《研究性学习海水制碱再探》说课稿全国化学实验说课大赛获奖案例.docx
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《研究性学习海水制碱再探》说课稿全国化学实验说课大赛获奖案例
《研究性学习—海水制碱再探》说课稿
一、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50 mL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
四、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。
五、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。
六、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。
七、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50 mL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,使学生体会先进科学技术的奇妙,形成更精准的研究思路。
智慧教室的使用,使数据收集更快、师生交流更便捷、展示方式更直观。
本次基于教材实验改进的研究性学习,为学生构建了科学探究的一般过程。
鼓励学生敢于质疑和批判,培养了学生勇于开拓的创新精神、团结互助的合作精神,为学生的终身发展奠定基础。
让学生理解科学的本质不在于已经认识的真理而在于探索真理,在“经历”中提高科学素养,发生真实性的学习,培养化学学科核心素养,落实立德树人的根本任务。
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