4山西现场课教学设计水的组成白云文.docx

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4山西现场课教学设计水的组成白云文

中国教育学会2016年度课堂教学展示与观摩（培训）系列活动·暨化学教学改革研讨活动

现场课参赛教学设计

水的组成

白云文

山西大学附属中学

课时教学设计首页

授课教师：

白云文单位：

山西大学附属中学

课题

水的组成

课型

新授课

第几

课时

第一课时

课

时

教

学

目

标

通过化学史的再现，了解“水由氢元素氧元素组成”的科学历程，获得探究水的组成的灵感和思路，感受这一进步在科学史上的重大意义。

在化学史再现的学习情境中，潜移默化的认识氢气及其燃烧，并由此得出水的组成的结论。

通过师生共同演示水的电解改进实验、探究小组通过PDMS-玻璃微型装置完成水电解实验，初步学会电解水知识以及研究水组成的探究方法。

通过从研究物质组成的角度再次分析拉无锡测定空气成分实验，石蜡元素组成分析，总结研究物质组成的方法。

以“氢能风车”为例了解氢能，感受新能源与未来生活的密切关系，在心里埋下科技梦的种子。

教学

重点

与

难点

研究物质元素组成的依据

电解水实验

教学

方法

与

手段

探究学习、合作学习、启发式教学、实验法

使

用

教

材

的

构

想

P79阅读教材，结合实验初步掌握氢气的性质

P80阅读实验探究，了解电解水的实验

P81图4-26了解水分子分解示意图

教学流程设计

明线：

知识线

课时教学流程

教师行为

学生行为

设计意图

【导入】宇宙中是否还存在适合人类生存的星球呢？

水是生命之源，科学家常常通过寻找水来寻找答案。

天文学家有多种研究星球是否有水的方法，当探测仪发回星球上含有氢气、含氧物质的信息后，科学家便可以作出星球曾经有水的猜想，水由什么组成呢？

科学家又是如何得出这个猜想的呢？

一起学习《水的组成》。

【信息】锌和稀硫酸或者稀盐酸混合就可以制得了氢气。

就像这样，打开活塞，稀硫酸和锌混接触，锌粒表面产生的气泡就是氢气，用试管收集氢气。

【思考】观察试管中的氢气，描述颜色，这是氢气的什么性质？

虽然收集了氢气，看起来却像是空的。

【魔术】18世纪60年代英国化学家普利斯特里常常拿着收集有氢气的试管给朋友们变魔术，当他把燃着的木条伸入这样的空试管，“啪！

”的一声，瓶口吐出了长长的火舌，但立刻又熄灭了……

【启示】很久以后，他才认真的观察了魔术后的试管，居然有了新的发现。

【信息】卡文迪许证明了露样液体就是水。

但由于他们受到当时错误观念的束缚，都没有得出水的组成的正确结论。

一年后，拉瓦锡在这个实验的基础上继续研究，证明了水由氢元素和氧元素组成。

【过渡】化学给人知识，化学史给人智慧。

这段化学史能为我们研究水的组成提供怎样的思路？

下面，我们进入实验探究一——化合的方法研究水的组成。

【任务】请同学们完成学案第一部分。

这个反应体现出氢气的什么化学性质？

【提问】哪位同学来试着总结一下氢气的物理性质。

【评价】氢气在水中的溶解能力很差，难溶于水。

说的很全面，请坐。

【思考】生活中有哪些现象能说明氢气密度小？

沾上肥皂液，出现了氢气泡，请一位同学上台试着点一下氢气泡，看看又会有什么现象出现？

【评价】感谢这位心灵手巧的同学，谢谢！

【设疑】氢气燃烧生成水如何能证明水的组成呢？

请小组讨论，结合“化学反应前后元素种类不变”作出解释。

【评价】表达非常流畅，其他小组认同吗？

有理有据，让人信服。

掌声鼓励！

【过渡】我们从化学史获得探究灵感，从化合的角度研究了水的组成。

还可以从什么角度研究水的组成呢？

【启示】大家的想法和科学家不谋而合，1800年英国化学家尼克尔森通过电解水得到了氢气和氧气，再次验证了水由氢、氧元素组成。

【演示实验】实验探究二——分解的方法研究水的组成。

水在通直流电的条件下会发生分解，直流电是指正负极固定不变的电源，如干电池、手机电池等，分正负极，在使用时要避免接反正负极。

家用电器使用的一般是220V交流电，正负极在不停的改变，不需要分正负极，可以通过变压器将交流电转化为直流电，如手机充电器等。

老师这里有一台改进版的水电解器，这是一个塑料的盒子，中间用二个隔板将它分为3个小室，下面相通。

右边2个电极室一样大，分别装有一根电极，通过最左边的小室向装置内加水，由于纯水的导电性很差，老师向水中加入氢氧化钠来增强水的导电性。

将两个电极室注满水，利用变压器将交流电转化为12V直流电，为装置供电。

观察到什么现象？

【分组实验】每个探究小组都有一个微型水电解装置，它由类似于硅胶块PDMS和载玻片组成，在研究所，科学工作者常用类似的装置开展研究，今天大家用这样的装置来电解水，感受一下科学家的工作氛围。

硅胶块底部有3个液体和气体的通道，已经装满了水，水中已经加入了硫酸钠来增强导电性，并加入了食用色素便于观察实验现象，最外边的2个通道插入

了电极，现在为装置通直流电，请大家用红色的鳄鱼夹连接电池的正极，也就是红色的导线和红色的电极；用黑色的鳄鱼夹连接电池是负极，即另一根导线和电极。

观察并记

录实验现象。

【提问】断开电源。

电极上产生的气体分别是什么呢？

如何验证呢？

小组讨论设计实验方案。

【评价】这位同学介绍了他们小组的实验方案，方案全面，简单易行，利用到了氢气的可燃性来区分氧气和氢气，知识理解和运用能力很强。

【追问】其他小组的同学有不同的方案吗？

【评价】他们小组的进一步将方案进行了简化，真棒！

如果在氢气燃烧的火焰上罩一个冷而干燥的烧杯会有什么现象？

【实验】用燃着的小木条进行气体验证实验。

【总结】从化学史中获得探究灵感，从生成水和分解水两个角度研究了水的组成，深刻的理解了研究依据：

化学反应前后元素种类不变。

请大家利用这个依据思考学案上的问题。

【设疑】让我们再来回顾拉瓦锡研究空气成分的实验。

通过汞加热生成氧化汞，以及氧化汞加热分解的反应，得出了氧气约占空气体积1/5的结论，结合本节课所学知识你还能得出什么结论？

【评价】这位同学从一个全新的角度认识了拉瓦锡研究空气组成的实验，真了不起！

从不同的角度看待问题，我们就能有不同的收获。

【任务】小组讨论学案能力提升部分：

石蜡的元素组成。

【思考】有这样三种意见到底哪一种说法正确呢？

【答疑】大家掌握了研究物质组成的基本思路，通过一个化学反应进行研究，让物质燃烧就是一种常用的方法，但是这个反应既不是化合反应也不是分解反应，要考虑到氧气也能提供氧元素的问题，因此物质可能含有氧元素。

石蜡中到底有没有氧元素呢？

等大家学习第五单元的知识以后，可以通过计算去判断。

【总结】根据“化学反应前后元素的种类不变”应用了多种研究物质元素组成的方法。

一起梳理一下！

【思考】回到课前的问题上来，星球探测器发回发现了氢气和含氧物质的信息后，科学家为什么就可以做出了可能有水的猜想。

【评价】分析的非常精彩，大家现在分析问题的水平，已经达到了科学家的水平啦！

【结语】本节课同学们表现的非常精彩，我们通过电解水实验不仅得到了水的组成还得到了两种气体——氢气和氧气，构成了氢氧燃料电池，现在我们要利用氢能，让风车转起来。

瞧！

神奇的事情发生了！

氢气作为最理想的清洁能源，一直是能源研究领域的热门对象，运用在航空航天等多个领域，请探究小组课后收集有关水分解和氢能利用的资料并进行交流。

谢谢大家，下课！

聆听，好奇，渴望了解

认真倾听、思考、观察现象，从现象中总结氢气的物理性质

对魔术充满好奇，对现场再现魔术心情激动，魔术现象，“啪”的一声，吓了一跳的同时，情绪达到高潮，求知欲和好奇心高涨。

好奇并主动仔细观察试管，发现试管内壁有露珠样液体（“水”雾）产生

利用氢气燃烧生成水的实验验证

认真完成学案

可燃性。

氢气的物理性质：

无色无味气体，密度小于空气，难溶于水。

氢气球。

用沾有酒精的木棍点肥皂泡

哇！

好壮观，越来越漂亮了。

因为化学反应前后元素种类不变，反应物中有氢元素和氧元素，生成物中也应该有氢元素和氧元素；这是一个化合反应，生成物只有水，所以水由氢氧元素组成。

聆听、思考，一致得出：

分解的角度，把水分开。

电极上有气泡产生。

电极上有气泡产生。

负极产生气泡的速率比正极要快，一段时间后，负极产生的气体是正极是2倍

将带火星的木条放在导管口，如果木条复燃则该气体为氧气；将燃着的木条放在导管口，如果气体在关口燃烧则为氢气。

用燃着的小木条分别放在导管口，小木条燃烧更旺的是氧气，气体被点燃的是氢气。

有水雾产生。

认真聆听、仔细观察实验步骤和实验现象，并思考的出实验结论。

结合：

化学反应前后元素种类不变，从经典实验中习得新知。

这两个实验可以研究氧化汞的组成。

和今天通过生成水、分解水研究水的组成思路是一样的。

1.石蜡含有碳氢氧三种元素；

2.石蜡含有碳氢元素；

3.石蜡含有碳氢元素，可能含有氧元素

化合法

分解法

燃烧法

仪器分析法

结合新知，解决疑问：

化学反应前后元素种类不变，氢气和含氧物质分别含有氢元素和氧元素，可能是水作为反应物生成的物质。

听着老师对氢能等新能源的介绍，学生的思绪随着氢能风车的转动一起翱翔，想象着自己的科技梦，期待着化学让我们的生活更加美好！

了解研究水组成的科技价值与现实意义。

通过将化学史趣味化、活灵活现的展示在学生面前，在为学生了解化学史的情境中，完成氢气燃烧相关知识的学习，在润物细无声的同时，强烈的激发起学生的学生兴趣和学习热情。

化学给人以知识，化学史给人以智慧，引导学生从化学史获取研究水的组成的灵感和思路。

从生活走向化学。

紧密联系学生的生活实际，从学生已有的经验和知识入手，寻找知识的增长点。

通过氢气泡燃烧在验证知识的同时增加课堂趣味性。

在学生热情高涨的同时引发的进一步思考

在霍夫曼水电解器与课本水电解器的基础上进行了实验改进，该装置具有重心稳，便于操作，电解速率适中，气体检验现象明显等优点。

将聚二甲基硅氧烷（PDMS）玻璃毛细电泳芯片引入初中化学课堂，它是一种新型的生化分析仪器，让学生使用和科学家相似的设备研究简单的问题，有着重要的意义和价值。

分组实验，让学生亲手完成水电解实验，近距离观察实验现象，提高学生实验技能的同时，满足了学生答复好奇心，增强学生的学习热情。

通过合作学习，小组内不同背景、学习能力的学生观点互碰，激发灵感，共同提高，并满足了处于青少年时期学生的情感需要。

将课题测试与经典化学实验相结合，从全新的角度认识经典化学实验，在学生惊呼获得新认识的同时，感受对角度认识事物的价值和乐趣。

讨论和合作中完成能力的提升，全面的掌握研究物质元素组成的方法。

对本节课进行了方法论方面的提升和总结。

从化学走向社会。

让学生亲眼见到氢能利用原来就可以在我们身边，激发学生科技创新的热情、产生对新能源的美好感情、感悟化学对未来世界的促进作用，进而产生学习化学知识的新动力！

化学源于生活，并用于生活。

以生活中的化学情境更能激发学生的求知欲，且有利于学生养成从生活现象中发现问题提出问题的意识，同时培养学生解决问题的能力。

通过本实验为后继学习埋好伏笔。

板书设计

水的组成

教学设计创新之处

一、教学创新

1.化学史情境化、趣味化。

根据初中生学生的心理特点，从水的组成研究的历史中选择具有趣味性的典型史料创设情境，将氢气燃烧试验的教学内容蕴含在该情境中，让学生在趣味横生的氛围中不知不觉的学习和掌握了知识。

从化学史中获取研究水的组成的灵感和思路，体现出化学史的教学价值，让学生沿着科学家的脚步，仿照科学家的方式完成知识建构。

（上海说课）

2.重新认识拉瓦锡研究空气成分的实验。

拉瓦锡通过加热汞和分解氧化汞的方式研究了空气的组成，在科学史上有着伟大的价值和意义，该实验也成为了研究空气组成的经典实验。

本节课巧妙地将该经典实验与课堂检测相结合，从研究物质元素组成的角度重新认识这一经典实验，得出了不同的结论，让人耳目一新，体会到不同角度认识问题的思维碰撞和乐趣。

3.以研究物质元素组成的方法贯穿整节课，通过水的组成研究发现和理解这一原理；通过课堂练习熟练和提升应用这个原理的能力；并从方法论的角度终结出研究物质元素组成的一般方法。

4.通过氢能风车的实验，向学生展示新能源运用的当下与前景，让学生感受化学变化之美，化学艺术之美和化学创新之美，实现了电解水和氢氧燃料电池的有机结合以及物理知识和化学知识的整合，为学生的后续学习埋下种子，静待发芽。

让学生亲眼见到氢能利用原来就可以在我们身边，激发学生科技创新的热情、产生对新能源的美好感情、感悟化学对未来世界的促进作用，进而产生学习化学知识的新动力！

5.从生活走进化学，从化学走向社会。

从科学家猜想太空有水的证据导入课题，从合和分的角度研究了水的组成，在结课时，又从不同的角度认识了这两个反应，通过“氢能风车”体会氢能源离我们并不遥远，体会新能源与未来生活的重要关系，化学推动着社会进步的重要意义，感受化学与美好生活的密切关系，激发学生的科学热情，在学生心里埋下科技梦的种子。

二、实验创新

1.水电解器改进。

人教版初中课本中的水电解装置如图1所示，需要铁架台支撑，便携不方便；人教版高中必修一中的装置如图2所示，导线浸没于电解液，放入和取出试管时手都要接触到电解液，检验气体的操作也不方便；实验室配备的霍夫曼水电解器重心高、不易搬用，极易损坏，实验时间长，不易清洗。

本节课使用的水电解器源于课本实验，又区别于课本实验，结构合理、使用方便、便于携带，现象明显，实验效果好，利于开展学生分组实验。

（如何改进的？

）

2.作为一种新型的生化分析仪器，微流控芯片已经广泛应用于药物筛选、食品安全及环境监测等多个领域，聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质微流控芯片因其透光性能好，价格便宜，加工容易，适合大规模生产，成为微全分析系统发展的一个热点。

PDMS易于复制微通道形状，且具有较高的保真度，省去了玻璃芯片刻蚀的复杂过程；而玻璃具有易于集成功能单元，散热性能好的优点，PDMS一玻璃杂合微流控芯片同时结合了PDMS和玻璃的优点，具有良好的发展前景。

本节课设计使用了聚二甲基硅氧烷（PDMS）玻璃微型水电解芯片，试剂用量少、液体流动可控、反应时间短、速度快、成本低、污染小、易携带等显著优点。

让学生使用类似于科学家研究的工具，研究一些简单的问题，置身于前沿科学环境中，提高学生的科研兴趣、开阔学生的视野，是一种很好的水电解分组实验仪器，让学生有机会亲自动手完成实验，感受电解水实验的神奇和魅力。

一改往日，庞大的电解水装置只能由老师演示，常常出现漏液情况，学生很难参与的情况，给所有学生平等参与的机会，增强了学生的动手能力和观察能力。

使用到国外许多中学一直致力于向中学生介绍前言科学的工作，我国在这方面还相对滞后。

通过开发与前沿科学相关的创新实验，让学生置身于前沿科学环境中，既能点燃学生对科研的兴趣，扩展他们的眼界，又能提高学生对未来高科技实验环境的适应力。

聚二甲基硅氧烷（PDMS）玻璃微型水电解芯片以其独特的教学特点，可让学生熟练掌握微流控芯片的设计选材和制作，真正使学生有机会感受到前沿科技的独特魅力，促进学生的科学态度和学习方法，发生全面而深刻的转变，真正提升学生的科学创新能力。

整个实验所需仪器都为中学实验室常见仪器，仪器药品便宜易得，对人体无毒无害，完全符合中学生的认知水平，学生力所能及。

3.氢能风车将物理知识和化学知识整合在一起，给学生以美的享受。

为学生研究氢能源动力设备或装置提供了实证，为学生后续发展提供的智力支持和灵感启发，在学生心里埋下了科技梦的种子。

三、教学手段创新

1.运用教学媒体师生互动增强教学的直观性和学生学习化学的兴趣。

2.运用聚二甲基硅氧烷（PDMS）玻璃微型水电解芯片直观形象高效地进行化学学生分组实验，提高了教学效率。

参考文献

1.陈林,任吉存等.聚二甲基硅氧烷/玻璃微流控芯片永久性粘合方法及其微通道表面改性研究及其应用[J].高等学校化学学报.2004（4）:

50-51

2.彭友元.层层自组装电解质用于聚二甲基硅氧烷/玻璃微流控芯片修饰的研究[J].分析测试学报.2008（9）:

956-959

3.李远,龚放等.用于玻璃-聚二甲基硅氧烷灌注式细胞培养芯片的温度控制系统设计[J].军事医学.2013（6）：

460-464

4.李远,何佳珈等.一种在玻璃-聚二甲基硅氧烷微流控芯片微通道内建立温度梯度场的新方法及细胞热生物效应研究[J].军事医学.2015（9）：

710-716

5.许亮亮,朱征.芯片实验室及其在化学实验教学中的应用[J].化学教学.2016（6）