第3章第2节——生活情境引领下数字化实验的实践探究 教学设计 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

人教版高中化学选择性必修1第3章第2节——生活情境引领下数字化实验的实践探究 1、 使用教材 （一）课标分析 本实验内容选自《普通高中化学课程标准》（2017年版2020年修订）选择性必修课程模块1化学反应原理主题3中的学生必做实验，强酸和强碱的中和滴定。 （2） 教材分析 版本 学段 年级 教材名称 册次 课次 课程名称 内容 人教版（2019） 高中 二年级 化学 选择性必修一 第三章第二节 第3课时 测定柠檬汁的总酸度 （3） 学情分析 1.已有知识 （1）了解常见物质的性质，离子反应、氧化还原反应；能从微粒的角度分析物质转化； （2）能掌握常见仪器的正确使用方法,设计简单的实验。 2.障碍点 （1）基于实验需求自主设计实验； （2）将已有的思维模型应用于实际问题的解决。 3.待发展能力 知识迁移、实践创新、实际问题解决能力 2、 实验器材 课堂实验 拓展实验 试剂 待测液（柠檬汁溶液）、标准液（0.1000mol/LNaOH溶液）、蒸馏水 柠檬、0.0500mol/L碘标准液 仪器 pH传感器、滴定传感器、电脑及DISPRO软件、磁力搅拌器（带磁子）、注射器、医用三通阀、移液管（洗耳球）、铁架台（带铁夹）、100mL烧杯、500mL容量瓶、玻璃棒、胶头滴管、水果刀、纱布、镊子 氧化还原传感器（拓展实验） 3、 实验改进要点 （1） 原实验不足 1.实验终点判断不准确 2.实验操作熟练程度要求高 3.实验无可视化、动态化的过程 4.实验对象局限性大 （二）实验创新要点 1.素材生活化：用生活中常见的柠檬汁代替强酸，丰富教学资源，增强化学视野。 2.器材创新点： （1）用磁力搅拌器代替右手摇动，使操作更加方便，简单有序。 （2）用注射器代替滴定管，用医用三通阀代替滴定管的开关，材料简单、成本低、易操作、可复制。 3.实验数字化：将传感器连接到电脑的软件上，使实验过程变得可视化、动态化，实验数据处理更简洁准确，提高了课堂教学效率。 4.能力迁移点：对酸碱中和滴定原理进行迁移、拓展、创新，开展“测定柠檬汁中维生素C含量”的研究性学习活动，提升学生信息的获取、处理和整合能力，培养学生运用学科知识来解决生活实际问题的能力，体现了科学精神和社会责任的核心素养。 四、实验设计思路及实验原理 1.实验设计思路： 2.实验原理：C6H8O7+3NaOH→C6H5O4Na3+3H2O 五、实验教学目标 （一）实验教学目标 1.实验探究与创新意识 依据酸碱中和反应的原理，在生活情境引领下开展“任务驱动-小组合作”式教学，学生通过“发现问题-分析问题-解决问题”，对实验仪器进行创新设计，引导学生解决问题和困惑，培养学生的科学探究能力与创新意识。 2.宏观辨识与微观探析 探究酸碱中和滴定反应过程中pH的变化特点，能从微粒的角度分析物质转化，培养学生的宏观辨识与微观探析的能力。 3.证据推理与模型认知 引进数字化实验，了解并强化定量实验的分析方法，知道滴定法在定量检测方面的重要价值。发展学生对曲线的分析理解能力，初步形成利用滴定法测定物质含量的思维模型，体现了证据推理的核心素养。 4.科学精神与社会责任 应用氧化还原滴定法测定柠檬汁中维生素C的含量，提升学生信息的获取、处理和整合能力，培养学生运用学科知识来解决生活实际问题的能力，真正做到迁移运用，举一反三。体现了科学精神和社会责任的核心素养。 （二）教学重难点 1.教学重点 （1）利用酸碱中和滴定测定柠檬汁的总酸度。 （2）能运用数字化手持技术呈现出的数据图像来分析滴定终点并做定量分析。 2.教学难点 （1）对数字化实验的认识及运用 （2）应用建立的思维模型解决生产生活中的实际问题 六、实验教学内容 课堂实验内容为用酸碱中和滴定法测定柠檬汁的总酸度（注：柠檬汁中酸的成分复杂，其中柠檬酸的含量最高，实验中柠檬汁总酸度以柠檬酸计。）课后拓展实验内容为用氧化还原滴定法测定柠檬汁中的维生素 C含量。（柠檬汁中还原性物质有多种，实验中还原性物质以维生素C计。） 七、实验教学过程 （1） 课前准备 1.实验准备 （1）配制柠檬汁溶液： 选取柠檬，切开后挤出汁液，并用纱布过滤于烧杯中，移取25mL柠檬汁，配成500mL待测液备用。 （2）配制标准溶液 配制500mL 0.1000mol/L NaOH标准溶液。 （3）标定滴数 连接装置，打开DISPRO软件，保持流量开关不变，取10mL标准液于注射器中，点击开始按钮，当滴数不再变化点击停止按钮，记录数据。重复标定三次，计算出每滴液体的体积为0.02904mL，设置参数。 2.教学准备 （1）发布知识胶囊，组织学生自主复习酸碱中和滴定实验相关内容。 （2）学生查阅资料，了解柠檬的主要成分、功效、质量标准，柠檬酸的结构和性质。 （2） 课堂教学 1.环节一：情境创设，新课引入 从学生吃柠檬的感受到《遇见·行走的柠檬》的纪录片再到柠檬的质量标准，连续设问。该环节不仅将柠檬引入化学课堂，激发学生的学习兴趣和探究欲望；还引导学生职业角色扮演，落实生涯规划教育，培养学生的乡土情怀。 2.环节二.任务驱动，实验探究 1.任务一：了解柠檬汁总酸度 学生讨论回答柠檬酸的结构和性质并确定柠檬汁总酸度的测定原理。 引导学生从物质的结构角度分析柠檬酸的性质，从离子反应的角度分析定量检测的原理，为引出测定柠檬汁的总酸度打下基础。 2.任务二：探究柠檬汁总酸度的测定方法 通过讨论酸碱中和滴定实验，引导学生反思原有实验的不足，小组交流讨论发言后得到相应的解决方案，培养学生实验分析和评价的能力。 3.任务三：实验探究-测定柠檬汁的总酸度 （1）介绍仪器 （2）连接装置 向学生展示仪器，带领学生认识新的实验仪器和操作注意事项，在不断的追问中引导学生思考、讨论，最终引导学生自我建构知识体系。 （3）学生实验 利用希沃白板手机传屏功能，可以将实验过程进行实时投屏，使学生能观察到更多的实验细节，实现教学效果、达到教学目标。 （4）数据处理 读取数据，重复实验三次。 数据处理：V平=(13.2132+13.2132+13.2713)mL/3=13.2326mL 学生计算柠檬汁的总酸度 对比质量标准，得出结论符合采摘标准，且为优等果。 （4）任务四：实验评价 引导学生总结实验注意事项： 1）避光，否则影响滴数传感器的准确性； 2）溶液需没过传感器电极的玻璃泡，同时电极不能接触磁子。 学生评价pH传感器可以动态化地呈现PH-体积变化曲线。 学生提出问题：可以用滴定法测定柠檬的总酸度，怎么测定柠檬汁中其他成分（如维生素C）的含量呢？ 3.环节三.分析总结，拓展迁移 （1）基础类 常温下,用0.10 mol·L-1 NaOH溶液分别滴定20.00 mL 0.10 mol·L-1 HCl溶液和20.00 mL 0.10 mol·L-1 CH3COOH溶液,得到如图所示两条滴定曲线。 图1 图2 则下列说法正确的是(　　)。 A.图2是滴定盐酸的曲线 B.a与b的关系是a<b C.E点对应离子浓度由大到小的顺序可能为c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-) D.这两次滴定都应选用甲基橙溶液作为指示剂 （2）拓展类 查阅资料，了解酸碱中和滴定原理的迁移、拓展与创新。如沉淀滴定、氧化还原滴定等，了解维生素C的结构和性质。 （3）实践类 开展“测定柠檬汁中维生素C的含量”的研究性学习活动，并完成实验报告。 （3） 课后拓展 1.文献查阅、AI辅助 组织学生通过文献查阅、AI辅助等途径，了解维生素C的食品安全国家标准和中国居民膳食指南。总结酸碱中和滴定法的迁移、拓展、应用。 2.实验验证 四组同学分别取柠檬，利用碘的标准溶液滴定柠檬汁中的维生素 C。 Vc具有还原性，在酸性条件下，可被碘定量氧化，根据消耗碘标准溶液的体积即可计算维生素 C 的含量。反应式：C6H8O6＋I2→ C6H6O6＋2H+＋2I－ 学生完成实验报告，实验结果如下图所示 柠檬样品 样品1 样品2 样品3 样品4 消耗碘溶液的体积mL 14.2586 13.0390 13.0680 13.2713 VC的含量mg/100mL 50.19 45.90 46.00 46.71 经过反思交流，得出以下结论： （1）较传统实验相比，不再使用淀粉做指示剂，用数字化实验分析和解决问题，体现了创新意识核心素养。 （2）滴定用的碘溶液应现用现配。Vc易失活，柠檬汁也要现挤现用。且此次一个样品能挤出约40mL柠檬汁，单次实验取样25mL,不便做平行实验。 （3）柠檬虽富含Vc，但考虑具体情况，不能单靠柠檬补充Vc，生活中需摄入其它水果蔬菜，合理饮食，养成健康生活的习惯。 八、实验效果评价 （一）创设真实问题情境 本节课创设了真实的问题情境，从准确的测定柠檬汁中的总酸度到生活中去探究柠檬汁中的维生素C含量，在实际问题的解决过程中，培养了学生的创新精神和实践能力，落实立德树人的根本任务。 （二）突破实验教学方法 课前课中课后一脉相承，围绕实际问题，采用数字化实验从创新仪器到应用仪器，从建立模型到应用模型，突破了传统实验的不足，实现了教法和学法的创新。 （三）突出培养创新能力 本节课通过情境积学，实验导学，问题促学，建构助学，迁移博学，发展化学学科核心素养，突出培养创新能力。 （四）实现教学评一体化 本节课教学内容结构化设计，教学评价发生在课堂教学过程的每一环节当中，实现了教学评一体化。 总的来说，这节课数字化实验的引入不仅将复杂的操作简单化、微观的过程宏观化、定性的实验定量化，激发了学生对化学实验的兴趣，便于学生运用“宏观—曲线—微观—符号”四重表征这一化学学科特有的思维方式来理解滴定反应的过程，有助于培养学生的化学学科观念和科学精神。 学科网（北京）股份有限公司 $$