《无机非金属材料的主角──硅》教学设计

1.指导思想与理论依据

高中化学新课程着眼于学生发展、社会发展和学科发展的需要，强调密切联系社会生活实际，关注化学发展的前沿，注重化学与生活、社会、技术之间的相互影响和相互联系，高度重视实验与探究，倡导自主、探究、合作的学习方式。

因此，本节课在内容安排上突破传统的物质中心模式，不再追求元素化合物知识系统(存在、组成、结构、性质、制法、用途)的完整，而是注重STS教育，从学生已有的生活经验出发，引导学生学习身边的常见物质，将物质性质的学习融入有关的生活现象和社会问题的分析解决活动中，体现其社会应用价值。这样的学习顺序符合学生的认知规律，有利于学生的学习。

2. 教学内容分析

(1)主要内容

本课时位于化学必修1的第四章第一节，主要内容是二氧化硅和硅酸。本节课的主线是：

本节课重点介绍了硅酸凝胶的制取方法、硅胶的用途以及二氧化硅的重要性质和用途。

(2)地位与作用

硅及其化合物作为非金属元素知识的开端，是在第三章金属及其化合物内容的基础上，继续进行关于元素化合物知识的学习和研究方法的训练，本节教学采用主线为硅酸盐──硅酸──二氧化硅(硅的亲氧性)──硅单质(应用)的纵向学习方法，有别于第三章的横向对比学习法，丰富了元素族概念及元素性质的递变规律的形成，为元素周期律、元素周期表的学习积累了丰富的感性材料，同时，也为以后学习选修模块2 化学与技术中的第三单元化学与材料的发展奠定了知识基础。

本节内容与生产生活、材料科学、信息技术等联系较为密切，知识面广，趣味性强，能使学生真正认识化学在促进社会发展，改善人类的生活条件方面所起的重要作用，全面地体现了化学学科的社会应用价值。通过本节的学习，有利于贯彻STS教育的观点，激发学生学习的兴趣，促进学生科学素养的提高。

(3)教材处理

本节课从生活中常见的干燥剂入手，创设问题情景，激发学生的学习兴趣和求知欲，进而主动接受学习任务;通过探究实验，体验硅酸的制取，进一步了解硅胶和变色硅胶;通过对比碳和硅原子结构的相同点和不同点，认识二氧化硅的结构，采用比较的方法学习SiO2的化学性质，并把硅及其化合物在信息技术、材料化学等领域的应用和发展融合在性质的介绍中，从而让生活在信息技术时代的学生体会到常见硅及其化合物知识的价值，深刻理解硅成为无机非金属材料的主角的原因，激发学生对材料科学的兴趣和求知欲望，全面体现化学课程的科学教育功能。

本节课也为不同层次的学生设计了不同的教学目标，基础较弱的学生把重点放在课前的预习和课堂上的性质对比教学中，而学有余力的优秀学生可以在课后对课堂上没有深入研究的一些问题进行挖掘和拓展，如将硅及其化合物的结构理论知识、在材料领域中的应用等作为拓展性内容，通过查阅资料、讨论等方法进行更深入的学习。

3.学生情况分析

(1)本节课的教学对象为高一学生，学生已有知识和未知知识分析：

教学内容学生已有知识高中新知识

二氧化硅和硅酸1.碳及其化合物的有关知识

2.知道二氧化碳属于酸性氧化物，并能书写有关二氧化碳的化学反应方程式

3.学习了化学必修1第三章金属及其化合物的内容，具备了一定的元素化合物知识。 1.二氧化硅及硅酸的物理性质及主要用途

2.二氧化硅的主要化学性质

3.硅酸的制备原理

4.硅及其化合物在材料等领域的应用

(2)学生学习本单元可能会遇到的障碍点

由于高一学生接触元素化合物的学习时间较短，又没有原子结构和元素周期律的理论为依据，因此还没有形成完整的元素化合物学习的化学思想，不太会运用对比的思想学习硅及其化合物的性质和制备等。因此，在前期的教学中力图每节课逐步渗透这些思想作为铺垫，本节课通过分析碳和硅元素的原子结构，引导学生采用对比的学习方法，分析推导二氧化硅及硅酸的性质，帮助学生温故而知新，使学生在元素化合物的学习过程中形成一条完整、清晰的主线，从而建构元素化合物的知识体系。

4. 教学目标设计

(1)基本目标

知识与技能：

1.能说出二氧化硅和硅酸的物理性质;认识二氧化硅的主要化学性质。

2.认识硅酸的制备原理。

3.了解二氧化硅和硅酸等在生产、生活、信息技术、材料科学等领域的应用。

过程与方法：

1.通过对二氧化硅和硅酸性质的研究，学习利用实验和事实研究物质性质的方法。

2.通过硅与碳的比较学习，进一步体验比较和分析的科学方法。

情感态度与价值观：

1.认识二氧化硅和硅酸在生产生活中的应用，体会化学的实用性和创造性。

2.关注与化学有关的社会热点问题，激发学习化学的热情。

(2)发展性目标

知识与技能：

1.归纳二氧化硅和硅酸盐的存在、结构特点和性质以及相互关系。

2.能通过互联网或其它途径查阅有关资料并作归纳概述。

过程与方法：

1.学习运用对比的方法来认识物质的共性和个性，促进对新旧知识进行归纳比较能力的发展。

2.通过二氧化硅和硅酸盐的学习，总结掌握学习元素化合物知识的一般方法。

3.通过查阅资料，培养自主学习、分析归纳的能力。

情感态度与价值观：

1.体会组成材料的物质性质与材料性能的密切关系，认识新材料的开发对社会、生活产生的重要影响。

2.激发学生化学学习和研究的热情，赞赏化学对个人生活和社会发展的贡献。

(3)教学重点的分析与确定

教学重点：二氧化硅和硅酸的主要性质;二氧化硅和硅酸在生产生活中的应用

确定的理由：硅及其化合物在非金属材料和信息技术等领域，在建筑、光电技术及航空航天等方面有广泛的应用，前景广阔、地位重要。通过了解二氧化硅和硅酸的主要性质及二氧化硅和硅酸在生产生活中的应用，可使学生开阔眼界，了解化学与社会、生活、生产的联系，认识化学的重要性，激发学生的学习兴趣。

(4)教学难点的分析与确定

教学难点：二氧化硅的化学性质

确定的理由：高一学生还没有系统的学习过非金属的性质，不太会采用对比的方法学习二氧化硅的化学性质，也没有形成结构决定性质、性质决定用途、制法等的化学学科思想，因此，归纳和总结二氧化硅的化学性质是本节课的难点。

5. 教学过程设计

(1)教学流程图

(2)教学资源的开放性措施

本节课选用和开发了下列教学资源：

① 学生实验：硅酸凝胶的制取、认识变色硅胶

② 二氧化硅的晶体模型

③ 视频：氢氟酸雕刻玻璃、小魔术燃不着的纸

④ 大量图片、实物等

本节课运用创设问题情景，采用引导探究和对比推理的教学模式，经过启发引导自主学习实验探究对比归纳讨论交流拓展研究的过程，达到情景激学，目标导学，实验促学的效果，课堂上应用了探究、讨论、阅读、分组实验和多媒体等多种手段辅助教学。对硅酸的认识采用了实验探究的方法，通过学生的亲历过程，对硅酸有一定的感性认识;在认识二氧化硅的结构时，充分利用晶体模型，增强了教学的直观性;二氧化硅和氢氟酸的反应是本节课的一个难点，学生还没有进行卤素的系统学习，在生活中也没有遇到过氢氟酸，因此，通过学生课前的调研及课堂中播放的氢氟酸雕刻玻璃视频等，有助于学生突破难点;此外，在教学中还引用了大量的图片、实物等资料，给学生在视觉上产生强烈的刺激，构架了一座从书本知识到生活实际的桥梁。同时，在自然界和生产、生活的大背景中进行元素化合物知识的教学，有利于落实情感态度与价值观目标。

(3)问题情境的开放性措施

本节课创设了下列开放性的问题情境：

① 装食品干燥剂的的成分是什么吗?

② 为什么硅胶能做干燥剂?

③ 怎么知道硅胶干燥剂还能否吸水?

④ 你知道硅和二氧化硅的结构吗?

⑤ 如何推测二氧化硅的性质?

⑥ 二氧化硅的用途有哪些?等等。

本节课采用问题设计的教学策略，通过一系列在逻辑上环环相扣，在知识上层层递进的问题，帮助学生构建研究非金属元素的思路和方法。

(4)学生活动的开放性措施

本节课设计和安排了下列开放性的学生活动：

① 调查市场中小包装食品中的干燥剂并分类收集一部分，通过查看实物和说明分析其成分及作用。

② 查阅资料并调查在玻璃上刻字雕花的方法和原理。如果可能，拍一小段视频。

③ 课外化学小组拍摄学生实验视频：小魔术燃不着的纸等。

④ 课前复习二氧化碳的性质，归纳酸性氧化物的通性。

⑤ 课堂上采用了实验探究、自主学习、对比归纳、讨论交流等方法学习新知识。

⑥ 课后通过看书、查阅资料，了解其它硅酸盐的性质。

开放性措施的目的和作用是：

① 依据从生活走进化学，从化学走向应用从自然走进化学，从化学走向社会的原则，课前安排学生进行干燥剂和玻璃刻字原理的调查，将化学知识放到真实的情境中学习，有益于提高学习兴趣，了解化学与社会、生活的联系。

② 课堂中采用了以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，强化科学探究的意识，促使学习方式的改变。

③ 自学讨论的方法给予了学有余力的同学广阔的发展空间，他们带着自己原有的知识背景、活动经验和理解走进学习活动，并通过自己的主动活动，包括独立思考、与他人交流和反思等，去自主构建对化学知识的理解。

(5)教学过程描述

教学用具：仪器：烧杯、试管、胶头滴管、玻璃棒;

试剂：Na2SiO3溶液、稀盐酸、酚酞溶液、变色硅胶、水;

二氧化硅晶体模型;多媒体

教学环节教师活动学生活动设计意图

环节一：

设置问题情境，引入课题

【投影】展示袋装食品干燥剂的图片

【设问】知道这些干燥剂的成分是什么吗?

【引入课题】其中有一种干燥剂的成分是硅胶。

今天我们就来研究和它相关的硅的化合物的性质。

【板书】

(第一节无机非金属材料的主角硅)

一、二氧化硅和硅酸

【回答】

观察硅胶干燥剂

思考

从日常生活中的事物出发，引起学生深入学习的兴趣。

环节二：

探究实验1：如何制得硅酸凝胶

探究实验2：

认识变色硅胶【设问】为什么硅胶能做干燥剂?它的成分是什么?

【指导学生阅读实验内容】

【巡视、指导】

【讲解】实验得到的软而透明、胶冻状的物质是硅酸凝胶，硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶。

【板书】

Na2SiO3 +2HCl=

H2SiO3(胶体)+2NaCl

【总结】

启发学生总结硅胶的用途

【设问】怎么知道硅胶干燥剂还能否吸水呢?

【解释原因】

【总结】变色硅胶遇水变红，失水变蓝，可以通过它颜色的变化反应周围环境的湿度。当变色硅胶的颜色变为粉红色时，在烘箱里干燥，又会失水变为蓝色，能继续使用。(可用于家庭中照相机的干燥)

【讲解】如果把硅酸加热，完全失去水，可以得到二氧化硅。

【板书】

【思考】学生阅读实验要求，分组实验，观察现象。

【探究实验1】

在小烧杯中加入约10mL Na2SiO3溶液

(饱和Na2SiO3溶液按1：3的体积比用水稀释)，滴入1滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边搅拌。仔细观察变化过程及其现象，并在学案上填写下表：

实验步骤实验现象结论和解释

在烧杯中加入约10mL Na2SiO3溶液，滴入1滴酚酞溶液溶液颜色由无色变成色Na2SiO3溶液呈性

再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液颜色变浅并接近消失时停止。溶液颜色由色逐渐变成

色，最后出现化学方程式：

酸性强弱：

盐酸硅酸

【学习新知】

【总结】硅胶常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。

(教师补充)也可以用作催化剂的载体。

【探究实验2】在试管里的变色硅胶上加少量水。观察现象。

认识变色硅胶

【总结用途】晴雨表、干燥剂。

书写方程式：

学会通过实验研究物质性质的方法;

提高观察实验的能力

环节三：

学习、总结物质性质和结构之间的关系【走进微观世界】对比碳和硅的原子结构

【投影】二氧化硅的晶体结构画出硅和碳的原子结构示意图，对比碳和硅原子结构的相同点和不同点;

【看书】认识二氧化硅的结构。

【理解】硅同碳元素一样，其原子既不容易失去电子又不容易得到电子，主要形成四价的化合物。硅是一种亲氧元素，在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。

对比鸟巢图片，产生联想，对网状结构留下深刻印象体会学习化学的主要指导思想：结构决定性质

环节四：

对比CO2，学习新知(SiO2的化学性质)【投影】二氧化硅的存在形态

【设问】通过二氧化硅的存在、用途以及资料信息，推测它可能具有的物理性质和化学稳定性

【设问】实验室有两瓶未贴标签的试剂，它们分别装有盐酸和氢氧化钠溶液，请同学们考虑如何区分?

【视频】氢氟酸雕刻玻璃

【设问】二氧化硅是两性氧化物吗?

【板书】

【总结】二氧化硅的用途

【投影】神奇的二氧化硅

你知道信息高速公路吗?

介绍光纤之父高锟

【总结】观看图片，联想、思考

二氧化硅的物理性质：难溶于水、熔点高、硬度大

化学稳定性：通常条件下很稳定

对比SiO2与CO2的化学性质，写出相应的化学方程式

物质二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)

与水反应

与酸反应

与碱反应

与碱性氧化物反应

与碳反应※

【讨论】回忆两性氧化物的定义，对比得出结论

阅读课本中有关二氧化硅的用途方面的内容，归纳总结你所获取的信息。

二氧化硅的用途：建筑材料、装饰品、石英坩埚、光学仪器、精密仪器轴承、光导纤维等。

思考、回答

【反思】学生谈本节课的收获使用情景教学激发学生探究物质性质的兴趣;

学会通过信息推测物质的性质

通过采用比较的方法学习SiO2与CO2的化学性质，培养学生的比较能力和归纳能力，并为以后学习周期律打下基础

认识化学在材料科学中的重要地位，理解硅成为无机非金属材料的主角的原因

环节五：

知识迁移，学以致用

(布置课后作业)【视频】学生实验视频：小魔术燃不着的纸

【问题】

1、为什么石棉网有耐高温性?

2、消防员穿的棉布衣服为什么比普通棉布衣服不易着火燃烧?

通过简单介绍硅酸钠的性质，指导学生课后学习其它硅酸盐知识【思考】为什么纸不会燃烧?

【作业】课后通过看书、查阅资料，总结其它硅酸盐的性质和制法。用实验激发学生探究学习的兴趣

引导学生学会将已有的化学知识应用到生活中，解决实际问题

附：板书设计

第一节无机非金属材料的主角硅

一、二氧化硅和硅酸

6.学习效果评价设计

对象

时间教师学生

课前教师制定的教学目标是否合理?教学设计是否科学?学生对教师前期安排的预习工作做得怎样?

课中教学目标的达成度如何?设计的实施状况是否满意?教师的导学作用是否恰当?学生上课时的状态、实验效果、探究、讨论、反思的情况

课后反思教学目标的落实情况，了解学生在知识和能力上的发展。测试：学生对本节课重点知识的掌握情况。

评价方式：访谈、纸笔测试、创新应用(完成研究项目等)

评价工具：调查表

附：学生评价指标系统

请你仔细阅读下列各题，根据题中所述内容和你自己的符合程度，按A、B、C三个等级加以评定。(带※的题另答)A、B、C的具体含义如下：A.很好 B.一般 C.不太好

一级指标二级指标评价内容评价结果

ABC

基础学力预习工作你对教师前期安排的预习工作做得怎样?

学习态度你对本节课的教学内容是否具有强烈的求知欲?

学习状态你在课堂上能否认真听讲、积极参与?

实验能力你能否独立、正确地完成课堂上的学生实验?

表达能力你能在课堂上踊跃发言，善于表达自己的观点吗?

学习效果你认为本节课的教学解决了你的疑难问题吗?

学习方法※通过本节课的学习，你掌握了什么学习方法?

创造性

学力思维状态思维是否活跃?是否有创新性的想法?

自学能力能否通过查阅资料等方法学习更多知识?

应用能力能否将所学方法举一反三地应用到自己的学习中?

归纳能力※学习完本节课，你的收获是什么?

7.教学反思

本节课充分体现了元素化合物与自然界和社会生活的密切联系，贯彻了STS教育的观点，有利于激发学生学习的兴趣，促进学生科学素养的提高;教学设计努力体现以学生为主体的教学思想，课的开头以生活中常见袋装食品中的小包装物入手，创设问题情景，使学生很快投身于学习的情景中，在教学中，采用了实验、科学探究等活动激发学生求知的欲望，多让学生参与;教学时有意识地培养学生对比的学习方法，从二氧化碳的性质对比学习二氧化硅的性质，并从结构分析它们的相同点和不同点，使学生温故而知新，让学生能更多地参予教学活动，并在学习的过程中培养学生对知识的归纳、总结和探究的能力;在突破本节课重难点(二氧化硅与氢氟酸的反应、二氧化硅与氢氧化钠的反应、二氧化硅是酸性氧化物)时，采取问题解决的学习方式，引导学生发现问题提出假设验证分析得出结论，提升学生分析问题、解决问题的能力。

从课前布置的学生开放性活动的实施来看，学生没有完成拍一小段玻璃刻字视频的任务，这个要求难度大点，但同时也说明学生没有深入生活寻求化学知识的方法。此外，由于学生学习元素化合物知识的时间不长，在初中时也没有特别强调要求学生掌握物质反应的一些规律，因此，学生对强酸制弱酸这类规律、晶体结构等知识还没有较深刻的印象，阅读归纳的能力也较弱。此类知识还需要在今后的教学中不断补充和加强。

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