第3节 液晶、纳米材料与超分子教学设计高中化学鲁科版2019选择性必修2 物质结构与性质-鲁科版2019

第3节液晶、纳米材料与超分子教学设计高中化学鲁科版2019选择性必修2物质结构与性质-鲁科版2019授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间设计意图本节教学设计以鲁科版2019高中化学选择性必修2《物质结构与性质》为依据，旨在引导学生深入了解液晶、纳米材料和超分子等前沿物质科学领域的基本概念和性质。通过实验探究和案例分析，培养学生运用化学知识解决实际问题的能力，激发学生对物质世界的好奇心和探索精神。核心素养目标分析培养学生科学探究精神，通过实验探究液晶、纳米材料和超分子的性质，提升学生的实验操作技能和观察能力。增强学生的科学思维，引导学生运用化学原理分析新型材料的结构和性质。同时，培养学生社会责任感，认识到化学在材料科学领域的重要应用，激发学生对未来科技发展的兴趣和参与意识。教学难点与重点1.教学重点

-明确液晶的结构特点及其光学性质：重点讲解液晶分子排列的有序性和各向异性，通过实验现象如液晶在不同偏振光下的变化，让学生理解液晶的光学性质。

-理解纳米材料的基本概念和特性：强调纳米尺寸对材料性质的影响，例如纳米金的催化特性和纳米碳管的力学性能。

-掌握超分子的概念和形成：重点阐述超分子通过非共价键相互作用的原理，以及超分子在分子识别和催化中的应用。

2.教学难点

-液晶分子排列的有序性与无序性之间的转换：难点在于理解液晶在不同温度下的相变过程，以及这种转换对液晶性质的影响。

-纳米材料的尺寸效应：难点在于理解纳米尺度下，材料的物理和化学性质如何发生显著变化，以及这些变化如何影响材料的应用。

-超分子结构的预测和设计：难点在于掌握超分子设计的基本原则，包括识别合适的配体和识别基团，以及如何构建具有特定功能的超分子结构。教学资源-软硬件资源：偏振片、激光笔、显微镜、纳米材料样品、液晶显示屏

-课程平台：多媒体教学课件、在线化学实验平台

-信息化资源：纳米材料数据库、超分子结构设计软件

-教学手段：实物展示、视频演示、实验操作指导、讨论互动教学流程1.导入新课（用时5分钟）

-展示生活中常见的液晶显示屏图片，提问学生如何解释这些显示屏的工作原理。

-引导学生回顾已学的分子结构和性质知识，提出液晶、纳米材料和超分子等新型材料在现代社会中的应用。

-提出本节课的学习目标：理解液晶、纳米材料和超分子的基本概念，掌握其结构和性质。

2.新课讲授（用时15分钟）

-液晶的结构特点及其光学性质

-详细讲解液晶分子排列的有序性和各向异性，通过偏振光实验展示液晶在不同偏振光下的变化。

-分析液晶在电子设备中的应用，如液晶显示屏。

-纳米材料的基本概念和特性

-介绍纳米材料的定义和尺寸效应，举例说明纳米金的催化特性和纳米碳管的力学性能。

-讨论纳米材料在环境保护和能源领域的应用。

-超分子的概念和形成

-解释超分子通过非共价键相互作用的原理，展示超分子在分子识别和催化中的应用实例。

-讨论超分子在药物传递和生物传感器等领域的应用前景。

3.实践活动（用时15分钟）

-液晶光学性质实验

-学生分组进行液晶样品的偏振光实验，观察并记录液晶在不同偏振光下的变化。

-纳米材料样品观察

-学生使用显微镜观察纳米材料样品，记录其形态和大小。

-超分子结构设计

-学生利用超分子结构设计软件，尝试设计具有特定功能的超分子结构。

4.学生小组讨论（用时10分钟）

-液晶在不同温度下的相变过程

-学生讨论液晶从有序排列到无序排列的相变过程，以及这种转换对液晶性质的影响。

-纳米材料尺寸对性能的影响

-学生分析纳米材料的尺寸如何影响其物理和化学性质，以及这些变化如何影响材料的应用。

-超分子结构设计原则

-学生讨论超分子结构设计的基本原则，包括识别合适的配体和识别基团。

5.总结回顾（用时5分钟）

-回顾本节课学习的内容，强调液晶、纳米材料和超分子的基本概念、结构和性质。

-总结纳米材料在环境保护和能源领域的应用，以及超分子在药物传递和生物传感器等领域的应用前景。

-提问学生本节课的收获，鼓励学生课后进一步探索新型材料的应用。教学资源拓展1.拓展资源：

-液晶显示器的工作原理与实际应用：介绍液晶显示器的工作机制，包括液晶分子的取向、电压控制下的折射率变化以及背光源的使用。

-纳米材料在催化中的应用：探讨纳米材料在工业催化过程中的优势，如更高的表面积和独特的电子结构，以及其在环境保护和能源转换中的应用案例。

-超分子化学的发展历史与前沿研究：概述超分子化学的发展历程，介绍近年来超分子化学在材料科学、药物设计等领域的研究进展。

2.拓展建议：

-学生可以通过阅读科普书籍或科学杂志了解液晶显示器在日常生活中的应用，例如在家用电器、手机和平板电脑中的使用。

-鼓励学生参与实验室的开放日或科技活动，亲身体验纳米材料的制备和表征过程，如纳米金溶胶的制备、纳米碳管的电子显微镜观察等。

-建议学生关注超分子化学领域的最新研究论文，通过学术期刊或大学图书馆的电子资源获取相关信息，了解超分子在生物传感器和药物释放系统中的应用。

-组织学生进行小组项目，让学生选择一个与纳米材料或超分子相关的课题进行深入研究，例如设计一种新型的纳米材料用于水净化或开发一种基于超分子的药物载体。

-鼓励学生参加学校的科学竞赛或创新活动，通过实际操作和团队合作，提升解决实际问题的能力。

-推荐学生阅读相关的科普文章和纪录片，如《纳米：改变世界的材料》等，以增强对纳米材料和超分子科学领域的兴趣和理解。

-引导学生参与线上课程或网络研讨会，学习纳米材料和超分子化学的最新理论和技术。反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.实验教学与实践相结合：在教学中，我们注重将理论知识与实验操作相结合，让学生通过亲手操作来验证理论，加深对液晶、纳米材料和超分子等前沿科学领域知识的理解。

2.案例教学与生活实际相联系：通过引入生活中常见的液晶显示屏、纳米材料应用等案例，激发学生的学习兴趣，让学生认识到化学知识在现实生活中的重要性。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生对复杂概念的理解困难：在讲解液晶、纳米材料和超分子等复杂概念时，发现部分学生对这些概念的理解存在困难，需要更直观的教学方法来辅助理解。

2.实验操作规范性不足：在实验环节，部分学生的实验操作不够规范，影响了实验结果的准确性，需要加强对实验操作规范性的教育。

3.课堂互动不足：在课堂教学中，学生的参与度不高，课堂互动不够活跃，需要进一步提高学生的参与度和课堂互动性。

反思改进措施（三）

1.采用多媒体教学手段，通过动画、视频等形式展示复杂概念，帮助学生直观理解。

2.在实验教学中，加强操作规范性的指导，确保每个学生都能按照规范进行实验操作，提高实验结果的可靠性。

3.通过提问、小组讨论等方式增加课堂互动，鼓励学生积极参与课堂讨论，提高学生的主动学习意识。

4.设计课后作业和实验报告，让学生在课后对所学知识进行巩固和深化，同时通过实验报告的批改了解学生的学习情况，及时调整教学策略。

5.结合校企合作，邀请企业工程师或专家来校讲座，让学生了解前沿科技在实际应用中的挑战和机遇，拓宽学生的视野。

6.定期开展教学反思会议，教师之间互相交流教学经验，共同探讨如何改进教学方法，提高教学质量。板书设计①液晶

-液晶的定义

-液晶分子的排列特点

-液晶的光学性质（各向异性）

-液晶在显示屏中的应用

②纳米材料

-纳米材料的定义

-纳米材料的尺寸效应

-纳米材料的物理性质（如催化、导电）

-纳米材料在环境保护和能源领域的应用

③超分子

-超分子的定义

-超分子的形成原理（非共价键）

-超分子的应用（分子识别、催化）

-超分子在药物传递和生物传感器中的应用课后作业1.设计一个实验方案，用以验证液晶在不同温度下的相变现象。请列出实验步骤、所需材料和预期结果。

-实验步骤：

1.准备不同温度的液晶样品。

2.使用偏振光显微镜观察样品在不同温度下的光学性质。

3.记录样品在相变过程中的光学变化。

-预期结果：

-随着温度的升高，液晶的有序排列将逐渐变为无序排列，偏振光通过样品时的变化将更加明显。

2.分析纳米金溶胶的制备过程中可能出现的质量问题，并提出相应的解决方法。

-可能的质量问题：

-溶胶不稳定，出现沉淀。

-溶胶颜色不均匀。

-解决方法：

-使用适当的稳定剂，如表面活性剂，来增加溶胶的稳定性。

-通过搅拌和过滤等手段确保溶胶的均匀性。

3.设计一个超分子结构，使其能够识别特定的分子并形成复合物。请描述设计思路和预期功能。

-设计思路：

-选择具有特定识别功能的识别基团。

-设计合适的连接基团，以便与目标分子结合。

-预期功能：

-超分子能够特异性地识别并绑定目标分子，形成稳定的复合物。

4.讨论纳米材料在能源领域的应用前景，并举例说明。

-应用前景：

-纳米材料可以提高太阳能电池的效率。

-纳米材料可以用于开发高效的热电材料。