《3、化學中常用的物理量-物質(zhì)的量》教學設(shè)計(部級優(yōu)課)-物理教案

高中化學魯科2003版必修1第一章第三節(jié) 第3課時《氣體摩爾體積》教學設(shè)計銀川六中陳靜設(shè)計思想及策略設(shè)計思想：“氣體摩爾體積”是中學化學計算的重要物理量，它是將氣體體積與質(zhì)量、粒子數(shù)目、物質(zhì)的量濃度等物理量聯(lián)系起來的橋梁。然而，“氣體摩爾體積”一直以來都是高中化學教學的難點。很多學生在初學這段內(nèi)容時由于內(nèi)容的抽象而難以理解，進而對化學產(chǎn)生畏難情緒，一個抽象的概念、一個艱深的名詞，一個復(fù)雜的過程，只有當學生親手做過，感悟過，才能使其真正理解。正是出于這種思考，我嘗試利用現(xiàn)代化的手持傳感技術(shù)（溫度、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機）得到影響氣體體積的外界因素，通過傳感技術(shù)得到的數(shù)據(jù)進行推理得到“氣體摩爾體積”的定義，通過動手實驗測量在實驗室條件下相同物質(zhì)的量的不同氣體的體積，驗證實驗預(yù)測，讓學生真實的感受到“氣體摩爾體積”的真實內(nèi)涵，將抽象的問題具體化。通過制作標況下一定物質(zhì)的量的氣體體積模型使學生深刻體會氣體的物質(zhì)的量與體積之間的比例關(guān)系，從而很輕松的得到阿伏伽德羅定律，使復(fù)雜的問題簡單化。教學策略：首先，通過案例分析引導(dǎo)出“氣體摩爾體積”的社會實際應(yīng)用。第二，通過手持傳感技術(shù)（溫度、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機）得到影響氣體體積的因素，然后利用手持傳感技術(shù)（溫度、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機），通過控制變量法探究不同氣體的三個變量（溫度、壓強、物質(zhì)的量）相同時，氣體的體積是否相同，接著通過實驗測量在實驗室條件下相同物質(zhì)的量的不同氣體的體積，來驗證預(yù)測，緊跟其后，通過數(shù)據(jù)分析、數(shù)學推理得到“氣體摩爾體積”的定義。第三，通過制作標況下一定物質(zhì)的量的氣體體積模型得到阿伏伽德羅定律。第四，解決社會實際問題。在本節(jié)課的實際教學過程中，培養(yǎng)了學生宏觀辨識、微觀探析、實驗探究、證據(jù)推理、模型認知，社會責任感等核心素養(yǎng)。教材分析課程標準分析：《普通高中化學課程標準》中對“氣體摩爾體積”沒有提出具體要求，但是在第三部分“內(nèi)容標準”的“主題1認識化學科學”中提出：“認識摩爾是物質(zhì)的量的基本單位，能用于進行簡單地化學計算，體會定量研究的方法對研究和學習化學的重要作用。認識實驗、假說、模型、比較、分類等科學方法對化學研究的作用”。［1］魯科版有關(guān)“氣體摩爾體積”的內(nèi)容：通過計算1mol不同的固體、液體和氣體的體積，比較數(shù)據(jù)后得出結(jié)論：1mol不同的固體、液體的體積是不同的，在一定溫度、壓強下1mol不同氣體的體積近似相同；利用圖示，指出“微粒大小和微粒間距”對具有向同微粒數(shù)的物質(zhì)體積的影響；引出“氣體摩爾體積”概念和阿伏伽德羅定律。教材遵循“宏觀現(xiàn)象-數(shù)據(jù)探究-微觀解釋-獲得概念”的編排邏輯推理的理性思維和對氣體分子微觀狀態(tài)的想象力，將氣體體積和物質(zhì)的量之間建立橋梁，突出了“氣體摩爾體積”的實用價值。內(nèi)容編排的特點：以“摩爾質(zhì)量和氣體摩爾體積”為標題，點出這兩個概念具有共同的“橋梁”的作用和價值；在數(shù)據(jù)呈現(xiàn)中增加了不同溫度、壓強下氣體的體積，隱含了氣體體積和壓強、溫度之間的比例關(guān)系，更豐富的數(shù)據(jù)使結(jié)論更具有說服力；在“資料在線”欄目中簡單介紹了阿伏伽德羅和阿伏伽德羅定律。學情分析知識基礎(chǔ)：學生已學習了物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量等知識，這些內(nèi)容對本節(jié)課的學習起到了鋪墊和支持的作用，初三學過從微觀角度解釋物質(zhì)的三態(tài)變化，然而對影響它們體積的因素理解的不是很清楚。能力基礎(chǔ)：高一學生在之前的學習中基本形成了一定的實驗探究習慣，而且學生已經(jīng)具備了基本的觀察、分析、總結(jié)歸納能力，具備了一定的計算和數(shù)據(jù)處理分析能力，但是抽象思維能力欠缺［2］，如何利用現(xiàn)代教育手段用真實的實驗數(shù)據(jù)使得抽象問題具體化、復(fù)雜問題簡單化、直觀化是教師備課的重點。學生學習困難分析：學生從應(yīng)用角度出發(fā)簡單地將“摩爾質(zhì)量”和“氣體摩爾體積”的概念意義視為相同。實際上，“摩爾質(zhì)量”與物質(zhì)的種類有關(guān)，與外界條件（溫度、壓強）無關(guān)，所以不同物質(zhì)的摩爾質(zhì)量一般不相同，而“氣體摩爾體積”隨著外界條件（溫度、壓強）的改變而改變，與氣體種類基本無關(guān)，即對純凈氣體還是混合氣體均大體適用。所以，讓學生在一個合適的情境中了解“氣體摩爾體積”以及用直觀的形象和真實數(shù)據(jù)驗證理論推理是非常有利于克服學習上的困難的。教學目標知識與技能：（1）理解氣體摩爾體積的概念和意義。（2）會通過氣體摩爾體積和物質(zhì)的量的關(guān)系進行簡單的計算。（3）阿伏伽德羅定律及其應(yīng)用。過程與方法：（1）了解并熟悉數(shù)字化傳感技術(shù)在化學學習中的使用方法和應(yīng)用狀況。（2）通過比較、歸納、分析等手段認識影響物質(zhì)體積的微觀因素，建立微觀空間想象力。（3）通過使用手持傳感器測定化學反應(yīng)中的溫度、壓強，感受定量分析對外界因素對氣體摩爾體積的透徹理解。（4）通過親手制作模型感知氣體體積與物質(zhì)的量的轉(zhuǎn)化關(guān)系并獲得阿伏伽德羅定律。（5）通過計算家庭平均每月所用天然氣的質(zhì)量感受到化學之魅力-為解決能源危機做出的突出貢獻。情感態(tài)度和價值觀：培養(yǎng)學生宏觀辨識、微觀探析、實驗探究、證據(jù)推理、模型認知、社會責任等核心素養(yǎng)。教學重難點教學重點：（1）氣體摩爾體積的概念及其與物質(zhì)的量的轉(zhuǎn)化關(guān)系。（2）標況下的氣體摩爾體積的應(yīng)用。教學難點：影響氣體體積的微觀因素，阿伏伽德羅定律的應(yīng)用。教學流程設(shè)計教學資源和媒體西沃交互式電子白板；數(shù)字化手持傳感儀器（溫度、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機）；微視頻：溫度、壓強對氣體體積的影響，測定一定物質(zhì)的量的不同氣體體積的溫度、壓強，收集實驗室條件下的一定物質(zhì)的量的不同氣體并測量體積。教學設(shè)計環(huán)節(jié)一：引入概念教學內(nèi)容與教師活動學生活動核心素養(yǎng)創(chuàng)設(shè)情境：播放一段視頻，內(nèi)容為一名學生發(fā)現(xiàn)的生活中的化學問題，他想計算一下自己家平均每月所用天然氣的質(zhì)量。認真觀看視頻，并且記錄該生所描述的化學物質(zhì)及其體積。提出疑問：氣體體積和物質(zhì)的量有什么關(guān)系呢？培養(yǎng)學生宏觀辨識能力，記錄關(guān)鍵信息的能力，培養(yǎng)學生提問題的能力。歸納物質(zhì)的量與質(zhì)量、粒子數(shù)目的轉(zhuǎn)化關(guān)系，建立物質(zhì)的量與氣體體積的轉(zhuǎn)化問題學生與老師一起歸納、復(fù)習，提出新的問題培養(yǎng)學生歸納、總結(jié)的能力以及提出問題的能力教師在學生提出新的問題時，在黑板上寫出本節(jié)課的主題：氣體摩爾體積環(huán)節(jié)二：建構(gòu)概念活動1：觀察、比較1mol不同固體、液體、氣體的體積，發(fā)現(xiàn)異同教學內(nèi)容與教師活動學生活動核心素養(yǎng)觀察實驗桌上上擺放的1molAl、1molFe的體積，1molH2O、1molH2SO4的體積，1molN2（標況下）、1mol空氣（標況下）模型的體積觀察1mol不同的固體、液體、氣體的體積是否相同，并思考出現(xiàn)這種狀況的原因培養(yǎng)學生的宏觀辨識能力，即觀察分析的能力；培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力通過觀察，學生會發(fā)現(xiàn)：1.1mol不同固體、不同液體的體積是不同的。2.在標況下，1mol不同氣體的體積是相同的。學生提出疑問：為什么是這樣的呢？教師引導(dǎo)：物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的宏觀表現(xiàn)，所以我們需要從微觀角度來分析?；顒?：微觀探析物質(zhì)的狀態(tài)不同時，粒子大小、粒子數(shù)目、粒子間距對物質(zhì)體積的影響展示表格1［3］：當物質(zhì)的狀態(tài)不同時，粒子數(shù)量、粒子大小、粒子間距對體積的影響比較分組討論、對比分析、歸納總結(jié)，組長匯報分析橫向結(jié)論，縱向結(jié)論培養(yǎng)學生微觀探析的能力，培養(yǎng)學生的分析、比較、歸納的能力，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力通過觀察，比較，分析，學生會得到以下結(jié)論：1.影響物質(zhì)體積的因素有：粒子的大小、粒子數(shù)目、粒子間距。2.對于固體和液體而言，粒子大小大于粒子間距，粒子間距可忽略，所以影響固體、液體體積的因素主要是粒子大小和粒子數(shù)目。當粒子數(shù)目相同時，固體液體的體積主要由粒子大小決定，粒子大小是物質(zhì)本身的性質(zhì)，不受外界因素的影響。3.對于氣體而言，粒子間距遠大于粒子大小，所以影響氣體體積的因素主要是粒子間距和粒子數(shù)目，當粒子數(shù)目相同時，氣體的體積主要取決于粒子間距。教師提問：那氣體的粒子間距會受到外界因素的影響嗎？學生回答：會的。教師繼續(xù)追問：會受到什么因素的影響？是怎么影響的呢？能從生活中舉出實例嗎？學生舉手回答問題。某學生：溫度和壓強會影響氣體的體積，例如，把捏扁的空礦泉水瓶放入熱水中，瓶子會膨脹，再用力捏瓶子，瓶子會變癟一些。教師：表揚學生在生活中善于發(fā)現(xiàn)科學問題。同學們對溫度和壓強對體積的影響是感性的認識，有沒有可靠的數(shù)據(jù)來論證我們的認識呢？活動3：實驗探究：氣體體積與溫度、壓強的線性關(guān)系教學內(nèi)容與教師活動學生活動核心素養(yǎng)展示微課視頻：三名學生利用壓強傳感器和注射器探究壓強對氣體體積的影響，并利用Excel作出壓強和體積的線性關(guān)系。三名學生利用溫度傳感器和注射器探究溫度對氣體體積的影響，并利用Excel作出溫度和體積的線性關(guān)系。學生認真觀看視頻，學習兩組同學設(shè)計實驗的方法，初步學習傳感器的使用方法，學習數(shù)據(jù)處理的方法。培養(yǎng)學生實驗探究的能力，設(shè)計實驗、操作實驗、分析數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)學生使用現(xiàn)代教育技術(shù)的能力通過觀看兩組學生的實驗操作及數(shù)據(jù)處理，學生得到以下結(jié)論：1.壓強與氣體體積成反比2.溫度與氣體體積成正比3.影響氣體體積的因素有氣體的物質(zhì)的量、溫度、壓強。教師過渡：氣體的體積與氣體的種類有關(guān)系嗎？學生：沒有。教師引導(dǎo)：我們是否可以這樣預(yù)測：對于兩種不同的氣體，當它們的物質(zhì)的量、壓強、溫度相同時，它們的體積也是相同的。學生：應(yīng)該是這樣。教師：是不是這樣，我們要用事實說話，現(xiàn)在我們做實驗?；顒?：實驗探究：測定產(chǎn)生等物質(zhì)的量的H2、CO2的溫度和壓強是否相等實驗原理：實驗原理：Mg+H2SO4=MgSO4+H2（排水法收集氫氣）0.005mol0.005mol2NaHCO3+H2SO4=Na2SO4+2H2O+2CO2（排飽和碳酸氫鈉溶液收集）0.005mol0.005mol實驗步驟及注意事項：實驗步驟及注意事項：第一、二大組，A同學打開電腦愛迪生快捷鍵取消屏幕所有對話框，出現(xiàn)當前的溫度和壓強B同學將溫度傳感器置于水浴中A同學點擊開始B同學將錐形瓶中的固體聚攏側(cè)向一邊置于水中，快速推入稀硫酸，用力按住注射器不松手，保證不漏氣C同學輔助壓強傳感器與發(fā)生裝置氣流通暢其他同學觀察反應(yīng)現(xiàn)象，反應(yīng)結(jié)束后，C同學斷開壓強傳感器和錐形瓶之間的軟管A同學點擊結(jié)束，點擊圖像，全景，記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。第三大組，A同學打開電腦愛迪生快捷鍵取消屏幕所有對話框，出現(xiàn)當前的溫度和壓強B同學在溶液中打開集氣瓶瓶蓋將導(dǎo)管口深入甁中C同學向漏斗中倒入約40mL稀硫酸C同學打開止水夾，收集氣體，反應(yīng)結(jié)束，B同學在溶液中蓋好瓶蓋量筒測量集氣瓶中剩余液體的體積，其他同學觀察現(xiàn)象，記錄實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)。圖1傳感器測量產(chǎn)生氣體的溫度和壓強裝置圖2收集等物質(zhì)的量的不同氣體的裝置教學內(nèi)容與教師活動學生活動核心素養(yǎng)分組實驗第一組（123小組）：利用溫度、壓強傳感器測定產(chǎn)生0.005molH2的壓強和溫度；第二組（456小組）：利用溫度、壓強傳感器測定產(chǎn)生0.005molCO2的體積；每一小組合作完成實驗，觀察實驗現(xiàn)象，完成導(dǎo)學案上的表格，將實驗過程中的最高溫度，最大壓強寫在白板上，并得出結(jié)論培養(yǎng)學生實驗探究的能力，使用傳感器的能力，動手實踐能力，團結(jié)合作的能力，歸納總結(jié)的能力通過第一組和第二組的實驗數(shù)據(jù)，學生會發(fā)現(xiàn)：實驗的起始溫度、壓強基本相同，產(chǎn)生0.005molH2、CO2的壓強、溫度數(shù)據(jù)基本接近。所以可以得到，它們的體積是相近的。預(yù)測正確。教師：那我們是否可以用實驗接著驗證我們的推理是否正確呢？活動5：測定實驗室環(huán)境下，等物質(zhì)的量的不同氣體的體積是否相近教學內(nèi)容與教師活動學生活動核心素養(yǎng)第三組（789小組）：先利用溫度、壓強傳感器測量實驗室環(huán)境下的溫度和壓強，再制備并測量0.005molH2、CO2的體積。學生制備并收集H2、CO2，合作完成實驗，觀察實驗現(xiàn)象，完成導(dǎo)學案，做好記錄，匯報實驗成果培養(yǎng)學生制備并收集常見氣體的實驗?zāi)芰Γ囵B(yǎng)合作探究實驗的能力通過第三組同學們所匯報的氣體的體積數(shù)值，可以得到：一定溫度、壓強下，等物質(zhì)的量的不同氣體的體積是相近的。推理正確。教師提問：那1mol氣體的體積如何計算呢？通過數(shù)學中的比例關(guān)系式推導(dǎo)出氣體摩爾體積。環(huán)節(jié)三：理解概念教學內(nèi)容與教師活動學生活動核心素養(yǎng)板書：氣體摩爾體積，定義，符號，表達式，單位，強調(diào)溫度、壓強要一定理解分析，記筆記培養(yǎng)學生證據(jù)推理的能力，培養(yǎng)學生推理分析，邏輯分析的科學素養(yǎng)給出標況下的氣體摩爾體積的數(shù)值，并展示標況下氣體摩爾體積的模型理解標況的含義，感性認識標況下1mol氣體的體積大小培養(yǎng)學生模型認知的科學素養(yǎng)展現(xiàn)課前物質(zhì)的量和體積的問題關(guān)系利用氣體摩爾體積的表達式找出物質(zhì)的量和氣體體積的聯(lián)系培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，獨立完成任務(wù)的能力環(huán)節(jié)四：應(yīng)用概念教學內(nèi)容與教師活動學生活動核心素養(yǎng)1.（1）請計算標況下0.05molN2、O2、空氣的體積，請利用現(xiàn)有的材料制作出對應(yīng)的體積模型。（2）請計算標況下0.1molN2、O2、空氣的體積，請利用現(xiàn)有模型配合組裝對應(yīng)的體積模型。（3）請計算標況下0.2molN2、O2、空氣的體積，請利用現(xiàn)有的模型配合組裝對應(yīng)的體積模型。計算標況下0.05molN2、O2、空氣的體積，請利用現(xiàn)有的材料制作出對應(yīng)的體積模型，組裝當物質(zhì)的量擴大兩倍、四倍時的體積模型，并分析討論得出結(jié)論。培養(yǎng)學生的計算能力，動手實踐能力，加深學生對概念的理解，培養(yǎng)學生模型感知的科學素養(yǎng)通過計算、制作模型、組裝模型，學生會得到以下的結(jié)論：溫度、壓強一定時，氣體的物質(zhì)的量之比等于氣體體積之比。（阿伏伽德羅定律）2.請大家?guī)婉T浩哲同學計算他家平均每月的天然氣質(zhì)量。動手計算，解決實際問題培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。培養(yǎng)學生的社會責任感板書設(shè)計氣體摩爾體積（一）、氣體摩爾體積定義：一定溫度、壓強下、1mol任何氣體所占有的體積。符號：Vm表達式：Vm=V/n，表達式變形：V=n.Vm單位：L/mol（二）、標況（