“化學是人類打開物質世界的鑰匙”的教學設計

陳思靜

文章編號:1005-6629(2009)08-0067-04中圖分類號:G633.8文獻標識碼:B

蘇教版《化學2》第四專題“化學科學與人類文明”的編寫意圖,是讓學生從化學學科在物質及其變化研究、新物質合成方面的貢獻,化學科學對科學技術發展、環境保護事業的重要性,認識到化學與科學、技術、社會的關系,擴大視野,感受化學的魅力,激發學生進一步學習、研究化學的興趣,讓學生能選擇更多的選修模塊開展學習。

這節課是本專題的第一課時,簡明揭示人類認識物質世界的過程,不要求接受大量新的化學具體知識,不能把這堂課上成“科普知識講座”, 重點應放在知識的整合和學生情感態度價值觀的熏陶上。

本節課的核心問題是:(1)能舉例說明(如人們對酸堿的認識)人們對物質世界認識的發展;(2)能舉例說明化學理論的建立在幫助人們認識物質世界中的作用。

教學過程:

第一環節:引入課題——化學是打開物質世界的鑰匙

師:數學老師說:數學是自然科學的皇后(幻燈片),物理老師說:物理是整個自然科學的基石(幻燈片)。那么化學老師該怎么說呢?

化學老師說,化學是一把鑰匙,板書(化學,鑰匙,物質世界)。這把鑰匙打開了物質世界。今天這節課,我們就來學習第四章第一單元的第一課時。化學是打開物質世界的鑰匙。幻燈片打出標題。

點評:以化學與數學、物理的對比突出化學在自然科學中的重要性,尤其突出主題——化學是打開物質世界的鑰匙。

第二環節:以火為引子貫穿古今,導出實驗在化學中的重要性

我們來看兩幅幻燈圖片。師:這兩幅圖讓你想到了什么?學生:鉆木取火。師:取得火種,給人類的祖先帶來了什么作用?生:有了火種以后,不僅使人類的祖先們在黑暗中得到光明、嚴寒中取得溫暖,而且還可以抵御野獸的襲擊。人類用火燒烤食物,擺脫了茹毛飲血的野蠻時代。

師:火,可以說是人類文明進步的分界線(幻燈片)。你知道現代漢語詞典中火是怎么解釋的嗎?停頓,學生思考一下。師:沒查過吧,我查了。

火,是物體燃燒時所發出的光和焰(演示幻燈片)。我們學過物質燃燒要具備的兩個條件,是什么,生:一是與氧氣接觸,二是達到著火點(幻燈片)。師:可是古代的人們對于燃燒的認識卻是神秘而模糊的。在十七世紀的時候,人們認為可燃物能夠燃燒是因為它含有一種叫燃素的物質,燃燒的過程是可燃物中燃素放出的過程,可燃物放出燃素后成為灰燼(幻燈片)。這種燃素說整整統治了一百多年。可是它卻無法揭示金屬在燃燒后質量增加的事實。直至1774年,法國化學家拉瓦西(演示幻燈片)通過化學實驗,即著名的空氣中成分的測定實驗,證明燃燒是物質與空氣中的氧氣發生的劇烈作用,推翻了燃素學說,建立了氧化學說,拉瓦西用實驗事實揭開了燃燒的神秘面紗。我國著名化學家傅鷹先生曾說過一句話,這句話恰如其分的表達了化學實驗的重要性和權威性:化學是實驗的科學,只有實驗才是最高的法庭(演示幻燈片)。

下面我們就用化學實驗來鑒別這三瓶無色溶液。它們分別是稀鹽酸、氫氧化鈉和碳酸氫鈉溶液,可用的器具與材料有pH試紙、比色卡、表面皿、玻棒、試管(演示幻燈片)。想想如何來鑒別它們。學生分組實驗。請一位學生講一下實驗的過程和結果。

下面我給大家做了“藍瓶子”實驗。在錐形瓶中加入100毫升水,加入2克左右葡萄糖,再加入0.5～2克氫氧化鈉,滴加3～5滴亞甲基藍溶液,這時混合溶液呈藍色,塞緊瓶塞,振蕩錐形瓶,藍色溶液變成無色,停止振蕩,溶液又恢復藍色;循環操作,藍色和無色就交替出現。師:你肯定很想知道為什么會出現這樣循環的顏色變化吧。答案就在這本書上。展示《實驗化學》,高二時你可以選修《實驗化學》,它將帶你領略化學實驗的千變萬化。板書(選修,《實驗化學》)

點評:古人的鉆木取火,十七世紀的燃素說,拉瓦西提出的氧化學說,這些都使學生感受到人類文明的進步和化學發展的艱難歷程,又使學生有足夠的想象空間,想象古人如何從野蠻走向文明,科學家推翻一種謬誤的艱難。利用三種鹽溶液鑒別實驗中用到的酸和堿能使pH試紙變色的性質為下面的酸堿理論做一下鋪墊,更是為了說明化學實驗的重要性和權威性。而“藍瓶子”實驗可以引起學生的興趣,為高二學生選修《實驗化學》出點力。我想這樣的設計有趣味性,又不乏科學性,學生又動了一回手,課堂氣氛應該不錯。

第三環節:由碳酸氫鈉屬于哪一類物質引出人類對酸堿認識的發展,繼而引出化學理論的發展。按物質的分類,我們應把碳酸氫鈉歸為哪一類物質?學生:鹽類。可是有人認為:碳酸氫鈉是酸堿兩性物質(演示幻燈片)。我們來判斷一下這種說法對不對。請同學們參考書本第87頁“人類對酸堿認識的發展。學生看書。并解決這么幾個問題:(1)閱讀了人類對酸堿認識的發展之后, 你有何感想(2)寫出NaHCO₃在水溶液中的電離方程式,NaHCO₃溶液分別與鹽酸、 NaOH溶液反應的離子方程式。(3) NaHCO₃是否可稱為酸堿兩性物質?為什么?依據的是什么理論?(演示幻燈片)學生思考討論,回答(1):人們對酸、堿的認識從感性到理性,適用范圍從水溶液到非水溶液,隨著化學的發展逐步走向深刻和全面。請兩位學生把問題(2)中的離子方程式寫黑板上。學生回答問題(3)根據酸堿質子理論,碳酸氫鈉是酸堿兩性物質。碳酸氫鈉與酸與堿的反應,即它接受質子和給出質子的過程。

化學理論的發展為現代化學的發展奠定了堅實的基礎。我們在化學1和化學2中也學習了一些化學基本理論。我們一起來回顧一下。化學1第一專題第三單元人類對原子結構的認識。大家是否記得原子結構模型的演變經歷了哪幾個階段?最早提出原子學說的是誰?是道爾頓(演示幻燈片)。他認為原子是不可再分的,是一個實心球。1897年,湯姆森發現了什么?電子,他提出電子是鑲嵌在原子中的,就象葡萄干夾在面包里一樣,稱為葡萄干面包式原子結構模型,也叫棗糕模型。

1911年,英國物理學家盧瑟福根據α粒子散射實驗確定了原子是由帶正電的原子核與帶負電的電子組成,電子在核外空間做高速運動,就像行星繞太陽運展一樣。

1913年丹麥物理學家波爾提出電子是在一系列穩定的軌道上運動。

到了二十世紀,科學家們用量子力學方法來描述核外電子的運動(演示幻燈片)。

化學2 專題1中我們學習了元素周期律,誰提出的?生:門捷列夫(演示幻燈片)。那么還記不記得什么是元素周期律?第7頁:元素的性質隨著元素核電荷數的遞增而呈周期性變化的規律叫做元素周期律(演示幻燈片)。在元素周期律的基礎上人們把已經發現的元素按一定的規則排呈元素周期表(演示幻燈片)。現在人們可以借助元素周期表研究合成有特定性質的新物質。例如在金屬和非金屬的分界線附近尋找半導體材料,在過渡元素中尋找各種優良的催化劑和耐高溫耐腐蝕的合金材料。我們還學了微粒之間的相互作用力,有哪些?生:有離子鍵,共價鍵,分子間作用力,氫鍵。這位笑容可掬的學者就是價鍵理論的先驅鮑林(演示幻燈片)。

人類對物質結構研究的發展,促進了科學技術的發展。現在,人們借助掃描隧道顯微鏡,應用STM技術,可以看到越來越細微的結構,并實現對原子或分子的操縱(演示幻燈片)。如果你對這方面有興趣,請在高二選修教材《物質結構與性質》(演示幻燈片,板書)。

點評:第二環節中出現了碳酸氫鈉,第三環節就利用碳酸氫鈉是不是酸堿兩性物質展開討論,結合書本中的交流與討論,設計幾個問題,借此了解人類對酸堿認識的發展,從而引出化學理論的發展,最后引導學生選修《物質結構與性質》。這樣的設計把第二環節和第三環節自然地聯系起來,又自然地把理論的發展帶出來,還復習了《化學1》和《化學2》中已學的化學理論知識。

第四環節:金屬被人類開發和利用的發展過程

(演示幻燈片)這是一個古代的陶器。你知道古人是怎樣學會制陶的嗎?學生思考。師:其實最早的陶器是人們在偶然中發現的。人們發現泥土制品經過火燒變得堅硬牢固,遇水也不再會變成泥巴了,這樣人們就學會了制造陶器。后來,人們又發現某些石頭在烈火中會燒煉出閃閃發光的金屬,經過長期摸索之后,人類又學會利用礦石、木炭冶煉金屬。從這段文字中你能歸納出哪些冶煉金屬的方法(演示幻燈片)?生:第一種方法,熱分解法。

幻燈片上打出氧化銀和氧化汞加熱分解的化學方程式。

(演示幻燈片)煉丹圖。大家肯定聽說過古代的煉丹術

從公元前1500年到公元1650年,為求得長生不老的仙丹,不畏煙熏火燎,煉丹術士開始了最早的化學實驗。在中國、阿拉伯、埃及、希臘都發現了不少記載和總結煉丹術的書籍。

煉丹術最早的研究的材料就是紅色硫化汞及其反應2HgS +O₂=2HgO+2S(在加熱條件下) (演示幻燈片)。據《史記·秦始皇本記》記載,在秦始皇的墓中就灌入了大量的水銀以為“百川江河”,而這些水銀主要是從硫化汞提煉的。

生:第二種方法,熱還原法。

你能舉出哪些金屬是用熱還原法制得的嗎?

銅,鐵。請學生寫出冶煉銅、鐵的化學方程式(演示幻燈片)。你們知不知道鐵大約是在什么年代被人類大規模開發和利用的嗎?學生思考一下。師:答案就在書上。請同學們看書本86頁的交流與討論。人類大規模開發和使用銅是在約6000年前,大規模開發和使用鐵是在約2500年前。

錫和銅是在差不多時候被開發和利用的。古人將錫石(SnO₂)與木炭放在一起燒,錫便會被還原析出。

并且古人還在銅中加入錫,制成了顏色呈青灰色的合金,叫什么呢?。生:青銅。青銅與純銅相比具有哪些優點呢?生:具有強度高熔點低,鑄造性好,耐磨且化學性質穩定的優點。師:中國青銅文化的起源可以一直追溯到原始社會新石器時代,而其真正的發展最高峰則出現在商朝和西周時期,我國出土了最大的青銅器,叫什么?生:司母戊鼎(演示幻燈片)。

除了銅和鐵之外,我們在化學1中還學了哪些金屬的冶煉?生:鈉、鎂、鋁。師:請分別寫出它們的方程式(演示幻燈片)。歸納一下用了什么方法。生:電解法。師:金屬的冶煉方法與金屬活動性之間是不是有什么規律呢?請學生思考回答(學生可討論)。

生:汞和銀屬不活潑金屬,用熱分解法;鐵銅中等活潑,用熱還原法;鈉、鎂、鋁,性質活潑,用電解法。師:(演示幻燈片)不同金屬冶煉方法的選擇。

師:現在大家是不是可以理解為什么金屬越活潑,開發利用的時間就越晚了吧。請學生來講。生:金屬越活潑,越不容易被還原,冶煉的方法和技術要求越高,只有化學發展到一定程度,才能開發利用。

師:如今人們對金屬及合金的利用相當廣泛,你能舉出例子來嗎?學生討論,舉例。我們來看幾幅圖片,這些都是人類對金屬合金的利用。(演示幻燈片,有日常生活用品,如鍋、卷門、音箱外殼、休閑桌椅等;有大的建筑,如南京朗詩城市廣場、新的中央電視臺,還有航天飛機等)。

師:科學家還制造出了記憶合金,儲氫金屬,泡沫合金(幻燈片)

泡沫合金:含有泡沫氣孔的特種金屬。如:向熔融的鋁合金中通入空氣,然后加入發泡劑如氫化鈦可形成泡沫鋁合金。它有質輕、隔熱、吸音的效能。

儲氫合金:Ti-Fe和La-Ni合金能大量吸收H2。為推動H2作為能源的實際應用可起到重要作用。

記憶合金:Ni-Ti等合金,在較低溫度下受力發生變形后,當加熱某溫度時,形狀會恢復到受力前的形狀。

點評:這一環節與第二環節的火遙相呼應。由于用火,人們發現了冶煉金屬的方法,結合學生學過的幾種金屬的冶煉方法,以及書本中的交流與討論,共同探討出金屬的活動性與人類開發、利用這些金屬的時間先后的關系。又把古代的煉丹術和青銅稍做介紹,溶歷史于化學中,突出了歷史的發展中化學確實是打開物質世界的鑰匙。最后幾種合金的介紹給學生新奇的感受,他們不得不折服于化學所創造的物質。

第五環節:結束語成為第一課時與第二課時的紐帶,使兩個課時順利過渡。

自從化學這把鑰匙打開了物質世界,人類就一直在試圖創造更多的新物質,以適應社會生產發展和人們生活的需要。所以說化學又是人類創造新物質的工具。下節課我們將做詳細闡述。

點評:介紹幾種新合金,目的就是從金屬自然過渡到這些新物質,為第二節課化學是人類創造新物質的工具做好鋪墊。

作業設計:

1. 道爾頓的原子學說曾經起了很大作用,其內容包含下列三個觀點:①原子是不能再分的粒子;② 同種元素的原子的性質和質量相同;③原子是微小的實心球體。從現代觀點看,你認為這三個結論不正確的是( )

A. ③B. ①、③

C. ②、③D. ①、②、③

2.人類使用材料的增多和變化,標志著人類文明的進步。下列材料與化學制備無關的是()

A. 石器 B. 青銅器 C. 鐵器 D. 高分子材料

3.化學在自然資源的開發和利用中具有重要的意義。下列認識不正確的是()

A. 利用化學知識和化學規律,人們可以更好地開發和利用資源

B. 利用化學知識和化學規律,人們可以制造更多物質,豐富物質世界

C. 人們在開發和利用資源地過程中,對環境造成了污染,化學對此無能為力

D. 人們對資源的開發和利用過程中,時刻不能忘記資源的可持續發展。

4. 根據酸堿質子理論判定下列說法正確的是()

A. 所有的弱酸根都是堿

B. 酸式弱酸根既是酸又是堿

C. 不可能一種物質既是酸又是堿

D. 氫氧根是堿

5. 19世紀,化學理論建立了哪些有代表性的科學成果?思考這些成果對人類進步產生的影響。

教學反思:

1. 我還有一種想法就是把學生分成若干個組,每組從不同的角度來討論化學是打開物質世界的鑰匙,這樣,課堂的預設性不會那么強,學生自由發揮的空間較大,但此舉需要學生課前做大量的準備,否則可能會出現冷場。

2. 此教學設計的結尾是把課題自然過渡到第二課時——化學是人類創造新物質的工具。我之所以這樣設計的目的是考慮到這一單元兩個課時的連續性和統一性,但這樣的設計也許會讓人覺得最后沒有能突出點明主題。我想,整個設計的過程就已經把主題,即核心觀念融合滲透進去了,最后的刻意點題反而覺得畫蛇添足,不如考慮這一單元的整體性,讓它成為這一單元兩個課時的紐帶。

參考文獻:

[1]王磊等.選修課教與學化學[M].北京:北京大學出版社, 2006.8.

[2]王祖浩等.高中化學教學參考書[M]. 南京:江蘇教育出版社,2006:86.

[3]王祖浩等.高中化學新教材教學情境設計[M].南京:江蘇教育出版社,2006:147.

[4]夏正盛.高中化學課程標準教師讀本[M].武漢:華中師范大學出版社, 2003:38.

[5]戚安邦.教學方法與教學手段[C].項目管理學精品課程.http://ibs.nankai.edu.cn/pm /Read News.asp? NewsID=146&BigClassID=33& SmallClassID=37.