山东版九年级化学下册《研究性学习-海水制碱再探》说课稿

第第页《研究性学习—海水制碱再探》说课稿使用教材山东教育出版社九年级化学下册第八单元第三节《海水“制碱”》。二、实验器材：三口烧瓶、恒温水浴锅、CO2钢瓶、洗气瓶、铁架台、酒精灯、石棉网、火柴、胶头滴管、直角导管、锥形瓶、分液漏斗、集气瓶、洗气瓶、胶皮导管、小烧杯、弹簧夹、试管等。三、实验创新/改进要点：鲁教版九年级化学下册第八单元第三节是海水“制碱”，其中海水制碱工艺流程比较抽象，教材中并未给出相应的演示实验，学生难理解具体的反应原理和工艺，所以我在课堂教学中通过增加学生创新实验让学生探究反应原理，使该工艺过程直观化，形象化，清晰化，便于学生理解掌握，有助于培养学生创新意识和化学学科素养。学生从原料探究开始，自主设计方案，将复杂的制碱工艺流程转化为简易的装置进行模拟演示，在此探究过程中，学生归纳总结出制碱的原理。方案一：氨盐水与瓶装CO2反应实验方法设计：利用氨气制成50mL饱和氨盐水，将氨盐水倒入到一个充满二氧化碳的矿泉水瓶。实验现象：瓶子变瘪，没有晶体析出。静置10小时，仍没有晶体析出。实验反思：本次实验失败，学生进行反思和研讨。方案二：优化CO2的发生装置实验方法设计：利用锥形瓶和分液漏斗制取二氧化碳，加入饱和碳酸氢钠的洗气瓶，和尾气处理装置。实验创新点：保证二氧化碳的通入量，增加洗气瓶使反应的二氧化碳更纯净。本次实验成功析出了晶体。实验反思：1、反应时间过长，长达10个小时。2、需要分步进行实验，较繁琐。方案三：优化反应条件实验方法设计：通过文献查阅，发现该反应温度控制在30℃。经过多方讨论、论证，选择利用恒温水浴锅利用恒温水浴锅优化反应条件至30℃，同时将多个装置改为一套装置，利用三口烧瓶进行一体化实验装置设计。实验创新点：1、优化反应条件，缩短反应时间，将10小时优化至40分钟。2、一体化装置3、环保性、实用性，简约性。实验反思：二氧化碳气流量不好控制，需要随时补充盐酸。方案四：优化CO2气流量装置实验方法设计：学生联想到家里水草缸的CO2钢瓶，通过减压阀和微调阀可以控制CO2的流速，保证气流的稳定。所以将CO2的产生装置改为CO2钢瓶。实验创新点：气流稳定,操作简便，反应易于控制。气体更纯净、安全、绿色。多种方案的不断创新优化，最终得到以下的实验装置。通过CO2钢瓶提供稳定纯净的CO2，利用恒温水浴锅控制反应条件至30℃，同时利用三口烧瓶将多个装置制备饱和氨盐水装置、尾气处理装置、反应装置实现一体化实验装置设计。整个实验装置具有环保性、实用性，简约性、可视化，给予学生三维表现力的体验。图1海水制碱实验装置实验原理/实验设计思路实验探究和创新意识是正是化学核心学科素养的实践基础。开展研究性学习，更有助于学生实现知识的生成和创新能力的培养。因此，在教学过程中，利用研究性学习引导学生进行实验创新，培养学生设计思维，促进核心素养的落实，实现“以学生为本”、“以素养为本”。本次基于教材实验改进的项目式研究性学习，为学生构建了科学探究的一般过程。海水制碱的生产工艺在教科书中仅以图片形式出现，本实验通过深入挖掘海水制碱生产工艺这一素材，实现由静态图片转化为动态的实验探究展示，体现了化学、技术、社会、环境的相互联系。而学生只有在面对真实复杂问题时，能够自主调用认识角度，利用高度结构化、观念化的知识解决问题，才说明具备了高水平的核心素养。实验教学目标1．能说出海水制碱的反应原理，正确选择合理设计实验装置，深化对实验探究各环节的认识。2．建立物质转化的基本设计思维，增强精诚合作、积极分享、有效表达的科学研究习惯，初步形成综合实验的设计能力。3．树立元素守恒观，增进对化学学习的兴趣。初步形成富于思考、勇于探索、敢于质疑的科学精神。实验教学内容1．通过解决实际问题，复习了酸碱盐之间的复分解反应发生的条件。2．气体的制取、净化、性质实验等综合实验的设计。3．了解海水制碱的工艺流程。4．了解可以利用X射线粉末衍射仪等数字化设备解决实际问题。实验教学过程：本次研究性学习设计了两课时，主要是学生自主探究海水制碱流程。第一课时：环节一：创设情境，提出问题出示纯碱的照片，你能说说生活中纯碱应用吗？【设计意图】海水制碱工艺流程比较抽象难理解，我设计纯碱的应用从学生生活入手，找了刷碗、做馒头等，让学生认识到纯碱在生活中用途很广。采用这样的情境导入以学生生活体验为基础，来激发学生探究的欲望。环节二：问题驱动，设计方案问题1：从氯化钠到纯碱，物质的元素组成发生了什么变化？引导学生分析讨论利用海水中提取出的氯化钠来制取碳酸钠，分析物质的元素组成变化，让学生得出结论，需要碳氧元素，而自然界中能提供碳氧元素物质而又最好获得的物质就是二氧化碳，树立起化学反应前后元素守恒观念。问题2：能不能用食盐水直接跟CO2反应呢？演示实验：将饱和食盐水加入到充满二氧化碳的矿泉水，发现瓶子没有明显变化，说明二氧化碳吸收率不高，在水中溶解度不够大。【设计意图】将制碱复杂的综合工艺流程进行拆分，使学生有一个由浅入深的认知过程，而且这个演示实验给学生带来一定的认知冲突，引发学生新的知识的增长点，思考该如何改进。学生通过所学知识，认识到要想溶液中出现得到更多的碳酸根离子，需要用碱来吸收二氧化碳。问题3：如何促进CO2的溶解量，使其提供更多的碳酸根呢？在问题驱动下，学生组内讨论，设计实验，选择多种碱进行实验，发现碱确实可以加大二氧化碳的溶解度。多角度分析，最终确定了氨盐水作为原料。【设计意图】清晰的实验现象帮助学生理解选择氨盐水的原因，突破本实验的难点。问题4：如何设计你的实验来完成制碱呢？针对怎样进行实验，学生们组内讨论，制定探究方案。图2设计实验方案的过程环节三：实验探究，创新优化（一）进行实验接下来，小组合作进行实验。课后还可以利用探究实验室的开放时间，不断摸索改进。同时利用课余时间进行线上交流，将课上引到课外，打破课时界限。【设计意图】学生在做中学，体会科学探究的艰辛与喜悦。图3进行实验的过程（二）获得结论、反思评价学生对实验数据进行加工整理，得出实验结论。反思实验成败的原因，评价实验设计的优缺点等。第二课时：环节一：表达与交流小组成果的答辩展示，组间交流提问，教师点拨提升。图4小组成果答辩展示方案一：氨盐水与瓶装CO2反应实验方法设计：利用氨气制成50mL饱和氨盐水，将氨盐水倒入到一个充满二氧化碳的矿泉水瓶。实验现象：瓶子变瘪，没有晶体析出。静置10小时，仍没有晶体析出。实验反思：本次实验失败，学生进行反思和研讨。进行定量计算，发现需要的二氧化碳量较多。学生初步形成从定性到定量的化学研究思路。更直观，更准确。体现了学生设计实验中不断“试误”的过程，不断尝试反思。方案二：优化CO2的发生装置该小组的实验装置如图5所示:图5方案二装置图实验方法设计：利用锥形瓶和分液漏斗制取二氧化碳，加入饱和碳酸氢钠的洗气瓶，和尾气处理装置。实验创新点：保证二氧化碳的通入量，增加洗气瓶使反应的二氧化碳更纯净。本次实验成功析出了晶体。实验疑惑：反应一开始，学生就惊喜的发现在瓶颈处出现部分晶体，经过十个小时反应后，瓶底也析出大量晶体，如图6所示。学生对晶体成分各种猜测，产生认知冲突，渗透质疑批判核心素养，主动进行科学探究。图6析出晶体图带领学生走进山大晶体所，由山东大学晶体所教授给同学们介绍X射线粉末衍射分析仪。将课堂延伸到大学科研所，分别测定瓶颈和瓶底晶体，从图库中找到碳酸氢钠和碳酸氢铵的标准峰进行对比发现，瓶颈晶体主要是碳酸氢铵，瓶底主要是碳酸氢钠及其水合物，如图7所示。图7瓶颈和瓶底样品的XRD谱图【设计意图】依托大学附中的办学优势，利用大学的教育资源，体会先进技术对科学研究带来的便利。学生出现认知冲突，发现两个样品不一样，在冲突的驱动下，学生提出问题，查阅资料，主动钻研与思考现象背后的理论。发展了学生的批判性思维，体现了真实性的学习。学生通过自主探究氨碱法的反应原理，从微观和定量角度认识反应，分析得出碳酸氢钠溶解度小，产量大突破本实验的重点。实验反思：1、反应时间过长，长达10个小时。2、需要分步进行实验，较繁琐。方案三：优化反应条件该小组的实验装置如图8所示：图8方案三装置图实验方法设计：通过文献查阅，发现该反应温度控制在30℃。经过多方讨论、论证，选择利用恒温水浴锅利用恒温水浴锅优化反应条件至30℃，同时将多个装置改为一套装置，利用三口烧瓶进行一体化实验装置设计。实验创新点：1、优化反应条件，缩短反应时间，将10小时优化至40分钟。2、一体化装置3、环保性、实用性，简约性。实验反思：二氧化碳气流量不好控制，需要随时补充盐酸。方案四：优化CO2气流量装置该小组的实验装置如图9所示：图9方案四装置图实验方法设计：学生联想到家里水草缸的CO2钢瓶，通过减压阀和微调阀可以控制CO2的流速，保证气流的稳定。所以将CO2的产生装置改为CO2钢瓶。实验创新点：气流稳定，操作简便，反应易于控制。气体更纯净、安全、绿色。环节二：课堂评价学生根据评价标准进行自评和小组互评。八、实验效果评价本实验从简单原理到制备，暗含化学核心素养培养和学生科学创新活动两条主线，让知识目标和素养目标互相渗透，也能让学生明白“简单原理”到“制备”的差异，让学生体会在真正的工业生产中，还需要解读很多实际问题，需要智慧，也充满挑战。在解决问题的过程中，倡导多向的交流，给学生足够的思考空间，鼓励学生大胆创新实验，培养环保意识。使用数字化测量仪器X射线粉末衍射仪，使学生体会先进