高中化学 专题2 化学反应与能量转化 第4单元 太阳能、生物质能和氢能的利用教学设计 苏教版必修2

高中化学专题2化学反应与能量转化第4单元太阳能、生物质能和氢能的利用教学设计苏教版必修2科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）高中化学专题2化学反应与能量转化第4单元太阳能、生物质能和氢能的利用教学设计苏教版必修2教学内容分析本节课的主要教学内容选自高中化学专题2“化学反应与能量转化”的第4单元，主题为“太阳能、生物质能和氢能的利用”，依据苏教版必修2教材。内容涉及太阳能作为可再生能源的基础知识，生物质能的来源、转化及应用，以及氢能的制备、储存和优势。这些教学内容旨在引导学生理解不同类型可再生能源的科学原理及其在现代社会中的应用。

教学内容与学生已有知识的联系：学生在前期学习中已经掌握了能量守恒定律、化学反应中能量变化的基本概念，并了解了化石燃料等传统能源的使用及其对环境的影响。在此基础上，本节课将进一步探讨太阳能、生物质能和氢能这三种清洁能源的利用，加深学生对能源转化效率、环境保护以及可持续发展理念的理解。通过这些教学内容，学生将能够将新旧知识融合，形成完整的能源知识体系。教学目标分析本节课的教学目标从核心素养角度出发，旨在培养学生的科学精神、社会责任感和创新能力。通过学习太阳能、生物质能和氢能的利用，使学生能够：

1.科学精神：理解太阳能、生物质能和氢能的化学原理，掌握能量转化的基本过程，培养严谨的科学态度和实证思维。

2.社会责任感：认识可再生能源在现代能源体系中的重要地位，了解可再生能源对环境保护和可持续发展的影响，增强社会责任感和节能环保意识。

3.创新能力：通过探讨太阳能、生物质能和氢能的开发与应用，激发学生对新能源技术的研究兴趣，培养创新思维和解决问题的能力。

4.信息技术应用：学会运用所学知识查阅相关资料，分析新能源领域的最新进展，提高信息素养和自主学习能力。

5.团队合作：在小组讨论和交流中，培养学生的团队协作能力，共同分析、解决能源利用过程中遇到的问题。教学难点与重点1.教学重点

（1）太阳能的利用原理：理解太阳能光电转换、光热转换的原理及其在实际应用中的关键作用。

-光电转换：讲解太阳能电池的原理，如光生伏特效应，强调PN结、光子与电子的相互作用。

-光热转换：介绍太阳能热水器、太阳灶等设备，阐述吸热、传热、储热等过程。

（2）生物质能的转化过程：掌握生物质能的来源、转化技术及其在能源结构中的应用。

-来源：列举生物质能的常见来源，如农作物秸秆、有机废弃物等。

-转化技术：阐述生物质燃烧、生物化学转化、热化学转化等技术的原理及优缺点。

（3）氢能的制备与应用：了解氢能作为一种高效、清洁能源的制备方法、储存技术及在交通、电力等领域的应用。

-制备方法：介绍水电解、天然气重整、生物制氢等技术，突出各方法的优缺点及环境影响。

-储存技术：讲解压缩氢气、液态氢、金属氢化物储存等方法，强调安全性和储存效率。

2.教学难点

（1）太阳能光电转换效率的影响因素：分析太阳能电池材料、结构、光照条件等因素对光电转换效率的影响。

-举例：不同材料（如硅、砷化镓）的太阳能电池性能差异，以及表面纹理、抗反射涂层等结构优化措施。

（2）生物质能转化过程中的能量损失：探讨生物质能在转化过程中能量损失的原因及降低损失的方法。

-举例：生物质燃烧过程中，如何通过优化燃烧设备、提高燃烧效率等方式降低能量损失。

（3）氢能的储存与运输安全性：讲解氢能储存、运输过程中可能遇到的安全问题及解决措施。

-举例：氢气泄漏、爆炸等事故的防范措施，如使用安全阀门、监测系统等。教学方法与策略为了达成教学目标，充分考虑学习者的特点，本节课将采用以下教学方法、教学活动和教学媒体：

1.教学方法

（1）讲授法：通过精讲太阳能、生物质能和氢能的基础知识，为学生奠定扎实的理论基础。

（2）讨论法：组织学生针对新能源利用中的争议问题、发展趋势进行小组讨论，培养批判性思维和交流能力。

（3）案例研究：分析具体的新能源利用案例，如太阳能光伏发电、生物质能发电等，使理论联系实际。

（4）项目导向学习：引导学生以小组为单位，设计一个新能源利用项目，培养学生的团队合作和问题解决能力。

2.教学活动

（1）角色扮演：让学生扮演科学家、工程师、政策制定者等角色，就新能源发展问题进行辩论和研讨。

（2）实验：组织太阳能电池、生物质能转化等实验，让学生亲身体验，加深对能源转化过程的理解。

（3）游戏：设计新能源知识问答游戏，激发学生的学习兴趣，巩固所学知识。

（4）小组合作：鼓励学生进行小组合作，共同探讨新能源利用中的问题，分享学习心得。

3.教学媒体和资源

（1）PPT：制作精美的PPT课件，展示新能源利用的相关图片、数据和图表，直观地呈现教学内容。

（2）视频：播放太阳能、生物质能、氢能利用的科普视频，帮助学生更好地理解相关概念和原理。

（3）在线工具：利用网络资源，如在线仿真实验、新能源资讯网站等，拓展学生的学习视野，提高信息素养。

（4）实物模型：展示太阳能电池板、生物质能设备等实物模型，让学生更直观地了解新能源设备。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：激发学生对新能源的兴趣，为新课的学习做好铺垫。

过程：教师通过展示生活中新能源利用的图片，如太阳能电池板、风力发电机等，引导学生思考新能源在现代社会中的重要性，并提出问题：“太阳能、生物质能和氢能如何转化为我们生活中的能量？”

2.新能源知识讲解（10分钟）

目标：使学生了解太阳能、生物质能和氢能的基本原理。

过程：教师以讲授法为主，结合PPT课件，讲解太阳能光电转换、光热转换原理，生物质能的来源与转化，以及氢能的制备与应用。

3.实验演示与观察（20分钟）

目标：培养学生动手操作能力，加深对能源转化过程的理解。

过程：教师现场演示太阳能电池、生物质能转化实验，引导学生观察实验现象，分析实验原理。学生分组进行实验操作，并记录实验数据。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生合作交流能力和批判性思维。

过程：学生针对实验过程中遇到的问题、新能源利用的优缺点等展开小组讨论，形成共识。各小组推荐代表进行汇报。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：培养学生表达能力和自我反思能力。

过程：各小组代表进行课堂展示，分享实验成果和讨论成果。教师和其他小组对展示内容进行点评，提出建议和改进措施。

6.课堂小结（5分钟）

目标：巩固本节课所学知识，提高学生对新能源的认识。

过程：教师引导学生总结本节课的主要内容，强调太阳能、生物质能和氢能的优势及在生活中的应用。同时，鼓励学生关注新能源领域的发展，积极参与新能源技术的创新与推广。学生学习效果1.知识与技能：

-掌握了太阳能光电转换和光热转换的原理，能够解释太阳能电池和太阳能热水器的运行机制。

-理解了生物质能的来源、转化技术及其在能源结构中的应用，能够分析生物质能转化的能量损失及其降低方法。

-了解了氢能的制备方法、储存技术以及其在交通、电力等领域的应用，能够讨论氢能的优势和面临的挑战。

-学会了进行简单的太阳能电池和生物质能转化实验，能够操作实验设备并记录实验数据。

2.过程与方法：

-通过小组讨论、实验操作等教学活动，提高了团队合作能力和实验操作技能。

-通过案例研究和项目导向学习，学会了如何将理论知识应用于实际问题解决中，增强了问题分析和解决能力。

-通过课堂展示和点评，提升了表达能力和自我反思能力，能够更好地接受和给予反馈。

3.情感态度与价值观：

-增强了对可再生能源和环境保护的认识，树立了绿色能源消费观念。

-认识到了新能源技术在未来社会发展中的重要性，激发了学习新能源技术的兴趣和热情。

-通过对新能源利用的学习，培养了学生的创新意识和责任感，鼓励他们积极参与到新能源的发展和推广中。

4.创新与实践：

-学生在设计新能源利用项目的过程中，展现了创新思维，提出了新颖的解决方案。

-在实验和讨论中，学生能够主动探索问题，尝试不同的方法来提高能源转化效率和降低能源损失。

5.评价与反馈：

-学生能够根据课堂所学，对新能源利用的现状和未来发展进行合理的评价。

-通过教师和同伴的反馈，学生能够认识到自己在知识掌握和技能应用上的不足，并在后续的学习中进行针对性的改进。重点题型整理1.计算题：太阳能电池的转换效率计算

题目：一块面积为0.5平方米的太阳能电池板，在标准光照条件下（1000W/m²）工作1小时，求该电池板的理论发电量和实际发电量（假设电池板的光电转换效率为15%）。

解答：

理论发电量=光照强度×面积×时间

理论发电量=1000W/m²×0.5m²×1小时=500Wh

实际发电量=理论发电量×转换效率

实际发电量=500Wh×15%=75Wh

2.分析题：生物质能转化过程中的能量损失分析

题目：分析生物质能转化过程中可能出现的能量损失，并提出减少能量损失的措施。

解答：

能量损失可能出现在：

-生物质原料的收集、运输和预处理过程中；

-生物质燃烧时的不完全燃烧；

-生物化学转化过程中的反应效率不高；

-热化学转化过程中的热损失。

减少能量损失的措施：

-优化生物质原料的收集和运输流程，减少过程中的能量损失；

-提高燃烧设备的设计和操作水平，增加燃烧效率；

-采用先进的生物化学转化技术，提高反应效率；

-对热化学转化设备进行绝热处理，减少热损失。

3.设计题：氢能储存系统的设计

题目：设计一个简单的氢能储存系统，用于储存50kg的氢气，要求储存安全、便捷且占用空间小。

解答：

储存系统设计如下：

-使用高压气瓶储存氢气，压力设置为350bar；

-采用瓶内冷却和绝热技术，保持氢气处于液态；

-配备安全阀、压力传感器和泄漏报警系统，确保储存安全；

-设计轻便的瓶体结构，减少占用空间。

4.论述题：太阳能光伏发电的优势和局限性

题目：论述太阳能光伏发电的优势和局限性。

解答：

优势：

-可再生：太阳能是一种永续可用的能源；

-清洁环保：太阳能光伏发电过程中无污染排放；

-分布式发电：光伏发电系统可分布在用户侧，减少输电损失；

-维护简单：光伏发电系统无运动部件，维护成本低。

局限性：

-转换效率：目前光伏发电系统的转换效率相对较低；

-成本：光伏发电系统初投资成本较高；

-受天气影响：光伏发电受光照条件限制，不稳定；

-土地资源：大规模光伏发电需要占用大量土地资源。

5.应用题：生物质能的综合利用

题目：某地区有大量的农作物秸秆，试设计一种生物质能的综合利用方案。

解答：

生物质能综合利用方案如下：

-秸秆预处理：将秸秆粉碎、压块，提高其燃烧效率和储存便捷性；

-秸秆燃烧发电：利用预处理后的秸秆作为燃料，建设生物质燃烧发电厂；

-热能利用：发电过程中产生的余热用于供暖和农业生产；

-沼气发电：将生物质发酵产生的沼气用于发电，实现能源的梯级利用；

-有机肥生产：利用发酵后的残渣作为有机肥，用于农田，实现循环农业。课堂小结，当堂检测本节课主要学习了太阳能、生物质能和氢能的利用。通过讲授、实验和讨论，学生了解了这三种新能源的原理、转化过程和应用领域。太阳能作为清洁、可再生的能源，其光电转换和光热转换技术在日常生活中得到了广泛应用。生物质能来源于有机废弃物和农作物秸秆等，通过燃烧、生物化学转化和热化学转化等方式实现能源的转化。氢能作为一种高效、清洁的能源，其制备、储存和应用技术在交通、电力等领域具有重要意义。通过学习，学生认识到新能源技术在未来社会发展中的重要性，培养了创新意识和责任感。

2.当堂检测：

（1）简答题：

1）太阳能光电转换的基本原理是什么？

2）生物质能的来源有哪些？

3）氢能的制备方法有哪些？

（2）计算题：

一块面积为1平方米的太阳能电池板，在标准光照条件下（1000W/m²）工作1小时，求该电池板的理论发电量和实际发电量（假设电池板的光电转换效率为20%）。

（3）论述题：

论述太阳能光伏发电的优势和局限性。

答案：

（