資源簡介

重走硅路探硅秘——無機非金屬材料 教學(xué)設(shè)計
教材分析
在新課程標(biāo)準(zhǔn)中“無機非金屬材料”屬于必修課程“常見的無機物及其應(yīng)用”和“化學(xué)與社會發(fā)展”主題下，本節(jié)內(nèi)容主要包括傳統(tǒng)硅酸鹽材料和新型無機非金屬材料。以及這些材料在信息、能源等領(lǐng)域產(chǎn)生的影響，展現(xiàn)化學(xué)學(xué)科對新材料研發(fā)的重要作用，讓學(xué)生了解化學(xué)學(xué)科對社會進步的價值，提升“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等學(xué)科核心素養(yǎng)。
學(xué)情分析
在學(xué)習(xí)了氯、硫、氮等非金屬元素的基礎(chǔ)上，有氧化還原反應(yīng)、元素周期表等相關(guān)知識做理論支撐，基于本節(jié)內(nèi)容呈現(xiàn)方式主要為正文描述結(jié)合圖片和資料卡片等欄目的形式，信息多，閱讀量大，難度低，便于學(xué)生課前自學(xué)，并提出相關(guān)問題。
素養(yǎng)目標(biāo)
【教學(xué)目標(biāo)】
通過閱讀和討論，了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的主要生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮的重要作用。
通過學(xué)習(xí)，了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機非金屬材料的奇特性能及其在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。
結(jié)合身邊的生活用品、電子產(chǎn)品、建筑物等用到的無機非金屬材料，感受化學(xué)材料的作用巨大，提高學(xué)生努力學(xué)習(xí)化學(xué)、投身國家建設(shè)的社會責(zé)任感。
教學(xué)重難點：
教學(xué)重點：玻璃、水泥、硅、二氧化硅等無機非金屬材料的主要性能及用途，普通玻璃的主要成分。
教學(xué)難點：粗硅提取的原理。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)一：“探知硅秘”——多角度認識硅元素
教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖
漢字組成角度認識“硅”【展示】硅的漢字。【提問】說明硅這一元素廣泛存在于自然界得哪些事物里？已知：自然界中沒有游離態(tài)的硅單質(zhì)存在，為什么？是因為硅元素性質(zhì)非常活潑嗎？2、原子結(jié)構(gòu)角度認識“硅”【展示】類比同主族的熟悉元素碳。——硅的性質(zhì)并不活潑，反而非常穩(wěn)定！最外層電子數(shù)是4，既不容易失去電子又不容易得到電子。3、化學(xué)鍵角度認識“硅”【展示】數(shù)據(jù)：硅氧鍵和碳氧鍵的鍵能對比。發(fā)現(xiàn)：硅氧鍵鍵能高，硅具有很強的“親氧性”，故在自然界中以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在。物質(zhì)結(jié)構(gòu)角度認識“硅”【展示】硅氧四面體結(jié)構(gòu)。【總結(jié)】用一個詞語來概括硅元素的性質(zhì)——穩(wěn)定！ 聆聽。思考。預(yù)期回答：硅的化學(xué)性質(zhì)比較活潑！觀察、思考、類比。 學(xué)生能基于已有的經(jīng)驗——結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)做出推測，多角度認識硅，充分激發(fā)學(xué)生已有知識的調(diào)動。
教學(xué)環(huán)節(jié)二：“重走硅路”——隨歷史走近硅酸鹽材料
教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖
【過渡】正是由于二氧化硅和硅酸鹽的硅氧四面體構(gòu)成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得硅酸鹽具備了“烈火焚燒若等閑”的氣質(zhì)，古人們在熊熊烈火中窯制出了水泥、玻璃、陶瓷三大傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品。時間軸——公元前4500年【展示】圖片是世界最早開始制造的陶瓷及玻璃制品，直到近代，水泥成為建筑廣泛應(yīng)用的材料。【設(shè)疑】玻璃到底是如何被發(fā)現(xiàn)的呢？【視頻】《玻璃的故事》講述玻璃誕生的趣事。時間軸——近代硅酸鹽材料的使用和生產(chǎn)【活動】閱讀課本，找出三大硅酸鹽材料的原料、工藝設(shè)備、成分、性能及用途。歸納填寫表格。并對比分析。【思考】結(jié)合原料和玻璃成分分析，燒制玻璃時發(fā)生了怎樣的反應(yīng)？【活動】閱讀課本P20資料卡片,了解特殊玻璃，選取其中感興趣的幾種，搜集更多資料課后做成知識展報。【過渡】掌握了玻璃的燒制技術(shù)后，人們不再滿足于單調(diào)的玻璃紋路，而此時炭雕技術(shù)早已歷經(jīng)朝代爐火純熟，能不能在玻璃上進行雕刻呢？3、時間軸——近代【設(shè)疑】但是，基于硅氧四面體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，玻璃中的二氧化硅性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸耐堿耐腐蝕，所幸自然界存在著“一物降一物”的普遍規(guī)律，它們亦有“天敵”，那就是氫氟酸了。【展示】圖片。玻璃刻蝕技術(shù)的作品、技術(shù)步驟圖。4、時間軸——現(xiàn)代玻璃【過渡】隨著科技的發(fā)展，無機非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，一些列新型無機非金屬材料相繼問世。5、時間軸——1970年第一根滿足信號傳輸?shù)墓鈱?dǎo)纖維問世、“光纖通信之父”高錕【展示】圖片 【視頻】《光導(dǎo)纖維發(fā)明史》【資料卡片】光導(dǎo)纖維，簡稱光纖，利用光導(dǎo)纖維進行的通信叫光纖通信。一對金屬電話線至多只能同時傳送一千多路電話，而根據(jù)理論計算，一對細如蛛絲的光導(dǎo)纖維可以同時通一百億路電話！鋪設(shè)1000公里的同軸電纜大約需要500噸銅，改用光纖通信只需幾公斤石英就可以了。沙石中就含有石英，幾乎是取之不盡的。【小結(jié)】 交流討論，觀察圖片。觀看視頻，思考討論。思考、歸納 以人類文明發(fā)展的進程為軸線，創(chuàng)設(shè)與之契合的教學(xué)情境，通過探究活動，落實硅及其化合物基礎(chǔ)知識，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。將教學(xué)素材置于歷史人文場景中，渲染學(xué)科教學(xué)的文化價值。從實際問題到化學(xué)問題，從宏觀結(jié)構(gòu)到微觀結(jié)構(gòu)，形成和發(fā)展學(xué)生的化學(xué)想象力，建立宏微觀關(guān)聯(lián)分析得具體思路，深化結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的學(xué)科觀念，診斷并發(fā)展學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)。在歷史背景中，設(shè)計閱讀、討論活動，引導(dǎo)學(xué)生體會化學(xué)生產(chǎn)、生活的關(guān)聯(lián)，體會化學(xué)對改善人類生活條件、推進文化繁榮、促進社會發(fā)展的貢獻，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科巨大社會價值認同感。
教學(xué)環(huán)節(jié)三：“王者硅來”
教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖
【過渡】在通信技術(shù)上，不得不提到手機通信的發(fā)展，手機發(fā)展和更新?lián)Q代如此之快，芯片性能的提升是其中一個很重要的因素。【展示】圖片信息革命時代，硅芯片的王者之路1956年基爾比發(fā)明第一塊單晶硅集成電路單晶硅切片華為麒麟990芯片【資料卡片】信息技術(shù)研究和顧問公司Gartner通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)僅2016年全世界手機銷量就多達15億部。【思考】【問題1】結(jié)合硅在自然界的存在形式，工業(yè)上用什么作為原料制備硅？問題2】從元素價態(tài)角度，要使二氧化硅轉(zhuǎn)化為硅，應(yīng)加入何種物質(zhì)？【問題3】工業(yè)上用焦炭在高溫下還原二氧化硅制取硅單質(zhì)。試寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。【資料卡片】高純硅的制備。 觀看圖片，思考思考與討論問題 引導(dǎo)學(xué)生從金屬冶煉的經(jīng)驗進行遷移，從價態(tài)角度結(jié)合氧化還原原理，解決生產(chǎn)實際問題。通過問題的解答和探討，建構(gòu)物質(zhì)制備的認知模型，診斷并發(fā)展學(xué)生物質(zhì)制備的模型建構(gòu)，模型應(yīng)用能力。
教學(xué)環(huán)節(jié)四：“硅路悠悠”——
教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖
【過渡】硅還會給我們的材料和生活帶來什么樣的改變呢？除了光導(dǎo)纖維和硅芯片的廣泛應(yīng)用，越來越多的新型無機非金屬材料在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有了許多新的特性和功能。【活動】結(jié)合資料卡片閱讀課本對新型陶瓷和碳納米材料的介紹。【思考】新型陶瓷、碳納米材料分別有怎樣的特性和優(yōu)點？【講述】介紹TOUR教授合成的碳納米小人和碳納米小車，帶領(lǐng)學(xué)生感受化學(xué)之趣，材料的魔法。【視頻】畢導(dǎo)介紹TOUR教授的納米小車及他的納米車賽。【總結(jié)】 閱讀、討論、歸納、類比觀看視頻，思考 通過閱讀材料、對比總結(jié)的過程中，提煉新型無機非金屬材料的優(yōu)點和高性能，體會化學(xué)工作者的巨大研究成果。通過視頻，激發(fā)趣味，引發(fā)產(chǎn)生與化學(xué)相關(guān)的更多想象空間，在展現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的獨特魅力的過程中，讓學(xué)生體驗化學(xué)的樂趣，也引發(fā)對人生觀念和生命世界的暢想和反思。
課堂測評
1.下列關(guān)于硅酸鹽材料的說法錯誤的是
A.生活中常見的硅酸鹽材料有玻璃、水泥、陶瓷
B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅
C.陶瓷的主要原料是黏土
D.硅酸鹽水泥以石灰石和黏土為主要原料
2.下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)和用途的敘述中不正確的是
A.這是一種礦物膠，既不燃燒也不受腐蝕
B.在建筑工業(yè)上可以作黏合劑、耐酸水泥摻料
C.木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒
D.水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì)
3.(2019·全國卷Ⅰ，7)陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說法錯誤的是
A.“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵
B.聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成
C.陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽
D.陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點
4.碳納米管是繼足球烯(C60)以后發(fā)現(xiàn)的又一種碳單質(zhì)，以下有關(guān)碳納米管與足球烯(C60)的說法錯誤的是
A.它們的物理性質(zhì)有較大差異
B.在常溫下它們的化學(xué)性質(zhì)都穩(wěn)定
C.它們是不同的碳單質(zhì)
D.它們分別完全燃燒后生成物不同
5.(2019·南京高一下學(xué)期開學(xué)考試)下列有關(guān)硅的說法不正確的是
A.硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料
B.硅的導(dǎo)電性介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料
C.硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)
D.加熱到一定程度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)
題號 1 2 3 4 5
答案 B D A D C
教學(xué)反思
化學(xué)必修一第四章第一節(jié)無機非金屬材料的主角——硅，通過本節(jié)課的講授，我有以下幾點體會。
　　1、硅這種化學(xué)元素，在不同角度的介紹，設(shè)置懸念，展圖片作為引入，形式新穎，能引起學(xué)生關(guān)注，釣起學(xué)生胃口，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　2、這節(jié)課以時間線為順序介紹傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的發(fā)展，在歷史背景中，設(shè)計閱讀、討論活動，引導(dǎo)學(xué)生體會化學(xué)生產(chǎn)、生活的關(guān)聯(lián)，體會化學(xué)對改善人類生活條件、推進文化繁榮、促進社會發(fā)展的貢獻，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科巨大社會價值認同感。從價態(tài)角度結(jié)合氧化還原原理，解決生產(chǎn)實際問題。通過問題的解答和探討，建構(gòu)物質(zhì)制備的認知模型，診斷并發(fā)展學(xué)生物質(zhì)制備的模型建構(gòu)，模型應(yīng)用能力。
　　存在的不足：
　　1、在課堂教學(xué)中還是緊張，精神欠飽滿，語言表達缺乏準(zhǔn)確性，表情不夠豐富；學(xué)生回答問題較少，課堂氣氛不是很活躍。
　　2、教學(xué)互動有，但是開展得不是很好，時間分配不是很恰當(dāng)。
3、在引導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)習(xí)的方面做得不好，過渡處不夠靈活。
4、課堂上要學(xué)會給學(xué)生創(chuàng)設(shè)暴露思維過程的情境，使他們大膽地想、充分的問、多方位的交流。
　　總的來說，本節(jié)課較好地實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生以主體和探究活動主人的身份參與整個學(xué)習(xí)過程，通過探究式學(xué)習(xí)，他們不僅學(xué)到了化學(xué)知識，還學(xué)到了實驗技能和科學(xué)方法。整堂課中，學(xué)生主動參與，積極探索，大膽發(fā)言，表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣、通過這次同課異構(gòu)講課比賽，讓我受益匪淺，也明白了自身還存在許多不足之處。今后我要多聽有經(jīng)驗的教師的課，取其精華為我所用，多做教學(xué)反思，更快進步，盡早成為一名優(yōu)秀的化學(xué)教師。
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