9_上海-现场课教学设计-水的组成-王雪青 (完整版).doc

水的组成教学设计上海市毓秀学校 王雪青一、教学目标1知识与技能（ 1 ）通过氢气燃烧的实验，感知氢气的相关性质。（ 2 ）通过氢气的燃烧和水电解的实验现象，结合微观分析推断水的组成。2过程与方法（1）通过氢气燃烧和水电解实验现象的分析和球棍模型直观演变，促进对水的三重表征的一致性认识，加深对宏观现象背后的微观成因的理解。（2）通过“合”和“分”的研究思想，推断水的元素组成，初步了解验证物质组成的一般方法。3情感态度与价值观（1）感受探究学习的乐趣，结合化学史了解人类认识水的组成的历程，了解科学家研究物质组成的一般方法。（2）在体验物质变幻之魅中，感受化学的发展是循序渐进的，初步建立包括元素观、微粒观和转化观等在内的学科观念。二、教学重点：水的组成三、教学难点：探究水的组成四、教学方法：引导探究五、教学手段：黑板、多媒体和化学实验药品：锌粒、稀硫酸、氢氧化钠溶液、肥皂液等仪器：自制氢气发生器和燃烧装置、烧杯、锥形瓶、铁架台、保鲜膜袋、水电解器、学生电源（或方块电池）、导线等六、教学过程说明 本节课的设计依据的是人教版教材,其编排顺序与上海有所不同,我们在推断水的组成时可以利用质量守恒定律作为理论支撑，但人教版这节课的内容是安排在质量守恒定律和化学方程式之前的。因此本课中不涉及质量守恒定律和化学方程式。帮助学生形成基本的化学观念是化学学科的一个重要教学目标。因此牢牢把握通过学生活动来渗透学科观念，是本课设计的出发点。本课中尝试模拟还原人类认识水的组成的部分史实，引入对水的组成的定性研究和简单的定量研究，以具体的化学知识为载体，通过游戏活动借喻类比、结合实验事实证据去推理、去引导发现宏观上水的元素组成和微观上水分子的构成，重在让学生在活动中体验和感悟化学学科观念和思想方法。本课紧紧围绕水的分解（“分”）和水的合成（“合”）两个方面展开教学，再现了历史上拉瓦锡研究物质组成的一般思想方法，这也是本课的主要线索所在。物质间的转化本质是元素原子间的重新组合，凸显了化学变化前后元素种类不变的思想方法，元素具有守恒性，从而帮助学生初步形成基本的化学元素观念。水是一种重要的化合物，通过水的分解和水的合成实验，引导学生从宏观和微观层面来分析化学变化本质，通过微粒模型动画演示等教学手段，让学生加深对分子、原子等微粒的概念及化学变化本质的理解，有助于学生进一步了解化学微观概念，即抽象化、本质化的微观化学知识。引导学生从表层学习进入深层学习，建立学科观念，为学生理解化学变化的实质打下良好的基础，为后续将学习质量守恒定律设好铺垫。七、教学流程图及环节说明课堂总结化学史（视频）：人类认识水的组成演变“分”小游戏：拆“孔明锁”猜想1：加热分解如何“拆分”水学生家庭实验（视频）：行不通猜想2：通电分解学生课堂实验：行的通观察、记录、交流现象宏观：推导水的元素组成（定性）微观：推导水分子的构成（定量）水的组成“合”小游戏：调配颜色如何合成水选反应物确定比例反应条件微观：推导水分子的构成（定量）性）模拟实验1：氢气的爆炸探索尝试中抓住机遇模拟实验2：氢气的燃烧宏观：推导水的元素组成（定性）定量实验：氢燃料电池环节一：引入 利用游戏活动拆分“孔明锁”，来引入这堂课是比较吸引学生眼球的做法，也留有悬念，既活跃了课堂气氛，又不知不觉中让学生体验“分”的思想。拆分孔明锁其实是要开动脑筋的，讲究技巧和方法的，分的方法是要在不断摸索尝试后才能确定并优化下来。当然也有一些同学由于偶然因素也拆开了孔明锁，但要再次拆开，还是要去动脑筋研究总结正确的拆分方法。这种拆分的思想方法暗喻了如何用化学手段去尝试拆分水的研究方法。在拆分的过程中分三步走：拆开分类数数，其目的其实也是为了一一对应类比，从微观角度来解释，为什么可以依据在拆分水分子后得到氢原子和氧原子的数量比为2:1后，就能确立水分子中氢原子和氧原子的个数比也为2:1.同时这样的引入，也启迪了学生在考虑要研究水的组成时，第一时间想到的方法就是去拆分，接着自然会想到如何去拆，拆后要干什么等一系列利用“分”法研究物质组成的方法。环节二：分解水（体现“分”的思想方法） 在体验了拆分孔明锁后，面对如何研究水的组成，学生第一时间想到的就是利用“分”的思想。至于用什么方法去分，假设基本上都集中在加热或通电。因为通过先前的化学学习，学生脑海中都有一个大致的概念，那就是物质的分解可能需要一定的能量。无论是加热还是通电，都是尝试分解水的一个方法。 当然普通加热是行不通的，为了节约课堂的时间，同时也为了呈现部分学生课外简单的研究性学习活动的一个侧面，特采用了微视频的形式，从课堂效果来看，同学们对这种形式还是比较认可的。 那么在课堂上呈现分解水，自然就落到了电解的方式上，为了增加学生的活动体验，本课采用学生实验和教师演示实验相结合的方法展开教学。学生实验的电解器是微型的，电源采用了方块电池组，在确保操作简便，绿色环保的同时，又确保了反应现象直观明显，对学生后续解释水的组成时增强了在实验现象证据上的印象。至于为什么同时呈现教师端的电解演示实验，不仅仅只是为了呈现不同的水电解装置以及教师端电解时产生的气体量比较大，更重要的是教师端的电解器，在定量研究上更精准，同时为了统一检验气体的方法，规避了学生在面对如何去检验气体时的无谓讨论，以防冲淡课堂主线的逻辑性。在检验气体上，为了增加负极端产生的气体就是具有可燃性的氢气证据说服力，特地录制了利用质子膜电解器电解去离子水后产生的负极端气体燃烧火焰的颜色，可以清楚看到从高速摄像捕捉到的该气体的燃烧火焰是淡蓝色的。在利用实证手段确定电解水只有氢气和氧气后，结合氢气和氧气的元素组成得知水由氢元素和氧元素组成。当然，到这边仅仅从宏观上定性地解决了水的元素组成，显然还是不够的。因为电解水在现象上呈现了定量的结果，即产生的氢气和氧气的气体体积比2:1。于是，设法巧妙借用阿佛加德罗定律来突破从微观上定量确定水分子的构成。这里需要说明的是，阿佛加德罗定律的简单呈现只是作为一个分析实验证据信息的工具或者手段，不在于要学生去掌握理解。 最终，在本环节，利用“分”的研究思想，通过实验证据和理论分析，从定性角度得出，宏观上，水由氢元素和氧元素组成。从定量角度，微观上，一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。 环节三：合成水（体验“合”的思想方法） 为了启迪学生研究水的组成除了分法以外，还有“合”的方法。本环节继续延续游戏活动环节“调色”。从课的结构上形成呼应，形成类似于语文上的对仗，显得无论课的结构还是逻辑性都具有工整性。至于为什么不用把上一环节中已经拆分的孔明锁再拼回去，而另外利用“调色”。原因我想主要是，实际上很多物质的合成是一个比较复杂的过程，它有很多偶然性和不确定性，不是能分解，就一定能反方向化合而成。这里需要考虑很多因素，比如选物种，定比例，选条件等等。而“调色”的过程能很好暗喻这些因素的制约。当然要在课堂上短时间内从一一列举中确定合成水的物种、确定物质的比例，反应条件几乎是不可能完成的任务，因为光大千世界的物质比起颜色，数量庞大，如果穷举，犹如大海捞针。如何巧妙缩小包围圈呢？巧妙利用化学史是一个不错的选择。通过模拟还原化学史，确定氢气的燃烧能合成水。同时也向学生传递这样一个重要信息，科学的发现，当然需要不断的尝试，但有时也是要点运气的。但光靠运气还不行，还要有敏锐的洞察力和正确的分析推理作为前提。关于氢气燃烧实验的突破点主要在于氢气燃烧火焰的呈现，在此也要感谢同行们给我的改进启迪，通过用橡皮球胆收集氢气配合吹气枪，可以较好地解决这个问题，个人感觉氢气火焰要接近本色，需要考虑很多因素，比如氢气的纯度、流速，燃气口的材质和口径等等。 接下来的小环节就类似于上一环节，利用“合”的研究思想，通过实验证据和理论分析，从定性角度得出，宏观上，水由氢元素和氧元素组成。从定量角度，微观上，一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。环节四：化学史视频（人类认识水的组成的历史演变） 本环节利用微视频呈现人类认识水的组成的历史演变，清晰并节约时间。力求让学生感悟到科学家的智慧以及在科学探究上付出的艰辛和努力。同时巧妙融入单质和化合物的概念，使知识点内容更完整，又不失呆板。环节五：课堂小结八、教学过程细节环节一：课题引入（小游戏，拆“孔明锁”体验分）（分要讲技巧，分的方法是要去尝试的后才能确定）师投影（诸葛亮和孔明锁）老师最近迷上的这款益智玩具，据说与孔明有关，名字就叫孔明锁展示手拿一个孔明锁（学生的事前摆在每组桌上的盒子里）师大家想玩吗?生想！师有个任务，若想知道孔明锁里面的构件按形状分有几种类型？并且每个类型共有多少个？你准备怎么做？生拆开师那你们拆拆看。注意拆的时候要动脑筋，要巧，寻找正确的打开方法。我们分三步走：投影拆开分类数数限时三分钟。开始！生（部分同学玩一会儿，发现很难，无法拆开，有些很快拆开）师（采访拆开的同学）你是怎么拆开的？你分成了几类？每类有几个构件?生预设：有窍门；有偶然（等等）。有N类，有N个。（若拆不开，教师可以指点）总结很好，通过这个小游戏，大家明白了，原来正确拆分孔明锁是要动脑筋的，需要技巧的，需要找对方法的。当然也有一些同学由于偶然因素也拆开了，但你要再次拆开，还是要去动脑筋研究总结正确的拆分方法。过渡今天我们要研究的其实不是孔明锁,而是水的组成。水是生活中，我们最熟悉的物质。但今天我们要从零开始，假设我们对水一无所知。只能利用严谨地实验事实证据和推理的手段来了解水的组成。 那么，如果给你水，你如何获知它的组成呢（强调）？（拿一瓶纯净水）（预设：若学生没反应，能不能用“孔明”锁的思路呢，能不能分啊？）生拆分水/分解水师那用什么方法拆分水？生预设1：电解预设2：加热师很好，我们的假设都建立在物质的分解可能需要一定的能量。无论是加热还是通电，都是尝试分解的水的一个方法。回答预设1：有人说加热也可以。你们觉得行吗？回答预设2：加热行不行呢？我们先来试试加热行不行的通？关于这个问题，有位同学已经在家里尝试了一下。接下来我们来看一下这位同学发来的一段视频。生(视频44秒)环节二：电解水（体现“分”的思想方法）（推进小环节：实验条件的选择实验产物的检验实验的现象的理论推理最终确定水的组成）师普通加热看来确实行不通。那么电解行得通吗？接下来我们就用电解的方式来试试看。为了保证实验的顺利推进，请大家严格按照老师的指令进行。中间老师会以击掌为信号，来发布指令，可以做到吗？生能！师很好，谢谢同学们！学生实验电解水投影（几种常见的水电解器）这是目前几种常用的水电解器。左边是老师演示用的水电解器（也可以指向实物），待会儿将同步直播。右边是一个小型的水电解器，每组一个。（里面已经装好水，为了增强水的导电性，里面加入了少量氢氧化钠。因此，请大家待会儿在电解时务必注意操作要求，尽量避免皮肤直接接触液体。）（投影接线图）电源是直流电，是两块已经串联好的方块电池，红线的夹子请夹在电源的正极上，黑线的夹子请夹在电源的负极上。现在请各小组按照图示，确认正确的连接方式。等所有小组确认完了，我们一起开始通电。生确认完毕师好的。开始。（同时打开演示用的自己电解器并投影）（稍等片刻）师（击掌!)(发布指令）大家觉得，通电行不行？产生新物质了吗？生行师如何判断？生电极上有气泡产生。师很好，请大家再持续通电一会儿，大概为3-4分钟。并仔细观察水通电后出现的各种现象。按要求把它记录在课本P80的第一个表格内。（巡视指导现象的记录，约3-4分钟）师（击掌）停！请同学们切断电源，并汇报一下实验现象。你观察到了什么现象？生汇报师根据现象请思考：1.电极上产生了什么状态的物质？2.正负极两端是不是都产生了气体？3.从观察到的现象上有什么共同和不同的地方？（共同：无色无味;不同：有多有少）3.它们的体积比约为多少？5.我们如何知道正负极两端是什么气体？生检验接下来我来演示如何来检验这两种气体。这是燃着的木条。大家注意观察检验现象的差异。根据这些现象去合理推理到底是什么气体。（先）正极端：这是什么现象？根据现象，你的推理是什么物质？生氧气负极端：这是什么现象？根据现象，你的推理是什么物质？生氢气投影关于氢气火焰，可用高速视频补充师通过检验得到的现象，根据我们已有的关于气体的知识，我们大概可以达成一个共识，水通电分解得到的两种气体是什么？生氢气和氧气（教师板书文字表达式）师氢气和氧气分别由什么元素组成？生H O师根据这个信息，你对水的元素组成有什么合理地推理？生（合起来生成物中就氢氧两种元素，反应物只有水）说明水中由氢氧元素组成。（教师板书）过渡定量水中的氢元素和氧元素的原子个数比是多少呢？生茫然师投影（小资料）这里给出一个小资料，相同情况下，宏观气体的体积比等同于构成气体的微粒个数比。现在我们通过实验得出宏观上氢气的体积是氧气体积的两倍，就意味着电解水得到的氢分子个数是氧分子的两倍。我们已经知道一个氢分子由两个氢原子构成，一个氧分子由两个氧原子构成。因此构成水的微粒中的氢原子与氧原子个数比应该是2:1我们可以来推理一下水的微粒可能的构成情况。按照氢氧原子个数比2:1好像有很多种构成。但这里面只有一个是真正的水分子。（补充说明）科学家经过精确测定发现1个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成。这是一个水分子模型（展示一个水分子模型）。因此水用化学式表示是H20.(板书)（剪影）这就是我下课后要送给大家的神秘礼物。投影水电解微观示意图与“孔明锁”分解。(逆过程解释)我们可以进一步用微观示意图完整地来解释水的电解过程。为了简洁的表达微粒个数比2：1，我们就用2个氢分子和1个氧分子模型来表示。小结我们利用“分”的研究思想，通过实验证据和理论分析，从定性角度得出，水由氢元素和氧元素组成。从定量角度，一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。环节三：合成水（体验“合”的思想方法）过渡刚才我们玩了“孔明锁”，我们再来玩一个小游戏，（在投影下，拿出色盘），最近啊，老师对美术的调色也产生了兴趣，这是课前老师调的一种颜色，有没有同学可以上来调出这种颜色来？有谁来试一下。生犹豫，有人上来尝试（成功或失败）（注意：大家看好他怎么调？你在干什么，你在想什么？你是不是在研究量的关系，你怎么选几种颜色啊，看来你在用合的思想）投影调色的启示预设1：（若成功的话）师学过美术，你就有了一定的方法指导，这样可以事半功倍/你用了哪几种颜色？大概比例是怎么样的？一个是定性，一个是定量。生我用了什么颜色。比例是多少。更多的时间预设2：（若失败的话）师没学过美术，我也相信，其实只要给这位同学足够的时间，或者发动我们其他的同学来一起帮忙，不断地尝试选色（定性），不断的调试不同颜料的比例（定量）。我相信一定能合成相同的颜色。但一定要坚持并不断去总结方法。假如尝试成功，你就可以知道这种颜色是由哪些颜色组成的，并且他们的比例大概是多少。师玩孔明锁是“分”，玩调色是“合”，我就想到了三国演义开篇中一句话：“天下大势，分久必合，合久必分。”其实，分和合的思想无处不在，尤其在自然科学中。师这是在物理上大家非常熟悉的一个小实验。光的色散和色光合成（投影）。它典型的呈现了“分”与“合”。我们不仅要问，在化学上也有“分”和“合”吗？从辩证的角度，答案当然是肯定的。前半节课，我们已经从“分”的角度获知了水的组成。（板书“分”）师那么，我们能不能从“合”的角度来认识水的组成呢？我们能不能从调色中得到启示去解决这个问题？生茫然投影调色的联想师由此可以联想，假如合成水，注意是合成！（板书“合？”水）产物只有水。你准备怎么办？生（引导）寻找反应物，确定比例。还有反应条件。师但这里有一个问题，物种比起颜色，数量庞大，如果穷举，犹如大海捞针。如何缩小包围圈呢？生疑惑师科学的发现，当然需要不断的尝试，但有时也是要点运气的，正所谓众里寻它千百度，那人却在灯火阑珊处。但光靠运气还不行，还要有敏锐的洞察力和正确的分析推理作为前提。演示氢气爆炸接下来，老师再现一个历史事实。在200多年前有人玩了类似这样的魔术。生很惊讶师没错，这就是氢气!混有一定量空气或氧气的氢气遇到明火会产生尖锐的爆鸣声。因此点燃氢气前一定要检验其纯度。但是刚才那样条件下的氢气爆炸会使很多有价值的信息丢失。因此我们要用实验室的手段来追踪。（准备两根试管，随时补做，有爆鸣声）师大家注意观察，干燥的试管内壁上产生了什么现象？（请摄像的老师推进镜头）生水师无色液体一定是水吗？生不一定师无色液滴量太少，我们不妨可以换一种方式来继续研究演示氢气燃烧用纯净的氢气做燃烧实验。（切换展台）请同学上来帮忙，轻轻挤压气囊。（点燃后）师纯净的氢气在空气里安静燃烧，产生淡蓝色的火焰。大家注意观察，干燥的锥形瓶内壁上产生了什么现象？（请摄像的老师推进镜头）师如何来检验？投影资料给大家提供一个检验水的方法，用无水硫酸铜来检验水。白色的无水硫酸铜遇水会变蓝。师演示检验（或者让学生检验。）用吸耳球配合小瓶散向锥形瓶内。变蓝了说明什么？生氢气在氧气燃烧产生了水。师好的，通过氢气的燃烧以及推理分析，从“合”的角度在宏观上可以得出水由什么元素组成？生水由氢元素和氧元素组成。（教师板书）投影氢气和氧气参加反应的比例（体积比）是多少呢？这个问题如何解决？实证我们能不能用实验来寻找证据？（实证：氢燃料电池实验）（当场开，演示）这是氢燃料电池，这是未来新能源的希望之星。它的原理是氢气和氧气以体积比2:1的方式进行反应，产物只有水，同时释放电能。老师拍了一组反映实验过程中氢气与氧气消耗的体积比始终保持约2:1的照片。一段时间后，观察到电池内壁出现水。从这个实验我们就可以确认氢气和氧气只生成水，并且反应的体积比是2:1.师同样的，我们也可以用微观示意图来解释氢气在氧气中燃烧为什么只产生水，而且体积比是2：1.小结我们利用“合”的研究思想，通过实验证据和理论分析，从定性角度，水由什么氢元素和氧元素组成。从定性角度，一个水分子有两个氢原子和一个氧原子构成。过渡到此刻，我们已经从“分”和“合”的角度完整地了解了水的组成，基本还原了当年科学家探索水的组成的历史过程。当然科学家当年的探索之路，肯定是曲折的。下面我们通过一段微视频一起来简单了解一下这段化学史。环节四：化学史视频（人类认识水的组成的历史演变）（2分25秒）从古希腊开始，水一直被认为是一种元素，元素意味着不能分解。直到200年前，人们对水的组成认识才出现逆转。18世纪末，法国科学家拉瓦锡认为：化学有两种确定物质组成的方法：分别是“分”法和“合”法。1776年，拉瓦锡利用此法测得空气由氧气和氮气组成,彻底推翻了古希腊以来人们认为空气是一种元素的传统观念。同一年，拉瓦锡又成功利用此法确定了硝酸的组成。而让此法走向完备的就是拉瓦锡发现水的组成。1775年左右，英国的普利斯特里在偶然的机会发现了氢气，并做了爆炸实验。实验后有无色液体生成。1781年，英国的卡文迪许在普利斯特里的基础上精确做了氢气燃烧的定量实验，得出每2体积的氢气和1体积氧气燃烧产生水。遗憾的是,两位科学家依然没有解开水的真实面纱.1783年，卡文迪许的助手（布莱格登）把该实验介绍给了拉瓦锡，使拉瓦锡确信氢气燃烧的唯一产物就是水。拉瓦锡很快重复了这个合成水的实验。接着，拉瓦锡又敏锐地用相反的方法“分”法从另外一个角度去研究水的组成。由于实验条件的限制，当时拉瓦锡只能采用“高温”的方法来分解水。同年11月，拉瓦锡宣布水不是一种元素，而是一种由不同种元素组成的化合物。拉瓦锡在利用“分”和“合”的研究方法的指引下，把由单一元素组成的纯净物叫做单质，比如氢气和氧气。把由不同种元素组成的纯净物叫做化合物，比如水。 1799年，伏打电池发明。 1800年，人类开始利用“电解”的方式来分解水。（备注）里面要完成板书：化学有两种确定物质组成的方法（拉瓦锡）；单质和化合物的概念。环节五：课堂总结师（看情况详与细）同学们，科学是需要方法指引的，今天这节课里面有分也有合，这是辩证的思维方法。在分的方面，我们要通过尝试用不同的方法去分解水，分解出的产物也需要用一定的方法去检验。在合的方面，我们要尝试用不同的物种，在什么样的条件下能够形成水的。形成水的时候，这些物种的比例是多少。两种方法相结合，科学得出水的组成。科学也需要付出艰苦的探索和尝试的。有的时候甚至也是要一定的运气的，但必须及时抓住机遇。以上这些，科学家在过去做出了大量的努力。他们彼此在科学发展上完成了一次次的接力跑。希望我们的同