資源簡介

《無機非金屬材料》單元整體教學(xué)設(shè)計
一、單元教學(xué)設(shè)計
(一）指導(dǎo)思想與理論依據(jù)
元素化合物的知識一直是化學(xué)學(xué)習的重要內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)習化學(xué)的基礎(chǔ)，但對于學(xué)生來說該部分內(nèi)容細碎、繁雜，不知從何記起，我們從必修第一冊開始就有意識的引導(dǎo)學(xué)生建立研宄元素化合物的基本模型，幫助學(xué)生形成認識非金屬元素及其化合物的基本思路和方法：單質(zhì)、氧化物（氫化物）、酸、鹽的形式，同時進一步加深學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”化學(xué)觀念的理解。非金屬及其化合物在化工生產(chǎn)、環(huán)境保護等方面發(fā)揮著重要作用，無機非金屬材料Si及其化合物的學(xué)習重點在硅和二氧化硅的應(yīng)用，以及二氧化硅的性質(zhì)，對于傳統(tǒng)和新型無機非金屬材料我們主要通過圖片和資料的形式讓學(xué)生感受化學(xué)材料為我們的生產(chǎn)、生活提供的巨大便利，激發(fā)學(xué)生學(xué)習化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的社會責任感。
(二）教學(xué)背景分析與課時安排
1.教學(xué)內(nèi)容分析
第三節(jié)《無機非金屬材料》選自人教版化學(xué)必修第二冊的第五章《化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素》，該內(nèi)容是繼第一冊的無機非金屬元素Cl和第五章的第一、二節(jié)S、N及其化合物之后，是非金屬元素及其化合物知識的重要補充和應(yīng)用，是高一學(xué)生應(yīng)學(xué)習的重點內(nèi)容。
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，該內(nèi)容可安排兩課時的單元整體教學(xué)設(shè)計，鑒于學(xué)生的認知規(guī)律和授課時間安排我對教材內(nèi)容的先后順序做了調(diào)整，第一課時是硅及其化合物，主要通過圖片、視頻和生活中的實例的形式講解SiO2、Si、H2SiO3的主要性質(zhì)和用途，這也符合前面學(xué)習非金屬的一般方法：單質(zhì)-氧化物-含氧酸。重點在SiO2的性質(zhì)及其應(yīng)用，根據(jù)SiO2，在自然界中的存在和它的結(jié)構(gòu)理解它的性質(zhì)，又從物質(zhì)類別、價態(tài)和特殊性的角度具體分析SiO2，的化學(xué)性質(zhì)及反應(yīng)，符合從不同角度（價態(tài)、物質(zhì)類別）學(xué)習元素化合物知識的常用方法，幫助學(xué)生形成認識非金屬元素及其化合物的基本思路和方
法。還可根據(jù)第一冊原子結(jié)構(gòu)與元素周期律的相關(guān)知識，預(yù)測和推斷硅及其化合物的性質(zhì)，進一步加深學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”化學(xué)觀念的理解。第二課時是無機非金屬材料，通過“疫情”期間火神山醫(yī)院的建設(shè)、我國自主研制的運20飛機運送醫(yī)療物資、醫(yī)務(wù)人員的防護用品等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和社會責任感。接下來再介紹陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料在人們?nèi)粘Ｉ钪械膹V泛應(yīng)用，以及材料對人類文明的推動作用。之后，介紹新型無機非金屬材料，包括硅和二氧化硅（第1課時已經(jīng)講過）、新型陶瓷、碳納米材料，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)科學(xué)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)度與社會責任”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
2.學(xué)情分析
（1）學(xué)生在必修第一冊已經(jīng)學(xué)習了幾種常見的元素及其化合物，第五章的前兩節(jié)也學(xué)習了非金屬硫、氮及其化合物的知識，己經(jīng)掌握了研究元素及其化合物的規(guī)律和方法。
（2）必修第一冊學(xué)生還學(xué)習了氧化還原反應(yīng)、原子結(jié)構(gòu)與元素周期律的知識，初步建立了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的核心觀念。
以上內(nèi)容為學(xué)生學(xué)習無機非金屬材料知識提供了知識儲備，在教學(xué)過程中要建立舊知識與新知識的聯(lián)系，以便降低學(xué)習難點，提高學(xué)習效率。
（三）單元教學(xué)主要過程
課時安排 知識線索 學(xué)習任務(wù) 系列活動
【第一課時】 硅及其化合物 一、SiO2 SiO2的存在、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途，重點在于SiO2，化學(xué)性質(zhì)的探究以及應(yīng)用 通過圖片、小視頻的形式學(xué)習SiO2的相關(guān)知識
二、Si 單質(zhì)Si的存在、性質(zhì)和用途，重點在于Si的半導(dǎo)體性能和應(yīng)用 通過回顧學(xué)過的元素周期表的知識，理解硅的半導(dǎo)體性能;通過圖片的形式更好的記憶硅的應(yīng)用;通過小游戲鞏固硅和二氧化硅的用途。
三、H2SiO3 H2SiO3的制備方法和應(yīng)用 通過回顧元素周期律的知識引導(dǎo)學(xué)生得出制備硅酸的方法;通過小視頻的形式得出硅酸的性質(zhì);通過圖片和講解記憶硅酸的應(yīng)用。
【第二課時】 無機非金屬材料 硅酸鹽材料 硅酸鹽 傳統(tǒng)無機非金屬材料玻璃、陶瓷、水泥 （1）硅酸鹽的定義、書寫、結(jié)構(gòu)和性質(zhì);（2）普通玻璃、傳統(tǒng)陶瓷、水泥的原料、特性及應(yīng)用等 通過圖片和閱讀資料的形式感受傳統(tǒng)無機非金屬（硅酸鹽）材料在城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮的重要作用
新型無機非金屬材料 新型陶瓷 碳納米材料 各種新型陶瓷（例：碳化硅陶瓷）的組成、性質(zhì)及用途：碳納米材料的代表物、結(jié)構(gòu)和性能 通過圖片和閱讀資料的形式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)習化學(xué)的興趣：通過練習的形式鞏固所學(xué)知識
二、課時教學(xué)設(shè)計
第一課時“從沙灘到用戶”--基于深度學(xué)習的硅及其化合物
1.教學(xué)目標
(1）通過圖片了解硅及其化合物在生產(chǎn)生活中的廣泛存在和應(yīng)用。
(2）通過與同主族元素碳及其化合物性質(zhì)的類比，能預(yù)測硅、二氧化硅和硅酸的性質(zhì)，并用方程式表示其主要的化學(xué)性質(zhì)。
(3）通過閱讀分析信息和元素周期律，能說明制備高純硅和硅酸的路徑。
2.教學(xué)重難點
硅、二氧化硅的主要性能和用途
3.評價目標
(1）通過硅及其化合物的學(xué)習，診斷并發(fā)展學(xué)生非金屬元素及其化合物認知模型發(fā)展水平（經(jīng)驗水平、系統(tǒng)水平）。
(2）通過二氧化硅的存在和結(jié)構(gòu)，分析它的性質(zhì)和應(yīng)用，診斷并發(fā)展學(xué)生對結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途的核心觀念的認識應(yīng)用水平。
4.教學(xué)過程
【圖片引入】硅的廣泛存在。硅在地殼中的含量僅次于氧，是一種親氧元素，主要以氧化物和硅酸鹽的形式構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和士壤。
【教師活動】我們常說“從沙灘到用戶”，沙灘中什么物質(zhì)最多？
【學(xué)生活動】沙子
【教師活動】沙子的主要成分就是二氧化硅，所以我們先來學(xué)習二氧化硅。
一、SiO2
【圖片展示】二氧化硅的存在
【教師活動】二氧化硅具有怎樣的性質(zhì)呢？
【學(xué)生活動】（聯(lián)想：沙子，性質(zhì)穩(wěn)定）
【教師活動】我們知道結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，所以我們先來研究二氧化硅的結(jié)構(gòu)（圖片，硅氧四面體結(jié)構(gòu)，硅酸鹽也一樣）。這種結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了二氧化硅具有硬度大、熔點高、難溶于水（物理性質(zhì)）、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕的性質(zhì)（化學(xué)性質(zhì)）。
【教師活動】二氧化硅具體能和哪些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)呢？
【思考與交流 1】書P25T4∶SiO2是一種酸性氧化物，能與強堿溶液反應(yīng)。例如 SiO2與NaOH 反應(yīng)可生成 Na2SiO3;，Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，具有黏結(jié)力強、耐高溫等特性，可以用做黏合劑和防火劑，實驗室盛放堿溶液的試劑瓶應(yīng)使用橡膠塞，而不用玻璃塞，請解釋原因，并寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。
【學(xué)生活動】SiO2+ 2NaOH=Na2SiO3+H2O（SiO2酸性氧化物的通性）
【思考與交流2】書P25 T3∶氫氟酸是 HF的水溶液，可與 SiO2發(fā)生反應(yīng)生成 SiF4和H2O。請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程。
【學(xué)生活動】SiO2+4HF =SiF4↑＋2H2O（應(yīng)用∶制毛玻璃、玻璃雕花）
【教師活動】“從沙灘到用戶”，我們已經(jīng)知道沙子的主要成分是二氧化硅了，那么“到用戶”是什么意思呢
【學(xué)生活動】“用戶”就是我們每一個人。
【小視頻】我們每一個人每天都離不開手機、電腦等電子產(chǎn)品，這些電子產(chǎn)品中都用到硅。
【教師活動】那么如何從二氧化硅得到單質(zhì)硅呢
【學(xué)生活動】SiO2+還原劑---Si
【教師活動】高純硅的制備∶工業(yè)上用焦炭還原石英砂可制得粗硅，將粗硅進一步提純得到高純硅。
【教師活動】物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)又決定用途，那么二氧化硅有怎樣的用途呢
【圖片展示】光導(dǎo)纖維，并根據(jù)二氧化硅的存在總結(jié)其用途。
【教師活動】現(xiàn)在我們就完全理解了人們常說的"從沙灘到用戶"的含義了。下面我們繼續(xù)來學(xué)習信息時代的核心元素--硅。
二、Si
【圖片展示】簡單介紹硅單質(zhì)的存在、物理性質(zhì)和主要用途。（展示晶體硅、硅晶片、硅太陽能電池的圖片），并通過硅在元素周期表中的位置.（金屬與非金屬的交界處）理解它的半導(dǎo)體性能及用途。
【教師活動】簡單介紹硅的化學(xué)性質(zhì)。
【學(xué)生活動】小游戲∶區(qū)分硅和二氧化硅的存在和應(yīng)用。
【教師活動】通過硅的價-類二維圖，引出硅酸。二氧化硅能通過與水的反應(yīng)生成硅酸體現(xiàn)酸性氧化物的通性嗎
【學(xué)生活動】不能，因為二氧化硅難溶于水，也不會與水反應(yīng)。
【教師活動】好，SiO2+H2O==H2SiO3該反應(yīng)不能發(fā)生。那如何制備硅酸呢
三、H2SiO3
【已知信息】碳的非金屬性強于硅，則碳酸的酸性比硅酸強還是弱 （酸性∶H2CO3>H2SiO3）請利用這一性質(zhì)分析解釋硅酸鈉溶液久置空氣中會有什么現(xiàn)象 （視頻）
【學(xué)生活動】產(chǎn)生白色渾濁。Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3（膠體）+Na2CO3
【教師活動】硅酸難溶于水，酸性比碳酸弱，是高中階段接觸的最弱的酸。
【學(xué)生活動】小游戲∶下列反應(yīng)可以通過一步化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)的有哪些 （略）書P25∶5（略）。
第二課時“材料兄弟，共同抗疫”---基于深度學(xué)習的無機非金屬材料
1.教學(xué)目標
（1）結(jié)合生活實際了解材料的類別。
（2）通過閱讀和討論，了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)無機非金屬材料的生產(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。
（3）通過學(xué)習，了解新型陶瓷、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)習化學(xué)的興趣。
（4）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)就在身邊，化學(xué)材料作用巨大，提高學(xué)生努力學(xué)習化學(xué)，投身國家建設(shè)的社會責任感。
2.教學(xué)重難點
玻璃、水泥的主要性能、用途;普通玻璃的主要成分。
3.評價目標
（1）通過硅酸鹽材料和傳統(tǒng)無機非金屬材料玻璃、陶瓷、水泥的學(xué)習，診斷并發(fā)展學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責任”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
（2）通過新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途的學(xué)習，診面并發(fā)展學(xué)生對化學(xué)價值的認識水平。
認識水平。
4.教學(xué)過程
【框圖引入】簡單介紹材料按化學(xué)組成和特性的分類，引出本節(jié)課的內(nèi)容--無機非金屬材料（傳統(tǒng)、新型）。
【圖片介紹】材料兄弟，共同“抗疫”（火神山醫(yī)院建設(shè)用到大量的水泥、玻璃都屬于傳統(tǒng)無機非金屬材料;醫(yī)院建設(shè)中用到的各種金屬框架屬于金屬材料;運輸醫(yī)療物資的運20飛機用到很多復(fù)合材料和新型無機非金屬材料;醫(yī)護人員的口罩等防護用品屬于有機高分子材料）。既展現(xiàn)了前面介紹的常見材料在我們生活中的應(yīng)用，又體現(xiàn)出化學(xué)材料的巨大作用，提高學(xué)生努力學(xué)習化學(xué)、投身國家建設(shè)的社會責任感。
一、硅酸鹽材料
【教師活動】傳統(tǒng)的無機非金屬材料多為硅酸鹽材料，首先介紹硅酸鹽的定義、書寫、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。（略）接下來再分別介紹常見的傳統(tǒng)無機非金屬材料∶傳統(tǒng)陶瓷、普通玻璃、水泥的生產(chǎn)原料、反應(yīng)條件、設(shè)備、反應(yīng)原理，以及在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。
【學(xué)生活動】通過小游戲和練習的形式鞏固傳統(tǒng)無機非金屬材料的相關(guān)知識。
【教師活動】重點講解生產(chǎn)普通玻璃的原料∶純堿、石灰石和石英砂（主要成分是 SiO2）反應(yīng)原理∶
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑ 以及普通玻璃的主要成分∶ Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
二、新型無機非金屬材料
【教師活動】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無機非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，一系列新型無機非金屬材料相繼問世。其中有一些是高純度的含硅元素的材料∶如單晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能（第1課時講過，再次強調(diào) Si屬半導(dǎo)體材料、SiO2應(yīng)用于光導(dǎo)纖維），是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料;還有一些含有碳、氮等其他元素，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
【教師活動】通過圖片和閱讀資料的形式介紹新型陶瓷（包括高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等）、碳納米材料（主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等）的組成、性質(zhì)及應(yīng)用，使其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)習化學(xué)的興趣。
【學(xué)生活動】通過練習的形式鞏固新型無機非金屬材料的相關(guān)知識。
【思考與交流】根據(jù)前面所學(xué)及本節(jié)內(nèi)容，嘗試總結(jié)SiO2的化學(xué)性質(zhì)。
【教師活動】這里讓學(xué)生總結(jié) SiO2的性質(zhì)，既是對第1課時所學(xué)重點內(nèi)容 SiO2的化學(xué)性質(zhì)的復(fù)習鞏固，又再次強調(diào)了本節(jié)的重點內(nèi)容普通玻璃的制作原理，體現(xiàn)了單元整體教學(xué)設(shè)計的優(yōu)點，前后呼應(yīng)。
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