資源簡介

第二節 化學與材料研制
一、簡介
本節課與日常生活緊密聯系，屬材料科學知識的教學。在了解了化學與能源的關系之后，本節課旨在使學生認識到通過化學方法可以使價格低廉的、用途小的物質轉化為質地優良、用途大的物質，有意識混合可以改善物質的性能、擴展物質的使用范圍，使學生再次體驗化學的神奇，領略材料的開發和應用與化學科學發展之間的關系，引導學生站在社會的大背景中去認識化學，體驗化學與技術及社會之間的密切關系。
二、學者分析：
1.學生的年齡特點和認知特點
初三年級的學生剛接觸化學，對化學懷有極大的好奇心，生活中常積累一些與化學相關的知識，具有一定的判斷能力。再者中學生年齡在14-18歲之間，正處于體力、智力迅速成長階段，他們精力旺盛，求知欲強，思維敏捷，信息源廣，易于接受新事物，渴望展現自我。此時正是培養其關注社會，增強社會責任感和使命感的大好時機。
2.在學習本課之前應具備的基本知識和技能
對生活中常見的材料，如：玻璃、塑料、纖維等能加以區分，并能說出玻璃、塑料的性能和在生活中的應用。
3.學習者對即將學習的內容已經具備的水平
盡管學生對普通玻璃司空見慣，對塑料制品也早也熟視無睹，但玻璃、塑料究竟是用什么原料，通過什么方式方法制成的，化學在它們的開發與研制中有什么樣的作用，多數學生卻不一定思考過這些方面的問題。而且，絕大部分學生從未接觸或參觀過玻璃、塑料的工藝流程及生產車間，所以他們很難將玻璃與指間流過的沙子，將塑料用于又黑又黏的石油聯系在一起，也不可能知道塑料和玻璃鋼之間的關系。學生對化學材料只是有些膚淺的認識和了解，根本不清楚化學在材料的開發與研制中扮演的角色。
三、教學/學習目標及其對應的課程標準：
1.知識目標：
（1）知道材料是社會進步的物質基礎，了解材料開發和應用與化學科學發展之間的關系。
（2）了解普通玻璃的生產原理和應用。體會通過化學方法可以將用途小的物質轉化為用途大的物質。
（3）了解常見塑料的主要特點和應用，并能用分子聚合的觀點認識有機高分子材料的形成過程。知道“白色污染”的危害和防治方法。
（4）通過對玻璃鋼的成分、性能的學習認識復合材料。知道混合的方法可改變物質的性能和應用，增強對材料開發和研制重要性的認識。
2.能力目標：
認識幾種常見的玻璃和塑料。提高查閱、收集、整理資料的能力。
3.情感目標：
（1）結合生活實際，使學生體會到化學與技術及社會的密切聯系，進一步增強“化學使社會更美好”的概念。
（2）培養學生用辯證法的觀點看待問題，形成科學價值觀，增強學生對自然和社會的責任感。
4.重點：化學材料的分類、性質和用途；“白色污染”的危害和防治方法。
5.難點：認識材料發展史，了解各種材料的重要應用。
識別幾種常見塑料制品，理論與實際相結合。
四、教學方法：
1.本節內容雖與生活實際結合緊密，但由于每個學生的生活接觸面不同，所積累的知識也有所差異，教學中體現由淺入深，學生自主研究，研究互動的原則，并及時予以科學的指導和評價。
2.通過“課堂擂臺賽”，激起波瀾，調動學生的積極性。
3.通過“收獲和感悟”，促使同學自己回顧自己這節課的學習過程，鼓勵學生自己做出評價或對他人做出評價。
五、教學媒體和教學技術選用
1.實驗用品：細玻璃管一端、酒精噴燈、食品包裝袋、飲料瓶、電源插座、試管、試管夾
2.多媒體輔助教學
六、教學和活動過程
（一）教學構想：人類社會發展史證明，材料是社會進步的物質基礎與先導，它是人類賴以生存和發展、征服自然和改造自然的物質基礎，是人類進步的里程碑。從古至今，人類使用過形形色色的材料，如天然材料、合成材料、功能材料等。這些材料并不是新舊交替，而是長期存在的，它們共同在生產、生活、科研各領域發揮不同的作用。本節課內容側重于知識的介紹，讓學生了解即可，按照新課標“從生活走進化學，從化學走向社會”的原則，課前我收集了大量的一手材料，同時把學生分組，布置課題，分別搜集有關玻璃、塑料和玻璃鋼的相關內容。然后進行整理并在課堂上分別交流展示。使學生通過學習了解化學與社會之間的密切關系。
（二）教學內容和過程設計
【引入】材料是時代進步的標志，人類對材料的認識、制造和利用都是與化學科學的發展緊密相連的。通過一周的積極準備，下面請各組交流并展示一下你們所收集到的有關化學材料的相關知識。
【交流展示】適當配置多媒體影像資料
1.玻璃（一組）
【演示實驗】取一根玻璃管，置于燃著的酒精噴燈上，把玻璃管拉成兩支尖嘴管。
［問］大家看到了什么？
［生］玻璃受熱、變軟，可拉細。
［講］實驗室里的膠頭滴管就是這樣制出來的。玻璃是硅酸鹽材料中的一種，常見的硅酸鹽材料還有陶瓷、水泥等。那么，玻璃是怎樣制出來的？你知道嗎？
【播放錄像】觀看玻璃的制備和用途
原料：純堿、石灰石、石英砂。
原理：CaCO3 +SiO2 CaSiO3+ CO2↑ Na2CO3++SiO2 NaSiO3+ CO2↑
成分：硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅。
特點：沒有固定的熔沸點，在一定范圍內熔化成玻璃態物質。
種類和用途：普通玻璃因混有鐵的化合物而顯綠色，若在玻璃態物質中加入某些金屬氧化物，就是玻璃顯示出特征顏色，制成紅玻璃、藍玻璃等。若將普通玻璃在電爐里加熱軟化后急速冷卻即成鋼化玻璃，其成分與普通玻璃一樣，但經這樣處理后，玻璃的內應力消失，機械強度增大，不易破碎。一旦破碎，碎塊也沒有尖銳的棱角，不易傷人，是一種安全玻璃，可制運動器材、微波通訊器材、汽車、火車窗玻璃等。由熔融玻璃拉成或吹成的纖維即為玻璃纖維，是玻璃中的增強材料。它耐腐蝕、不怕燒、不導電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀，可制太空飛行員的衣服、玻璃鋼等。光學玻璃，它透光性能好，有折光和色散性，可制放大鏡、眼鏡片、照相機、顯微鏡、望遠鏡用凹凸透鏡等光學儀器 。將多層玻璃和膠片疊合在一起可制成防彈玻璃。此外，還有化學儀器玻璃，如試管等。
【說明】不僅使學生了解玻璃的生產工藝流程，還令其感受到化學方法可以使價格低廉的、用途小的物質轉化為質地優良、用途大的物質。體會化學與生活的密切關系。
2.塑料（二組）
【展示】 食品包裝袋、飲料瓶、電源插座等
【過渡】這是我們生活中常見的塑料制品。塑料是人工合成的一類有機高分子材料，在我們生活中比比皆是，洗漱用品、餐具、炊具、文具、電視機、冰箱、飛機、人造衛星等，已被廣泛用于農業、工業、建筑、包裝、國防尖端工業以及人們日常生活等各個領域。其特點是質輕、易加工成型、不導電、不傳熱、抗腐蝕性強。與鋼鐵、水泥、木材并稱為四大工業材料，其生產的年增長率以塑料居首位。生活中有多種塑料，你會區分嗎？你了解它嗎？
【講解】分類：按成分，分為聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚四氟乙烯塑料（商品名稱為特氟隆），因其原料分別為乙烯、氯乙烯、四氟乙烯。按受熱表現，分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑料性塑料加熱到一定溫度就變軟或熔化，具有可塑性，冷卻變硬、固化，這種變化能反復發生，可以反復加工，多次使用，為再生性塑料制品。熱固性塑料在加熱初期變軟，能制成各種形狀的制品，在再加熱后固化變硬，之后不能變軟，沒有可塑性。
【演示實驗】在一支試管中放入少量聚乙烯塑料片，用酒精燈緩緩加熱，觀察現象。等熔化后立即停止加熱以防分解，待冷卻固化后再加熱，觀察現象。
【說明】使學生掌握生活常識，提高興趣，實驗驗證更有說服力。再次體會化學的重要性。
【播放錄像】 數據看白色污染
塑料包裝物在使用后被拋棄在環境中，給景觀和生態環境帶來很大破壞。由于廢舊塑料包裝物大多呈白色，因此造成的環境污染被稱為“白色污染”。
我國是世界上十大塑料制品生產和消費國之一。1995 年，我國塑料產量為 519 萬噸，進口塑料近 600 萬噸，當年全國塑料消費總量約 1100 萬噸，其中包裝用塑料達 211 萬噸。包裝用塑料的大部分以廢舊薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式，被丟棄在環境中，不僅影響景觀，造成“視覺污染”，而且因其難以降解對生態環境造成潛在危害。據調查，北京市生活垃圾的 3% 為廢舊塑料包裝物，每年總量約為 14 萬噸；上海市生活垃圾的 7% 為廢舊塑料包裝物，每年總量約為 19 萬噸。北京市每年廢棄在環境中的塑料袋約 23 億個，一次性塑料餐具約 2.2 億個，廢農膜約 675 萬平方米。人們對此戲稱為“城郊一片白茫茫”。
白色污染的危害:我國市場上目前大量使用的塑料制品都是不可降解塑料，以發泡聚苯乙烯、聚乙烯或聚丙烯為原料，相對分子質量達 2 萬以上。只有相對分子質量降低到 2000 以下，才能被自然環境中的微生物所利用，變成水和其它有機質，而這一過程需要 200 年；如果將其填埋，將會影響農作物吸收養分和水分，導致減產；對其焚燒會釋放出多種化學有毒氣體，其中有一種叫二惡英的化合物，毒性極大，即使在攝入很小量的情況下，也能使鳥類和魚類出現畸形和死亡，對生態環境造成破壞，同時對人也有很大危害。
【說明】為課堂辯論埋下伏筆，并提供理論依據。
【課堂擂臺賽】 使用塑料的利與弊
分正反兩方，隨機辯論，全體同學都有發言權。正方觀點：使用塑料的利大于弊，應大力提倡使用塑料制品；反方觀點：使用塑料的弊大于利，應禁止使用塑料制品。
【小結】科學是一把雙刃劍，白色不是純潔，而是污染。
【討論】治理“白色污染”的途徑有哪些？
1.減少使用不必要的塑料制品，如用布袋代替塑料袋等。
2.重復使用某些塑料制品如塑料袋等、塑料盒等。
3.使用一些新型的、可降解的塑料，如微生物降解塑料盒光降解塑料等。
4.回收各種廢棄塑料。
目前治理白色污染的四項新技術：可降解塑料技術、植物纖維粉加胺熱壓技術 、以紙代塑技術 、 生物全降解技術
【說明：使學生學會一分為二的看待問題，樹立環保意識，增強社會責任感。】
3.玻璃鋼（三組）
【投影】展示玻璃鋼制成的快艇、滑雪板、破冰斧柄等。
【講解】玻璃鋼既不是玻璃，也不是鋼，而是在塑料中加入玻璃纖維制成的，是一種復合材料，質輕而堅硬，像玻璃般透明或半透明，機械強度可與鋼材相比，因此得名。復合材料是指由兩種或兩種以上不同性質的材料按一定方式復合在一起形成的新材料。如鋼筋混凝土就是鋼筋和混凝土的復合材料，機動車的輪胎是合金鋼和橡膠的復合材料。復合材料的性能優于它的成分金屬，具有質輕、強度高、耐腐蝕、變形小、抗疲勞等特點。制成復合材料既能充分利用資源，又能節省能源。玻璃鋼已被廣泛應用于衛生潔具、汽車、船的殼體、飛機等。因此，復合材料是新型材料研制的一個重要方向。
【說明】 在合金之后，再次體驗有意識混合可以改善物質的性能、擴展物質的使用范圍，領略化學的神奇。
4.材料的前景展望（教師）
【投影】展示納米國旗、隱形飛機等圖片。
【講解】到目前為止，我們所學過的材料主要分為金屬材料、硅酸鹽材料、有機高分子材料、復合材料四類。縱觀化學材料的發展，經歷了漫長的過程，從石器時代到鐵器時代，一直到現在，材料是時代進步的重要標志。目前，新型材料仍在不斷涌出，經過特殊加工處理后，能像金屬一樣導電的導電塑料，不僅在抗靜電添加劑、計算機抗磁屏幕和智能床等方面的應用已有快速的發展，而且在發光二極管、太陽能電池、移動電話、衛星電視顯示屏乃至生命科學研究等領域也有廣泛的應用前景。導電塑料與納米技術的結合，還將對電子學的發展起到推動作用。而納米復合材料具有獨特的納米尺度效應，可以充分發揮材料的優異的力學性能和高度的耐熱性，廣泛用于制造汽車發動機的配件。隱形材料又叫吸波材料，主要用導電或磁性材料與粘合劑制成。可將電磁波轉化成熱能，使雷達的電磁波大部分被吸收，從而達到逃避雷達追蹤的目的。廣泛應用于國防技術，如飛機、軍艦、導彈等。我們相信，隨著科學的發展，性能優越、用途廣泛的新型材料將不斷充實我們的生活。
【說明：明確材料與化學之間的關系，激發學生的求知欲，培養其愛國、報國情感。】
5.收獲和感悟【說明】檢測課堂效果，使學生學會自我評價。
6.達標檢測
七、課后反思
教學過程中基本完成了課前構想。學生主動參與，自主學習、合作學習、探究式的學習，積極探索、大膽發言。通過查閱資料使學生認識到化學與社會之間的密切關系，同時也認識到，在科技飛速發展的今天，也會帶來一些負面影響，因此，綠色化學已成為化學發展的主導方向。課堂辯論把課堂氣氛推向高潮，但由于學生知識有限，想法比較單純，內容挖掘不夠深刻，經常出現觀點重復現象。而教師則應充分發揮協調、平衡的作用，鼓勵學生積極發揮個體的作用，重在參與。同時對學生的發言及時做出科學的評價，以充分調動學生的積極性。

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