山東版九年級化學下冊《研究性學習-海水制堿再探》說課稿

第第頁《研究性學習—海水制堿再探》說課稿使用教材山東教育出版社九年級化學下冊第八單元第三節(jié)《海水“制堿”》。二、實驗器材：三口燒瓶、恒溫水浴鍋、CO2鋼瓶、洗氣瓶、鐵架臺、酒精燈、石棉網(wǎng)、火柴、膠頭滴管、直角導(dǎo)管、錐形瓶、分液漏斗、集氣瓶、洗氣瓶、膠皮導(dǎo)管、小燒杯、彈簧夾、試管等。三、實驗創(chuàng)新/改進要點：魯教版九年級化學下冊第八單元第三節(jié)是海水“制堿”，其中海水制堿工藝流程比較抽象，教材中并未給出相應(yīng)的演示實驗，學生難理解具體的反應(yīng)原理和工藝，所以我在課堂教學中通過增加學生創(chuàng)新實驗讓學生探究反應(yīng)原理，使該工藝過程直觀化，形象化，清晰化，便于學生理解掌握，有助于培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和化學學科素養(yǎng)。學生從原料探究開始，自主設(shè)計方案，將復(fù)雜的制堿工藝流程轉(zhuǎn)化為簡易的裝置進行模擬演示，在此探究過程中，學生歸納總結(jié)出制堿的原理。方案一：氨鹽水與瓶裝CO2反應(yīng)實驗方法設(shè)計：利用氨氣制成50mL飽和氨鹽水，將氨鹽水倒入到一個充滿二氧化碳的礦泉水瓶。實驗現(xiàn)象：瓶子變癟，沒有晶體析出。靜置10小時，仍沒有晶體析出。實驗反思：本次實驗失敗，學生進行反思和研討。方案二：優(yōu)化CO2的發(fā)生裝置實驗方法設(shè)計：利用錐形瓶和分液漏斗制取二氧化碳，加入飽和碳酸氫鈉的洗氣瓶，和尾氣處理裝置。實驗創(chuàng)新點：保證二氧化碳的通入量，增加洗氣瓶使反應(yīng)的二氧化碳更純凈。本次實驗成功析出了晶體。實驗反思：1、反應(yīng)時間過長，長達10個小時。2、需要分步進行實驗，較繁瑣。方案三：優(yōu)化反應(yīng)條件實驗方法設(shè)計：通過文獻查閱，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)溫度控制在30℃。經(jīng)過多方討論、論證，選擇利用恒溫水浴鍋利用恒溫水浴鍋優(yōu)化反應(yīng)條件至30℃，同時將多個裝置改為一套裝置，利用三口燒瓶進行一體化實驗裝置設(shè)計。實驗創(chuàng)新點：1、優(yōu)化反應(yīng)條件，縮短反應(yīng)時間，將10小時優(yōu)化至40分鐘。2、一體化裝置3、環(huán)保性、實用性，簡約性。實驗反思：二氧化碳氣流量不好控制，需要隨時補充鹽酸。方案四：優(yōu)化CO2氣流量裝置實驗方法設(shè)計：學生聯(lián)想到家里水草缸的CO2鋼瓶，通過減壓閥和微調(diào)閥可以控制CO2的流速，保證氣流的穩(wěn)定。所以將CO2的產(chǎn)生裝置改為CO2鋼瓶。實驗創(chuàng)新點：氣流穩(wěn)定,操作簡便，反應(yīng)易于控制。氣體更純凈、安全、綠色。多種方案的不斷創(chuàng)新優(yōu)化，最終得到以下的實驗裝置。通過CO2鋼瓶提供穩(wěn)定純凈的CO2，利用恒溫水浴鍋控制反應(yīng)條件至30℃，同時利用三口燒瓶將多個裝置制備飽和氨鹽水裝置、尾氣處理裝置、反應(yīng)裝置實現(xiàn)一體化實驗裝置設(shè)計。整個實驗裝置具有環(huán)保性、實用性，簡約性、可視化，給予學生三維表現(xiàn)力的體驗。圖1海水制堿實驗裝置實驗原理/實驗設(shè)計思路實驗探究和創(chuàng)新意識是正是化學核心學科素養(yǎng)的實踐基礎(chǔ)。開展研究性學習，更有助于學生實現(xiàn)知識的生成和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，在教學過程中，利用研究性學習引導(dǎo)學生進行實驗創(chuàng)新，培養(yǎng)學生設(shè)計思維，促進核心素養(yǎng)的落實，實現(xiàn)“以學生為本”、“以素養(yǎng)為本”。本次基于教材實驗改進的項目式研究性學習，為學生構(gòu)建了科學探究的一般過程。海水制堿的生產(chǎn)工藝在教科書中僅以圖片形式出現(xiàn)，本實驗通過深入挖掘海水制堿生產(chǎn)工藝這一素材，實現(xiàn)由靜態(tài)圖片轉(zhuǎn)化為動態(tài)的實驗探究展示，體現(xiàn)了化學、技術(shù)、社會、環(huán)境的相互聯(lián)系。而學生只有在面對真實復(fù)雜問題時，能夠自主調(diào)用認識角度，利用高度結(jié)構(gòu)化、觀念化的知識解決問題，才說明具備了高水平的核心素養(yǎng)。實驗教學目標1．能說出海水制堿的反應(yīng)原理，正確選擇合理設(shè)計實驗裝置，深化對實驗探究各環(huán)節(jié)的認識。2．建立物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本設(shè)計思維，增強精誠合作、積極分享、有效表達的科學研究習慣，初步形成綜合實驗的設(shè)計能力。3．樹立元素守恒觀，增進對化學學習的興趣。初步形成富于思考、勇于探索、敢于質(zhì)疑的科學精神。實驗教學內(nèi)容1．通過解決實際問題，復(fù)習了酸堿鹽之間的復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件。2．氣體的制取、凈化、性質(zhì)實驗等綜合實驗的設(shè)計。3．了解海水制堿的工藝流程。4．了解可以利用X射線粉末衍射儀等數(shù)字化設(shè)備解決實際問題。實驗教學過程：本次研究性學習設(shè)計了兩課時，主要是學生自主探究海水制堿流程。第一課時：環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，提出問題出示純堿的照片，你能說說生活中純堿應(yīng)用嗎？【設(shè)計意圖】海水制堿工藝流程比較抽象難理解，我設(shè)計純堿的應(yīng)用從學生生活入手，找了刷碗、做饅頭等，讓學生認識到純堿在生活中用途很廣。采用這樣的情境導(dǎo)入以學生生活體驗為基礎(chǔ)，來激發(fā)學生探究的欲望。環(huán)節(jié)二：問題驅(qū)動，設(shè)計方案問題1：從氯化鈉到純堿，物質(zhì)的元素組成發(fā)生了什么變化？引導(dǎo)學生分析討論利用海水中提取出的氯化鈉來制取碳酸鈉，分析物質(zhì)的元素組成變化，讓學生得出結(jié)論，需要碳氧元素，而自然界中能提供碳氧元素物質(zhì)而又最好獲得的物質(zhì)就是二氧化碳，樹立起化學反應(yīng)前后元素守恒觀念。問題2：能不能用食鹽水直接跟CO2反應(yīng)呢？演示實驗：將飽和食鹽水加入到充滿二氧化碳的礦泉水，發(fā)現(xiàn)瓶子沒有明顯變化，說明二氧化碳吸收率不高，在水中溶解度不夠大?！驹O(shè)計意圖】將制堿復(fù)雜的綜合工藝流程進行拆分，使學生有一個由淺入深的認知過程，而且這個演示實驗給學生帶來一定的認知沖突，引發(fā)學生新的知識的增長點，思考該如何改進。學生通過所學知識，認識到要想溶液中出現(xiàn)得到更多的碳酸根離子，需要用堿來吸收二氧化碳。問題3：如何促進CO2的溶解量，使其提供更多的碳酸根呢？在問題驅(qū)動下，學生組內(nèi)討論，設(shè)計實驗，選擇多種堿進行實驗，發(fā)現(xiàn)堿確實可以加大二氧化碳的溶解度。多角度分析，最終確定了氨鹽水作為原料?！驹O(shè)計意圖】清晰的實驗現(xiàn)象幫助學生理解選擇氨鹽水的原因，突破本實驗的難點。問題4：如何設(shè)計你的實驗來完成制堿呢？針對怎樣進行實驗，學生們組內(nèi)討論，制定探究方案。圖2設(shè)計實驗方案的過程環(huán)節(jié)三：實驗探究，創(chuàng)新優(yōu)化（一）進行實驗接下來，小組合作進行實驗。課后還可以利用探究實驗室的開放時間，不斷摸索改進。同時利用課余時間進行線上交流，將課上引到課外，打破課時界限?！驹O(shè)計意圖】學生在做中學，體會科學探究的艱辛與喜悅。圖3進行實驗的過程（二）獲得結(jié)論、反思評價學生對實驗數(shù)據(jù)進行加工整理，得出實驗結(jié)論。反思實驗成敗的原因，評價實驗設(shè)計的優(yōu)缺點等。第二課時：環(huán)節(jié)一：表達與交流小組成果的答辯展示，組間交流提問，教師點撥提升。圖4小組成果答辯展示方案一：氨鹽水與瓶裝CO2反應(yīng)實驗方法設(shè)計：利用氨氣制成50mL飽和氨鹽水，將氨鹽水倒入到一個充滿二氧化碳的礦泉水瓶。實驗現(xiàn)象：瓶子變癟，沒有晶體析出。靜置10小時，仍沒有晶體析出。實驗反思：本次實驗失敗，學生進行反思和研討。進行定量計算，發(fā)現(xiàn)需要的二氧化碳量較多。學生初步形成從定性到定量的化學研究思路。更直觀，更準確。體現(xiàn)了學生設(shè)計實驗中不斷“試誤”的過程，不斷嘗試反思。方案二：優(yōu)化CO2的發(fā)生裝置該小組的實驗裝置如圖5所示:圖5方案二裝置圖實驗方法設(shè)計：利用錐形瓶和分液漏斗制取二氧化碳，加入飽和碳酸氫鈉的洗氣瓶，和尾氣處理裝置。實驗創(chuàng)新點：保證二氧化碳的通入量，增加洗氣瓶使反應(yīng)的二氧化碳更純凈。本次實驗成功析出了晶體。實驗疑惑：反應(yīng)一開始，學生就驚喜的發(fā)現(xiàn)在瓶頸處出現(xiàn)部分晶體，經(jīng)過十個小時反應(yīng)后，瓶底也析出大量晶體，如圖6所示。學生對晶體成分各種猜測，產(chǎn)生認知沖突，滲透質(zhì)疑批判核心素養(yǎng)，主動進行科學探究。圖6析出晶體圖帶領(lǐng)學生走進山大晶體所，由山東大學晶體所教授給同學們介紹X射線粉末衍射分析儀。將課堂延伸到大學科研所，分別測定瓶頸和瓶底晶體，從圖庫中找到碳酸氫鈉和碳酸氫銨的標準峰進行對比發(fā)現(xiàn)，瓶頸晶體主要是碳酸氫銨，瓶底主要是碳酸氫鈉及其水合物，如圖7所示。圖7瓶頸和瓶底樣品的XRD譜圖【設(shè)計意圖】依托大學附中的辦學優(yōu)勢，利用大學的教育資源，體會先進技術(shù)對科學研究帶來的便利。學生出現(xiàn)認知沖突，發(fā)現(xiàn)兩個樣品不一樣，在沖突的驅(qū)動下，學生提出問題，查閱資料，主動鉆研與思考現(xiàn)象背后的理論。發(fā)展了學生的批判性思維，體現(xiàn)了真實性的學習。學生通過自主探究氨堿法的反應(yīng)原理，從微觀和定量角度認識反應(yīng)，分析得出碳酸氫鈉溶解度小，產(chǎn)量大突破本實驗的重點。實驗反思：1、反應(yīng)時間過長，長達10個小時。2、需要分步進行實驗，較繁瑣。方案三：優(yōu)化反應(yīng)條件該小組的實驗裝置如圖8所示：圖8方案三裝置圖實驗方法設(shè)計：通過文獻查閱，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)溫度控制在30℃。經(jīng)過多方討論、論證，選擇利用恒溫水浴鍋利用恒溫水浴鍋優(yōu)化反應(yīng)條件至30℃，同時將多個裝置改為一套裝置，利用三口燒瓶進行一體化實驗裝置設(shè)計。實驗創(chuàng)新點：1、優(yōu)化反應(yīng)條件，縮短反應(yīng)時間，將10小時優(yōu)化至40分鐘。2、一體化裝置3、環(huán)保性、實用性，簡約性。實驗反思：二氧化碳氣流量不好控制，需要隨時補充鹽酸。方案四：優(yōu)化CO2氣流量裝置該小組的實驗裝置如圖9所示：圖9方案四裝置圖實驗方法設(shè)計：學生聯(lián)想到家里水草缸的CO2鋼瓶，通過減壓閥和微調(diào)閥可以控制CO2的流速，保證氣流的穩(wěn)定。所以將CO2的產(chǎn)生裝置改為CO2鋼瓶。實驗創(chuàng)新點：氣流穩(wěn)定，操作簡便，反應(yīng)易于控制。氣體更純凈、安全、綠色。環(huán)節(jié)二：課堂評價學生根據(jù)評價標準進行自評和小組互評。八、實驗效果評價本實驗從簡單原理到制備，暗含化學核心素養(yǎng)培養(yǎng)和學生科學創(chuàng)新活動兩條主線，讓知識目標和素養(yǎng)目標互相滲透，也能讓學生明白“簡單原理”到“制備”的差異，讓學生體會在真正的工業(yè)生產(chǎn)中，還需要解讀很多實際問題，需要智慧，也充滿挑戰(zhàn)。在解決問題的過程中，倡導(dǎo)多向的交流，給學生足夠的思考空間，鼓勵學生大膽創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)環(huán)保意識。使用數(shù)字化測量儀器X射線粉末衍射儀，使學生體會先進