《本章自我評價》教學設(shè)計(部級優(yōu)課)-化學教案

廢水資源與再利用——選修4模塊復習課授課教師：北京市中關(guān)村中學富瑤楊陽【主題簡介】本主題的教學內(nèi)容為人教版選修4化學反應原理的模塊復習，重點復習第三章《水溶液中的離子平衡》和第四章《電化學基礎(chǔ)》，旨在完善學生在新授課時建立起的水溶液問題的認識模型和電化學主題的認識模型，初步建立從“綠色化學”的角度分析和解決實際問題的基本思路。水溶液問題是貫穿學生中學化學各階段的學習內(nèi)容，學生在面對水溶液問題時，必然要確立一些不同于其它主題的認識對象和認識角度。水溶液中的離子平衡主題是化學平衡理論在水溶液體系中的應用，在選修階段，學生需要能夠從離子平衡的角度動態(tài)地分析水溶液問題，理解如何對反應進行調(diào)控，能綜合運用相關(guān)原理分析和解決生產(chǎn)生活中有關(guān)的實際問題?；瘜W能與電能的相互轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)生活中應用廣泛，原電池和電解裝置是氧化還原反應原理的實際應用，學生在分析電化學問題時，需要將氧化還原反應的基本原理與水溶液認識模型相結(jié)合，認識到電極反應、電極材料、電子導體和離子導體是電化學體系的基本要素，在此基礎(chǔ)上形成電化學問題的認識模型。在選修階段，學生需要能夠自主運用電化學問題的分析模型分析原電池或電解裝置的工作原理和微觀過程，理解電化學裝置在物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化中的作用，認識到電化學裝置是對氧化還原反應的高端設(shè)計。因此，以《廢水處理與再利用》為學習主題，以電鍍工業(yè)園廢水處理方案設(shè)計為背景，用2課時的教學時間，設(shè)置分析解釋、說明論證、方案設(shè)計、創(chuàng)新遷移等能力要求不斷提升的學科核心學習活動，完善水溶液問題和電化學問題的認識模型，提升運用認識模型分析和解決的自主性，建立從“綠色化學”的角度解決復雜實際問題的思路，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證據(jù)推理與模型認知”、“科學探究與創(chuàng)新意識”等化學學科核心素養(yǎng)。【內(nèi)容分析】本主題的教學內(nèi)容是《課程標準》選修Ⅰ課程的模塊1《化學反應原理》中的內(nèi)容。離子反應在生產(chǎn)生活實際中廣泛存在，學生需要能夠從微觀角度定性定量相結(jié)合地分析水溶液中微粒的存在狀態(tài)、微粒間的相互作用及其作用結(jié)果。對于復分解類型的離子反應，學生需要運用平衡理論重新認識離子反應及其發(fā)生條件，能依據(jù)平衡原理對反應進行調(diào)控；對于氧化還原類型的離子反應，學生需要運用氧化還原反應的基本原理，結(jié)合離子反應的特點進行分析。在中學化學體系中，電化學主題內(nèi)容因其獨特的邏輯性和在實際生活生產(chǎn)中運用廣泛性而占據(jù)著重要的學科地位。電化學知識是氧化還原反應基本原理的重要應用，是實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化的重要手段，電化學問題認識模型凸顯了氧化還原反應基本原理與水溶液問題的融合。因此,學生需要能夠在真實情境中基于電化學體系的基本要素熟練應用電化學過程的系統(tǒng)分析思路，基于物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的需求選擇反應、設(shè)計轉(zhuǎn)化路徑和裝置，形成合理利用化學反應中的物質(zhì)與能量變化的意識和思路?！墩n程標準》中指出，教學內(nèi)容應具有真實情境性，體現(xiàn)時代性，有利于學生知識視野的拓寬，感悟科學、技術(shù)、社會和環(huán)境的相互影響。因此，教學應以學生已有經(jīng)驗為背景，設(shè)計聯(lián)系實際、以綜合問題解決為核心任務(wù)的教學活動，提升學生的學科核心素養(yǎng)?！緦W情分析】在新授課階段，學生已經(jīng)將水溶液問題的分析模型發(fā)展為在定量層面從離子平衡的角度動態(tài)分析水溶液中的問題，能夠分析離子間的相互作用并據(jù)此預測作用結(jié)果，也能夠依據(jù)宏觀現(xiàn)象分析離子間的相互作用；分別建立了原電池問題和電解問題的認識模型，能夠初步運用認識模型定性定量相結(jié)合地分析電化學問題。為了進一步了解學生水平，對學生進行了前測，部分題目及結(jié)果如下：通過前測發(fā)現(xiàn)，學生依然存在以下主要障礙點：1.不能全面的分析與水溶液問題相關(guān)的真實復雜情境，尤其欠缺“綠色化學”的角度；2.在實際情境中，不能自主調(diào)用電化學知識分析解釋問題。對電化學原理存在一定的定勢思維，認為得失電子主要取決于電荷的種類，而忽視離子的得失電子能力。因此，在模塊復習課中，選定了電鍍廢水處理為情境，以設(shè)計含多種有害成分廢水的處理方案為核心任務(wù)，旨在讓學生能從不同視角認識化學變化的多樣性，在面對水溶液問題時，能夠運用平衡原理和氧化還原反應原理，從物質(zhì)類別和化合價多角度分析和預測離子間的相互作用，將離子間相互作用的結(jié)果與宏觀現(xiàn)象相互關(guān)聯(lián)，認識到電化學方法是對氧化還原反應的高端設(shè)計；學生還需要能夠?qū)⒛吧奈墨I資料與已有知識迅速整合，用整合后的新知識塊分析解決復雜實際問題。通過本主題內(nèi)容的學習，能夠固化水溶液問題和電化學問題的認識模型，將認識模型與“綠色化學”角度相結(jié)合，發(fā)展為解決復雜實際問題的一般思路與方法，從而使“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“科學精神與社會責任”等多項學科核心素養(yǎng)得到整合發(fā)展?！緦W習目標】1.通過分析、評價含Cu2+酸性廢水的處理方案，自主完善水溶液問題和電化學問題的認識角度與分析思路，提高應用分析思路分析和解決問題的能力和自主性，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證據(jù)推理與模型認知”等學科核心素養(yǎng)。2.通過設(shè)計電鍍工業(yè)園的廢水處理方案和分析電浮選凝聚法的工作原理，發(fā)展接受、吸收、整合信息的能力，提升自主運用相關(guān)知識分析和解決實際問題的能力，形成依據(jù)“綠色化學”思想進行分析評價和解決實際問題的意識和能力，發(fā)展“科學精神與社會責任”的學科核心素養(yǎng)。【重點難點】教學重點：自主完善水溶液問題和電化學問題的認識角度與分析思路，提升自主運用相關(guān)知識分析和解決實際問題的能力。教學難點：依據(jù)“綠色化學”思想對廢水處理方案進行分析評價，依據(jù)文獻資料自主設(shè)計出電浮選凝聚法的裝置示意圖。【教學設(shè)計】1.單元教學整體規(guī)劃單元教學共包括2課時，每課時的內(nèi)容主題及關(guān)聯(lián)如下圖所示：2.教學過程設(shè)計教學環(huán)節(jié)師生活動設(shè)計意圖【引入】明確任務(wù)明確任務(wù)——為電鍍工業(yè)園設(shè)計廢水處理方案。創(chuàng)設(shè)情境?！经h(huán)節(jié)一】調(diào)研匯報從水質(zhì)情況和處理方法等角度匯報前期調(diào)研結(jié)果，提出需要進一步解決的問題，提煉分析問題的思路和角度了解學生水平?！经h(huán)節(jié)二】分析解釋分析兩種方法的工作原理，評價兩種方法的優(yōu)點與不足。方法1：采用惰性陽極和不銹鋼陰極對該廢水進行電解處理，電解2h后，銅離子去除率可以達到99%。方法2：取一定體積該廢水加入一定量廢鐵屑和活性炭，置于攪拌器上，反應一段時間后靜置，取上層清液分析銅元素的含量。結(jié)果表明：廢水中銅含量降到72mg/L。引導學生自主完善電化學問題的認識模型，自主運用認識模型分析和解決問題，初步培養(yǎng)依據(jù)“綠色化學”思想對方案進行評價的能力?！经h(huán)節(jié)三】說明論證從定量角度分析兩方案能否使廢水中的Cu2+達標，說明理由，對方案進行優(yōu)化和評價。方案一：向廢水中加入NaOH，調(diào)節(jié)廢水的pH至6.7（已知：10-6.7=2×10-7）方案二：向廢水中加入一定量的FeS，然后調(diào)節(jié)pH至6~7結(jié)合資料卡片，對“異?，F(xiàn)象”進行分析解釋，優(yōu)選實驗條件。引導學生自主完善水溶液問題的分析思路，強化從定量的角度進行分析的意識，提升從Qc與K的關(guān)系角度分析離子平衡問題的能力，建立基于“綠色化學”思想分析評價方案的角度。【環(huán)節(jié)四】方案設(shè)計結(jié)合文獻，小組合作設(shè)計、展示、評價并優(yōu)化綜合廢水處理方案。培養(yǎng)學生接受、吸收、整合信息的能力，提升學生運用化學知識分析和解決實際問題的能力?！经h(huán)節(jié)五】反思評價分析電鍍工業(yè)園的真實處理方案，對本組的設(shè)計方案進行評價和反思。對比本組方案和真實方案，找出差異，自主反思，完善基于“綠色化學”思想的水溶液問題和電化學問題的認識模型?！经h(huán)節(jié)六】創(chuàng)新遷移依據(jù)文獻資料設(shè)計電浮選凝聚法的裝置。電浮選凝聚法是工業(yè)上的一種污水處理方法，利用電解的方法產(chǎn)生Fe(OH)3和氣體。Fe(OH)3具有吸附性，可吸附污物沉積下來，電解產(chǎn)生的氣泡粒徑和密度較小，對雜質(zhì)的浮載能力較強。大量氣泡把污水中的懸浮物帶到水面，形成浮渣層，積累到一定厚度時刮去。結(jié)合VR資源，理解裝置的工作原理。能根據(jù)資料、實驗現(xiàn)象等信息，分析解釋實驗原理。并能基于“綠色化學”思想評價裝置。3．板書設(shè)計第一課時第二第一課時第二課時【持續(xù)性評價】序號評價目標評價內(nèi)容評價方式1能否自主電化學問題認識模型進行分析，“綠色化學”的角度是否完善1.能否主動從電化學原理正確解釋方案2.能否能從綠色化學思想評價方案活動表現(xiàn)評價：通過學生表述進行評價。2是否具有定量意識、平衡思想和“綠色化學”理念1.能否從定量角度分析方案可行性。2.能否從動態(tài)、平衡的角度分析方案3.能否從經(jīng)濟、安全等綠色化學角度評價、改進方案?；顒颖憩F(xiàn)評價：通過學生選擇的方案、闡述的理由進行評價3是否具有結(jié)合文獻處理復雜綜合問題的能力1.能否有效接受、吸收、整合信息。2.能否綜合考慮選取合適的試劑或方法，設(shè)計符合綠色化學理念的綜合方案活動表現(xiàn)評價：通過設(shè)計的流程圖和闡述的理由進行評價。【教學反思】在教學過程中，素材被多角度地使用，知識的復習和鞏固是在實際問題解決中自然完成的，沒有生硬的感覺。知識邏輯和問題解決邏輯交叉推進課堂，形成合力，最終實質(zhì)性地對學生的學習產(chǎn)生貢獻，避免了使情境只作為引入的表層作用。在課堂的持續(xù)性評價過程中，學生通過小組討論、匯報展示、組間評價等活動外顯思維過程，引發(fā)自主反思，逐漸完善水溶液問題和電化學問題的認識模型，形成基于“綠色化學”思想分析解決實際問題的角度，形成完善的分析思路與方法。例如，在第二課時，設(shè)計含Cr2O72-的處理方案時，學生結(jié)合生物學知識，創(chuàng)新性地提出用乙醇還原Cr2O72-的想法，同時提出還要綜合考慮乙醇價格、反應的速率及進行程度、產(chǎn)物是否會引起二次污染等問題；在設(shè)計Ni2+的處理方案時，也會提出先用微電解法預處理廢水，回收金屬Ni，溶出的Fe2+可以形成具有吸附混凝效果的膠粒，再結(jié)合沉淀法使Ni2+含量達標。在課后對學生進行了后測和訪談?？梢园l(fā)現(xiàn)，在處理酸性含鉻廢水時，學生能夠依據(jù)題中給出的實驗現(xiàn)象分析電極反應，突破“只有陽離子在陰極放電”的思維定式，能用正確的化學用語解釋，并能預測后續(xù)實驗現(xiàn)象。說明學生深刻理解了“電化學裝置是對氧化還原反應的高端設(shè)計，本質(zhì)是氧化還原反應”。在準備該主題教學內(nèi)容時，教師事先查閱了大量文獻，篩選素材，最終選定了“廢水處理與再利用”這個主題作為實際問題情境；而后又深入研究，挖掘“廢水處理”這一素材，分析其中承載的化學核心知識（電化學基礎(chǔ)、離子平衡等）以及這些知識在發(fā)展學生認識和提升學生素養(yǎng)方面的功能與價值；接下來進一步分析廢水處理工藝流程和方法，明確“綠色化學”認識角度的要素（安全、環(huán)保、經(jīng)濟），設(shè)計出契合學生水平的具體任務(wù)與學習活動。這些舉措將教師設(shè)計教學的過程轉(zhuǎn)變?yōu)榱丝蒲羞^程，教師以研究者的身份和心態(tài)面對眼前的任務(wù)，能使教師潛心研究，深入思考，反復打磨，靜心雕琢，收獲的成果一定是精品！在此過程中，教師提升教學理念，從關(guān)注教師的教轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生的學，進而轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注“教-學-評”的一體化；教師的教學設(shè)計與研究能力、駕馭課堂的能力都得到長足發(fā)展，專業(yè)素養(yǎng)也大幅提升?！緦＜尹c評】1.本節(jié)課以“廢水處理與再利用”的實際情境為背景，以真實的復雜問題解決為核心任務(wù)，設(shè)置層層遞進的學生活動，通過學生的匯報展示，引導學生相互評價，促使學生自主反思，完善水溶液問題和電化學問題的兩個認識模型，并將兩個模型進行整合，結(jié)合“綠化化學”角度，建立解決真實復雜問題的一般思路和方法，在此過程中不斷整合發(fā)展學生的多項學科核心素養(yǎng)。2.學生活動和任務(wù)的設(shè)計是基于前測的結(jié)果，學習目標直指學生前期學習中的漏洞，聚焦關(guān)鍵問題解決。學生通過完成活動，可以自主反思，小組合作解決學習中的問題