“化学是人类打开物质世界的钥匙”的教学设计

陈思静

文章编号:1005-6629(2009)08-0067-04中图分类号:G633.8文献标识码:B

苏教版《化学2》第四专题“化学科学与人类文明”的编写意图,是让学生从化学学科在物质及其变化研究、新物质合成方面的贡献,化学科学对科学技术发展、环境保护事业的重要性,认识到化学与科学、技术、社会的关系,扩大视野,感受化学的魅力,激发学生进一步学习、研究化学的兴趣,让学生能选择更多的选修模块开展学习。

这节课是本专题的第一课时,简明揭示人类认识物质世界的过程,不要求接受大量新的化学具体知识,不能把这堂课上成“科普知识讲座”, 重点应放在知识的整合和学生情感态度价值观的熏陶上。

本节课的核心问题是:(1)能举例说明(如人们对酸碱的认识)人们对物质世界认识的发展;(2)能举例说明化学理论的建立在帮助人们认识物质世界中的作用。

教学过程:

第一环节:引入课题——化学是打开物质世界的钥匙

师:数学老师说:数学是自然科学的皇后(幻灯片),物理老师说:物理是整个自然科学的基石(幻灯片)。那么化学老师该怎么说呢?

化学老师说,化学是一把钥匙,板书(化学,钥匙,物质世界)。这把钥匙打开了物质世界。今天这节课,我们就来学习第四章第一单元的第一课时。化学是打开物质世界的钥匙。幻灯片打出标题。

点评:以化学与数学、物理的对比突出化学在自然科学中的重要性,尤其突出主题——化学是打开物质世界的钥匙。

第二环节:以火为引子贯穿古今,导出实验在化学中的重要性

我们来看两幅幻灯图片。师:这两幅图让你想到了什么?学生:钻木取火。师:取得火种,给人类的祖先带来了什么作用?生:有了火种以后,不仅使人类的祖先们在黑暗中得到光明、严寒中取得温暖,而且还可以抵御野兽的袭击。人类用火烧烤食物,摆脱了茹毛饮血的野蛮时代。

师:火,可以说是人类文明进步的分界线(幻灯片)。你知道现代汉语词典中火是怎么解释的吗?停顿,学生思考一下。师:没查过吧,我查了。

火,是物体燃烧时所发出的光和焰(演示幻灯片)。我们学过物质燃烧要具备的两个条件,是什么,生:一是与氧气接触,二是达到着火点(幻灯片)。师:可是古代的人们对于燃烧的认识却是神秘而模糊的。在十七世纪的时候,人们认为可燃物能够燃烧是因为它含有一种叫燃素的物质,燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程,可燃物放出燃素后成为灰烬(幻灯片)。这种燃素说整整统治了一百多年。可是它却无法揭示金属在燃烧后质量增加的事实。直至1774年,法国化学家拉瓦西(演示幻灯片)通过化学实验,即著名的空气中成分的测定实验,证明燃烧是物质与空气中的氧气发生的剧烈作用,推翻了燃素学说,建立了氧化学说,拉瓦西用实验事实揭开了燃烧的神秘面纱。我国著名化学家傅鹰先生曾说过一句话,这句话恰如其分的表达了化学实验的重要性和权威性:化学是实验的科学,只有实验才是最高的法庭(演示幻灯片)。

下面我们就用化学实验来鉴别这三瓶无色溶液。它们分别是稀盐酸、氢氧化钠和碳酸氢钠溶液,可用的器具与材料有pH试纸、比色卡、表面皿、玻棒、试管(演示幻灯片)。想想如何来鉴别它们。学生分组实验。请一位学生讲一下实验的过程和结果。

下面我给大家做了“蓝瓶子”实验。在锥形瓶中加入100毫升水,加入2克左右葡萄糖,再加入0.5～2克氢氧化钠,滴加3～5滴亚甲基蓝溶液,这时混合溶液呈蓝色,塞紧瓶塞,振荡锥形瓶,蓝色溶液变成无色,停止振荡,溶液又恢复蓝色;循环操作,蓝色和无色就交替出现。师:你肯定很想知道为什么会出现这样循环的颜色变化吧。答案就在这本书上。展示《实验化学》,高二时你可以选修《实验化学》,它将带你领略化学实验的千变万化。板书(选修,《实验化学》)

点评:古人的钻木取火,十七世纪的燃素说,拉瓦西提出的氧化学说,这些都使学生感受到人类文明的进步和化学发展的艰难历程,又使学生有足够的想象空间,想象古人如何从野蛮走向文明,科学家推翻一种谬误的艰难。利用三种盐溶液鉴别实验中用到的酸和碱能使pH试纸变色的性质为下面的酸碱理论做一下铺垫,更是为了说明化学实验的重要性和权威性。而“蓝瓶子”实验可以引起学生的兴趣,为高二学生选修《实验化学》出点力。我想这样的设计有趣味性,又不乏科学性,学生又动了一回手,课堂气氛应该不错。

第三环节:由碳酸氢钠属于哪一类物质引出人类对酸碱认识的发展,继而引出化学理论的发展。按物质的分类,我们应把碳酸氢钠归为哪一类物质?学生:盐类。可是有人认为:碳酸氢钠是酸碱两性物质(演示幻灯片)。我们来判断一下这种说法对不对。请同学们参考书本第87页“人类对酸碱认识的发展。学生看书。并解决这么几个问题:(1)阅读了人类对酸碱认识的发展之后, 你有何感想(2)写出NaHCO₃在水溶液中的电离方程式,NaHCO₃溶液分别与盐酸、 NaOH溶液反应的离子方程式。(3) NaHCO₃是否可称为酸碱两性物质?为什么?依据的是什么理论?(演示幻灯片)学生思考讨论,回答(1):人们对酸、碱的认识从感性到理性,适用范围从水溶液到非水溶液,随着化学的发展逐步走向深刻和全面。请两位学生把问题(2)中的离子方程式写黑板上。学生回答问题(3)根据酸碱质子理论,碳酸氢钠是酸碱两性物质。碳酸氢钠与酸与碱的反应,即它接受质子和给出质子的过程。

化学理论的发展为现代化学的发展奠定了坚实的基础。我们在化学1和化学2中也学习了一些化学基本理论。我们一起来回顾一下。化学1第一专题第三单元人类对原子结构的认识。大家是否记得原子结构模型的演变经历了哪几个阶段?最早提出原子学说的是谁?是道尔顿(演示幻灯片)。他认为原子是不可再分的,是一个实心球。1897年,汤姆森发现了什么?电子,他提出电子是镶嵌在原子中的,就象葡萄干夹在面包里一样,称为葡萄干面包式原子结构模型,也叫枣糕模型。

1911年,英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验确定了原子是由带正电的原子核与带负电的电子组成,电子在核外空间做高速运动,就像行星绕太阳运展一样。

1913年丹麦物理学家波尔提出电子是在一系列稳定的轨道上运动。

到了二十世纪,科学家们用量子力学方法来描述核外电子的运动(演示幻灯片)。

化学2 专题1中我们学习了元素周期律,谁提出的?生:门捷列夫(演示幻灯片)。那么还记不记得什么是元素周期律?第7页:元素的性质随着元素核电荷数的递增而呈周期性变化的规律叫做元素周期律(演示幻灯片)。在元素周期律的基础上人们把已经发现的元素按一定的规则排呈元素周期表(演示幻灯片)。现在人们可以借助元素周期表研究合成有特定性质的新物质。例如在金属和非金属的分界线附近寻找半导体材料,在过渡元素中寻找各种优良的催化剂和耐高温耐腐蚀的合金材料。我们还学了微粒之间的相互作用力,有哪些?生:有离子键,共价键,分子间作用力,氢键。这位笑容可掬的学者就是价键理论的先驱鲍林(演示幻灯片)。

人类对物质结构研究的发展,促进了科学技术的发展。现在,人们借助扫描隧道显微镜,应用STM技术,可以看到越来越细微的结构,并实现对原子或分子的操纵(演示幻灯片)。如果你对这方面有兴趣,请在高二选修教材《物质结构与性质》(演示幻灯片,板书)。

点评:第二环节中出现了碳酸氢钠,第三环节就利用碳酸氢钠是不是酸碱两性物质展开讨论,结合书本中的交流与讨论,设计几个问题,借此了解人类对酸碱认识的发展,从而引出化学理论的发展,最后引导学生选修《物质结构与性质》。这样的设计把第二环节和第三环节自然地联系起来,又自然地把理论的发展带出来,还复习了《化学1》和《化学2》中已学的化学理论知识。

第四环节:金属被人类开发和利用的发展过程

(演示幻灯片)这是一个古代的陶器。你知道古人是怎样学会制陶的吗?学生思考。师:其实最早的陶器是人们在偶然中发现的。人们发现泥土制品经过火烧变得坚硬牢固,遇水也不再会变成泥巴了,这样人们就学会了制造陶器。后来,人们又发现某些石头在烈火中会烧炼出闪闪发光的金属,经过长期摸索之后,人类又学会利用矿石、木炭冶炼金属。从这段文字中你能归纳出哪些冶炼金属的方法(演示幻灯片)?生:第一种方法,热分解法。

幻灯片上打出氧化银和氧化汞加热分解的化学方程式。

(演示幻灯片)炼丹图。大家肯定听说过古代的炼丹术

从公元前1500年到公元1650年,为求得长生不老的仙丹,不畏烟熏火燎,炼丹术士开始了最早的化学实验。在中国、阿拉伯、埃及、希腊都发现了不少记载和总结炼丹术的书籍。

炼丹术最早的研究的材料就是红色硫化汞及其反应2HgS +O₂=2HgO+2S(在加热条件下) (演示幻灯片)。据《史记·秦始皇本记》记载,在秦始皇的墓中就灌入了大量的水银以为“百川江河”,而这些水银主要是从硫化汞提炼的。

生:第二种方法,热还原法。

你能举出哪些金属是用热还原法制得的吗?

铜,铁。请学生写出冶炼铜、铁的化学方程式(演示幻灯片)。你们知不知道铁大约是在什么年代被人类大规模开发和利用的吗?学生思考一下。师:答案就在书上。请同学们看书本86页的交流与讨论。人类大规模开发和使用铜是在约6000年前,大规模开发和使用铁是在约2500年前。

锡和铜是在差不多时候被开发和利用的。古人将锡石(SnO₂)与木炭放在一起烧,锡便会被还原析出。

并且古人还在铜中加入锡,制成了颜色呈青灰色的合金,叫什么呢?。生:青铜。青铜与纯铜相比具有哪些优点呢?生:具有强度高熔点低,铸造性好,耐磨且化学性质稳定的优点。师:中国青铜文化的起源可以一直追溯到原始社会新石器时代,而其真正的发展最高峰则出现在商朝和西周时期,我国出土了最大的青铜器,叫什么?生:司母戊鼎(演示幻灯片)。

除了铜和铁之外,我们在化学1中还学了哪些金属的冶炼?生:钠、镁、铝。师:请分别写出它们的方程式(演示幻灯片)。归纳一下用了什么方法。生:电解法。师:金属的冶炼方法与金属活动性之间是不是有什么规律呢?请学生思考回答(学生可讨论)。

生:汞和银属不活泼金属,用热分解法;铁铜中等活泼,用热还原法;钠、镁、铝,性质活泼,用电解法。师:(演示幻灯片)不同金属冶炼方法的选择。

师:现在大家是不是可以理解为什么金属越活泼,开发利用的时间就越晚了吧。请学生来讲。生:金属越活泼,越不容易被还原,冶炼的方法和技术要求越高,只有化学发展到一定程度,才能开发利用。

师:如今人们对金属及合金的利用相当广泛,你能举出例子来吗?学生讨论,举例。我们来看几幅图片,这些都是人类对金属合金的利用。(演示幻灯片,有日常生活用品,如锅、卷门、音箱外壳、休闲桌椅等;有大的建筑,如南京朗诗城市广场、新的中央电视台,还有航天飞机等)。

师:科学家还制造出了记忆合金,储氢金属,泡沫合金(幻灯片)

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。

储氢合金:Ti-Fe和La-Ni合金能大量吸收H2。为推动H2作为能源的实际应用可起到重要作用。

记忆合金:Ni-Ti等合金,在较低温度下受力发生变形后,当加热某温度时,形状会恢复到受力前的形状。

点评:这一环节与第二环节的火遥相呼应。由于用火,人们发现了冶炼金属的方法,结合学生学过的几种金属的冶炼方法,以及书本中的交流与讨论,共同探讨出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。又把古代的炼丹术和青铜稍做介绍,溶历史于化学中,突出了历史的发展中化学确实是打开物质世界的钥匙。最后几种合金的介绍给学生新奇的感受,他们不得不折服于化学所创造的物质。

第五环节:结束语成为第一课时与第二课时的纽带,使两个课时顺利过渡。

自从化学这把钥匙打开了物质世界,人类就一直在试图创造更多的新物质,以适应社会生产发展和人们生活的需要。所以说化学又是人类创造新物质的工具。下节课我们将做详细阐述。

点评:介绍几种新合金,目的就是从金属自然过渡到这些新物质,为第二节课化学是人类创造新物质的工具做好铺垫。

作业设计:

1. 道尔顿的原子学说曾经起了很大作用,其内容包含下列三个观点:①原子是不能再分的粒子;② 同种元素的原子的性质和质量相同;③原子是微小的实心球体。从现代观点看,你认为这三个结论不正确的是( )

A. ③B. ①、③

C. ②、③D. ①、②、③

2.人类使用材料的增多和变化,标志着人类文明的进步。下列材料与化学制备无关的是()

A. 石器 B. 青铜器 C. 铁器 D. 高分子材料

3.化学在自然资源的开发和利用中具有重要的意义。下列认识不正确的是()

A. 利用化学知识和化学规律,人们可以更好地开发和利用资源

B. 利用化学知识和化学规律,人们可以制造更多物质,丰富物质世界

C. 人们在开发和利用资源地过程中,对环境造成了污染,化学对此无能为力

D. 人们对资源的开发和利用过程中,时刻不能忘记资源的可持续发展。

4. 根据酸碱质子理论判定下列说法正确的是()

A. 所有的弱酸根都是碱

B. 酸式弱酸根既是酸又是碱

C. 不可能一种物质既是酸又是碱

D. 氢氧根是碱

5. 19世纪,化学理论建立了哪些有代表性的科学成果?思考这些成果对人类进步产生的影响。

教学反思:

1. 我还有一种想法就是把学生分成若干个组,每组从不同的角度来讨论化学是打开物质世界的钥匙,这样,课堂的预设性不会那么强,学生自由发挥的空间较大,但此举需要学生课前做大量的准备,否则可能会出现冷场。

2. 此教学设计的结尾是把课题自然过渡到第二课时——化学是人类创造新物质的工具。我之所以这样设计的目的是考虑到这一单元两个课时的连续性和统一性,但这样的设计也许会让人觉得最后没有能突出点明主题。我想,整个设计的过程就已经把主题,即核心观念融合渗透进去了,最后的刻意点题反而觉得画蛇添足,不如考虑这一单元的整体性,让它成为这一单元两个课时的纽带。

参考文献:

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[5]戚安邦.教学方法与教学手段[C].项目管理学精品课程.http://ibs.nankai.edu.cn/pm /Read News.asp? NewsID=146&BigClassID=33& SmallClassID=37.