物质能转化过程中的能量损失分析，检查学生是否能够识别出能量损失的类型，并能够提出减少损失的建议。对于未能准确识别或提出有效建议的学生，提供具体的案例和改进方法。