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

高中化學(xué)魯科2003版必修1第一章第三節(jié) 第3課時(shí)《氣體摩爾體積》教學(xué)設(shè)計(jì)銀川六中陳靜設(shè)計(jì)思想及策略設(shè)計(jì)思想：“氣體摩爾體積”是中學(xué)化學(xué)計(jì)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(xué)教學(xué)的難點(diǎn)。很多學(xué)生在初學(xué)這段內(nèi)容時(shí)由于內(nèi)容的抽象而難以理解，進(jìn)而對化學(xué)產(chǎn)生畏難情緒，一個(gè)抽象的概念、一個(gè)艱深的名詞，一個(gè)復(fù)雜的過程，只有當(dāng)學(xué)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?yán)矛F(xiàn)代化的手持傳感技術(shù)（溫度、壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)）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(jìn)行推理得到“氣體摩爾體積”的定義，通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)測量在實(shí)驗(yàn)室條件下相同物質(zhì)的量的不同氣體的體積，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)預(yù)測，讓學(xué)生真實(shí)的感受到“氣體摩爾體積”的真實(shí)內(nèi)涵，將抽象的問題具體化。通過制作標(biāo)況下一定物質(zhì)的量的氣體體積模型使學(xué)生深刻體會(huì)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(xué)策略：首先，通過案例分析引導(dǎo)出“氣體摩爾體積”的社會(huì)實(shí)際應(yīng)用。第二，通過手持傳感技術(shù)（溫度、壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)）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(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)），通過控制變量法探究不同氣體的三個(gè)變量（溫度、壓強(qiáng)、物質(zhì)的量）相同時(shí)，氣體的體積是否相同，接著通過實(shí)驗(yàn)測量在實(shí)驗(yàn)室條件下相同物質(zhì)的量的不同氣體的體積，來驗(yàn)證預(yù)測，緊跟其后，通過數(shù)據(jù)分析、數(shù)學(xué)推理得到“氣體摩爾體積”的定義。第三，通過制作標(biāo)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(huì)實(shí)際問題。在本節(jié)課的實(shí)際教學(xué)過程中，培養(yǎng)了學(xué)生宏觀辨識(shí)、微觀探析、實(shí)驗(yàn)探究、證據(jù)推理、模型認(rèn)知，社會(huì)責(zé)任感等核心素養(yǎng)。教材分析課程標(biāo)準(zhǔn)分析：《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》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(biāo)準(zhǔn)”的“主題1認(rèn)識(shí)化學(xué)科學(xué)”中提出：“認(rèn)識(shí)摩爾是物質(zhì)的量的基本單位，能用于進(jìn)行簡單地化學(xué)計(jì)算，體會(huì)定量研究的方法對研究和學(xué)習(xí)化學(xué)的重要作用。認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、假說、模型、比較、分類等科學(xué)方法對化學(xué)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(jì)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(qiáng)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(shí)用價(jià)值。內(nèi)容編排的特點(diǎn)：以“摩爾質(zhì)量和氣體摩爾體積”為標(biāo)題，點(diǎn)出這兩個(gè)概念具有共同的“橋梁”的作用和價(jià)值；在數(shù)據(jù)呈現(xiàn)中增加了不同溫度、壓強(qiáng)下氣體的體積，隱含了氣體體積和壓強(qiáng)、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(xué)情分析知識(shí)基礎(chǔ)：學(xué)生已學(xué)習(xí)了物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量等知識(shí)，這些內(nèi)容對本節(jié)課的學(xué)習(xí)起到了鋪墊和支持的作用，初三學(xué)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(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中基本形成了一定的實(shí)驗(yàn)探究習(xí)慣，而且學(xué)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(jì)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(shí)的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。學(xué)生學(xué)習(xí)困難分析：學(xué)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(shí)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(qiáng)）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(qiáng)）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(xué)生在一個(gè)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(shí)數(shù)據(jù)驗(yàn)證理論推理是非常有利于克服學(xué)習(xí)上的困難的。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：（1）理解氣體摩爾體積的概念和意義。（2）會(huì)通過氣體摩爾體積和物質(zhì)的量的關(guān)系進(jìn)行簡單的計(jì)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(xué)學(xué)習(xí)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(rèn)識(shí)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(xué)反應(yīng)中的溫度、壓強(qiáng)，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?dú)怏w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(jì)算家庭平均每月所用天然氣的質(zhì)量感受到化學(xué)之魅力-為解決能源危機(jī)做出的突出貢獻(xiàn)。情感態(tài)度和價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識(shí)、微觀探析、實(shí)驗(yàn)探究、證據(jù)推理、模型認(rèn)知、社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：（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(biāo)況下的氣體摩爾體積的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：影響氣體體積的微觀因素，阿伏伽德羅定律的應(yīng)用。教學(xué)流程設(shè)計(jì)教學(xué)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(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)）；微視頻：溫度、壓強(qiáng)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(qiáng)，收集實(shí)驗(yàn)室條件下的一定物質(zhì)的量的不同氣體并測量體積。教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)一：引入概念教學(xué)內(nèi)容與教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)核心素養(yǎng)創(chuàng)設(shè)情境：播放一段視頻，內(nèi)容為一名學(xué)生發(fā)現(xiàn)的生活中的化學(xué)問題，他想計(jì)算一下自己家平均每月所用天然氣的質(zhì)量。認(rèn)真觀看視頻，并且記錄該生所描述的化學(xué)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(xué)生宏觀辨識(shí)能力，記錄關(guān)鍵信息的能力，培養(yǎng)學(xué)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(xué)生與老師一起歸納、復(fù)習(xí)，提出新的問題培養(yǎng)學(xué)生歸納、總結(jié)的能力以及提出問題的能力教師在學(xué)生提出新的問題時(shí)，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(dòng)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(xué)內(nèi)容與教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)核心素養(yǎng)觀察實(shí)驗(yàn)桌上上擺放的1molAl、1molFe的體積，1molH2O、1molH2SO4的體積，1molN2（標(biāo)況下）、1mol空氣（標(biāo)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(xué)生的宏觀辨識(shí)能力，即觀察分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力通過觀察，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)：1.1mol不同固體、不同液體的體積是不同的。2.在標(biāo)況下，1mol不同氣體的體積是相同的。學(xué)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。活動(dòng)2：微觀探析物質(zhì)的狀態(tài)不同時(shí)，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(dāng)物質(zhì)的狀態(tài)不同時(shí)，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(bào)分析橫向結(jié)論，縱向結(jié)論培養(yǎng)學(xué)生微觀探析的能力，培養(yǎng)學(xué)生的分析、比較、歸納的能力，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力通過觀察，比較，分析，學(xué)生會(huì)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(dāng)粒子數(shù)目相同時(shí)，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(yuǎn)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(dāng)粒子數(shù)目相同時(shí)，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(huì)受到外界因素的影響嗎？學(xué)生回答：會(huì)的。教師繼續(xù)追問：會(huì)受到什么因素的影響？是怎么影響的呢？能從生活中舉出實(shí)例嗎？學(xué)生舉手回答問題。某學(xué)生：溫度和壓強(qiáng)會(huì)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(huì)膨脹，再用力捏瓶子，瓶子會(huì)變癟一些。教師：表揚(yáng)學(xué)生在生活中善于發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題。同學(xué)們對溫度和壓強(qiáng)對體積的影響是感性的認(rèn)識(shí)，有沒有可靠的數(shù)據(jù)來論證我們的認(rèn)識(shí)呢？活動(dòng)3：實(shí)驗(yàn)探究：氣體體積與溫度、壓強(qiáng)的線性關(guān)系教學(xué)內(nèi)容與教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)核心素養(yǎng)展示微課視頻：三名學(xué)生利用壓強(qiáng)傳感器和注射器探究壓強(qiáng)對氣體體積的影響，并利用Excel作出壓強(qiáng)和體積的線性關(guān)系。三名學(xué)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(xué)生認(rèn)真觀看視頻，學(xué)習(xí)兩組同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法，初步學(xué)習(xí)傳感器的使用方法，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理的方法。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代教育技術(shù)的能力通過觀看兩組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)處理，學(xué)生得到以下結(jié)論：1.壓強(qiáng)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(qiáng)。教師過渡：氣體的體積與氣體的種類有關(guān)系嗎？學(xué)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(dāng)它們的物質(zhì)的量、壓強(qiáng)、溫度相同時(shí)，它們的體積也是相同的。學(xué)生：應(yīng)該是這樣。教師：是不是這樣，我們要用事實(shí)說話，現(xiàn)在我們做實(shí)驗(yàn)?；顒?dòng)4：實(shí)驗(yàn)探究：測定產(chǎn)生等物質(zhì)的量的H2、CO2的溫度和壓強(qiáng)是否相等實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)：第一、二大組，A同學(xué)打開電腦愛迪生快捷鍵取消屏幕所有對話框，出現(xiàn)當(dāng)前的溫度和壓強(qiáng)B同學(xué)將溫度傳感器置于水浴中A同學(xué)點(diǎn)擊開始B同學(xué)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(xué)輔助壓強(qiáng)傳感器與發(fā)生裝置氣流通暢其他同學(xué)觀察反應(yīng)現(xiàn)象，反應(yīng)結(jié)束后，C同學(xué)斷開壓強(qiáng)傳感器和錐形瓶之間的軟管A同學(xué)點(diǎn)擊結(jié)束，點(diǎn)擊圖像，全景，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。第三大組，A同學(xué)打開電腦愛迪生快捷鍵取消屏幕所有對話框，出現(xiàn)當(dāng)前的溫度和壓強(qiáng)B同學(xué)在溶液中打開集氣瓶瓶蓋將導(dǎo)管口深入甁中C同學(xué)向漏斗中倒入約40mL稀硫酸C同學(xué)打開止水夾，收集氣體，反應(yīng)結(jié)束，B同學(xué)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(xué)觀察現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖1傳感器測量產(chǎn)生氣體的溫度和壓強(qiáng)裝置圖2收集等物質(zhì)的量的不同氣體的裝置教學(xué)內(nèi)容與教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)核心素養(yǎng)分組實(shí)驗(yàn)第一組（123小組）：利用溫度、壓強(qiáng)傳感器測定產(chǎn)生0.005molH2的壓強(qiáng)和溫度；第二組（456小組）：利用溫度、壓強(qiáng)傳感器測定產(chǎn)生0.005molCO2的體積；每一小組合作完成實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，完成導(dǎo)學(xué)案上的表格，將實(shí)驗(yàn)過程中的最高溫度，最大壓強(qiáng)寫在白板上，并得出結(jié)論培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力，使用傳感器的能力，動(dòng)手實(shí)踐能力，團(tuán)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)的起始溫度、壓強(qiáng)基本相同，產(chǎn)生0.005molH2、CO2的壓強(qiáng)、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(shí)驗(yàn)接著驗(yàn)證我們的推理是否正確呢？活動(dòng)5：測定實(shí)驗(yàn)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(xué)內(nèi)容與教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)核心素養(yǎng)第三組（789小組）：先利用溫度、壓強(qiáng)傳感器測量實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的溫度和壓強(qiáng)，再制備并測量0.005molH2、CO2的體積。學(xué)生制備并收集H2、CO2，合作完成實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，完成導(dǎo)學(xué)案，做好記錄，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)成果培養(yǎng)學(xué)生制備并收集常見氣體的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，培養(yǎng)合作探究實(shí)驗(yàn)的能力通過第三組同學(xué)們所匯報(bào)的氣體的體積數(shù)值，可以得到：一定溫度、壓強(qiáng)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(jì)算呢？通過數(shù)學(xué)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(xué)內(nèi)容與教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)核心素養(yǎng)板書：氣體摩爾體積，定義，符號，表達(dá)式，單位，強(qiáng)調(diào)溫度、壓強(qiáng)要一定理解分析，記筆記培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的能力，培養(yǎng)學(xué)生推理分析，邏輯分析的科學(xué)素養(yǎng)給出標(biāo)況下的氣體摩爾體積的數(shù)值，并展示標(biāo)況下氣體摩爾體積的模型理解標(biāo)況的含義，感性認(rèn)識(shí)標(biāo)況下1mol氣體的體積大小培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知的科學(xué)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(dá)式找出物質(zhì)的量和氣體體積的聯(lián)系培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，獨(dú)立完成任務(wù)的能力環(huán)節(jié)四：應(yīng)用概念教學(xué)內(nèi)容與教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)核心素養(yǎng)1.（1）請計(jì)算標(biāo)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(jì)算標(biāo)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(jì)算標(biāo)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(jì)算標(biāo)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(dāng)物質(zhì)的量擴(kuò)大兩倍、四倍時(shí)的體積模型，并分析討論得出結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力，動(dòng)手實(shí)踐能力，加深學(xué)生對概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生模型感知的科學(xué)素養(yǎng)通過計(jì)算、制作模型、組裝模型，學(xué)生會(huì)得到以下的結(jié)論：溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，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(xué)計(jì)算他家平均每月的天然氣質(zhì)量。動(dòng)手計(jì)算，解決實(shí)際問題培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感板書設(shè)計(jì)氣體摩爾體積（一）、氣體摩爾體積定義：一定溫度、壓強(qiáng)下、1mol任何氣體所占有的體積。符號：Vm表達(dá)式：Vm=V/n，表達(dá)式變形：V=n.Vm單位：L/mol（二）、標(biāo)況（