第1节 走进化学科学（教学设计）化学鲁科版2019必修第一册

第一节 走进化学科学 一、知识目标 1.了解化学科学的形成和发展历程，知晓我国古代化学的贡献以及近代化学诞生和发展的重要标志事件。 2.理解化学科学的定义，掌握化学科学从宏观和微观两个角度认识物质、以符号形式描述物质、在不同层面创造物质的主要特征。 3.能准确辨析物理变化和化学变化的区别与联系。 4.了解化学科学在能源、资源、材料、环境等方面的探索空间。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：能从宏观现象和微观结构的角度认识化学物质及其变化，形成“结构决定性质”的观念。 2.科学态度与社会责任：认识化学科学对人类社会发展的重大贡献，赞赏化学科学为人类创造的物质财富，培养对化学科学的兴趣和社会责任感。 3.科学探究与创新意识：通过对屠呦呦研制新药等案例的交流研讨，体会化学研究中的科学方法和创新精神，培养探究能力和创新意识。 一、教学重点 化学科学的形成和发展历程、化学科学的主要特征、物理变化和化学变化的区别。 二、教学难点 理解化学科学从宏观和微观两个角度认识物质以及在不同层面创造物质的特征。 本节教学内容出自鲁科版2019必修第一册第一章《认识化学科学》第一节《走进化学科学》。这节内容是高中化学学习的开篇，具有重要的引领作用，它能帮助学生建立对化学科学的整体认识，为后续具体化学知识的学习奠定基础，在高中化学课程体系中具有不可忽视的地位。按照教材编写意图，本节内容涵盖了化学科学的形成与发展、主要特征以及探索空间三个方面。化学科学的形成与发展部分，介绍了从古代到近代化学发展历程中的关键人物和重要理论，让学生了解化学学科的起源和演变；化学科学的主要特征部分，明确了化学科学的定义、特征，强调了其创造性和实验与理论并重的特点，还引导学生辨析物理变化和化学变化；化学科学的探索空间部分，展示了化学在能源、材料、环境等多个领域的重要作用，让学生认识到化学与社会发展的紧密联系。通过这些内容的学习，学生能全面了解化学学科，体会化学的魅力和价值。 教学对象是刚步入高中的学生，正处于初高中知识和思维的过渡阶段。他们在初中阶段已经接触了一些基础的化学知识，了解了常见的化学物质和简单的化学反应，但对化学科学的整体认识还比较模糊，缺乏系统性和深入性。 在思维方式上，学生正从形象思维向抽象思维转变，逻辑思维能力有待进一步提高。他们在初中的学习中更多地依赖直观感受和记忆，对于化学概念和原理的理解还停留在表面，缺乏对化学本质的深入探究。同时，学生还没有形成科学的学习方法和化学学科思维，在面对复杂的化学问题时可能会感到困惑。 然而，高一学生通常对新事物充满好奇心和求知欲，具有较强的学习热情。在教学过程中，教师应充分利用学生的这一特点，结合教材内容，通过生动有趣的实例和实验，激发学生的学习兴趣。同时，要注重知识的衔接和过渡，在学生已有的初中知识基础上进行拓展和深化，逐步引导学生建立科学的化学思维，培养学生的化学学科核心素养。例如，在讲解化学科学的形成与发展时，可以联系初中所学的化学知识，让学生更好地理解化学学科的发展脉络。 教学环节一 课堂导入 图片展示我国古代的“炼丹术”感受中国古代化学贡献，增强文化自信。认同化学对解决人类发展问题的重要性，强化民族自豪感。同时引出化学的发展历程。 教学环节二 化学科学的形成与发展 活动一 古代化学发展（我国的贡献） 【引入】同学们，在人类历史的长河中，化学科学的发展源远流长。早在古代，我国在化学领域就有了卓越的贡献。比如最早的钻木取火，我们熟知的四大发明，其中火药、造纸术等都蕴含着丰富的化学知识。这些伟大的发明不仅推动了我国古代文明的进步，也对世界文明的发展产生了深远的影响。接下来，让我们一起探寻古代化学发展中我国的辉煌成就。 【图片中展示】 【问题】请同学们结合自己的知识储备和预习内容，说一说你所知道的我国古代在化学方面的贡献有哪些？ 【学生思考】1. 有的学生可能会提到我国古代的陶瓷制作，这是利用黏土等原料，经过高温烧制，发生一系列物理和化学变化，制成精美的陶瓷制品。2. 还有学生可能会提到青铜器的铸造，我国古代工匠通过将铜、锡等金属按一定比例混合熔炼，制造出各种造型精美的青铜器。3. 也有学生可能会提及酿酒技术，利用粮食发酵产生酒精，这也是一个复杂的化学过程。 【讲解】评价、强调：同学们说得都非常好。我国古代在化学方面的成就确实非常显著。陶瓷制作中，黏土在高温下发生了脱水、结晶等一系列复杂的化学变化，使其具有了坚硬、耐用的特性。青铜器的铸造体现了我国古代高超的金属冶炼和合金制造技术。而酿酒技术则是利用微生物的发酵作用，将糖类转化为酒精。这些成就都充分展示了我国古代劳动人民的智慧和创造力。 设计意图 呼应课标“弘扬中华优秀传统文化”，增强学科认同感。 活动二 近代化学的形成和发展 【引入】随着时代的发展，化学科学逐渐从古代的经验积累走向了系统的理论研究。近代化学的形成和发展是化学史上的一个重要阶段，许多伟大的科学家为近代化学的发展做出了巨大的贡献。接下来，我们就一起了解一下近代化学发展历程中的重要里程碑。 【问题】请同学们阅读教材相关内容，找出近代化学发展历程中几位重要科学家及其主要贡献，并完成以下表格： 年代 科学家 重大发现或成就 意义或作用 1661年 英国科学家 提出化学 标志着近代化学的诞生 1777年 法国科学家 根据燃烧现象 提出氧化学说 使近代化学取得了革命性的进展 1803年 英国科学家 提出原 子学说 为近代化学的发展奠定了坚实的基础 1811年 意大利科学家 提出 系统解决了在物质组成和原子量测定方面存在的混乱问题 1869年 俄国科学家 发现了元 素周期律 化学元素及其化合物被纳入一个统一的理论体系 【讲解】评价、强调：同学们填写得都很准确。波义耳提出的化学元素概念，为化学研究奠定了基础，使化学从炼金术等传统领域中脱离出来，成为一门独立的科学。拉瓦锡的燃烧氧化学说，纠正了当时流行的错误观点，让人们对燃烧现象有了正确的认识。道尔顿的原子学说，为化学的定量研究提供了理论依据。门捷列夫的元素周期律，揭示了元素之间的内在联系，对化学的发展起到了巨大的推动作用。阿伏伽德罗的分子学说，完善了物质结构理论。这些科学家的贡献相互关联，共同推动了近代化学的发展。 设计意图 用时间轴和表格梳理化学史，明确学科边界；揭示化学从表象到本质的发展规律，强化“科学思维进阶”。 教学任务二 化学科学的主要特征 活动一 化学科学的定义 【引入】同学们，在了解了化学科学的发展历程后，我们来深入探究一下化学科学的本质。化学作为一门基础学科，它有着独特的研究对象和研究内容。那么，到底什么是化学呢？接下来，我们就一起来学习化学科学的定义。 【问题】请同学们阅读教材中关于化学科学定义的内容，然后用自己的话概括一下化学是研究什么的学科。 【学生思考】学生阅读后回答，化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科。 【讲解】评价、强调：同学们概括得很准确。化学研究的对象是物质，而且是在原子、分子水平上进行研究。研究物质的组成，就是要确定物质是由哪些元素组成的；研究物质的结构，就是要了解原子、分子的排列方式和化学键等；研究物质的性质，包括物理性质和化学性质；研究物质的转化，就是研究物质之间的化学反应；研究物质的应用，就是将化学知识应用到实际生活和生产中。例如，我们研究水，就要知道水是由氢和氧两种元素组成，水分子的分子式是，水的物理性质有沸点、冰点等，化学性质有能与某些金属反应等，还可以将水应用于农业灌溉、工业生产等方面。 设计意图 通过符号（如H2O）、案例（核裂变）强化概念辨识。 活动二 化学科学的主要特征 【引入】了解了化学科学的定义后，我们再来看看化学科学有哪些主要特征。这些特征是化学科学区别于其他学科的重要标志，也是化学科学独特魅力的体现。接下来，让我们一起揭开化学科学主要特征的神秘面纱。 【问题】请同学们阅读教材相关内容，思考化学科学的主要特征有哪些，并举例说明。 【学生思考】1. 学生回答化学科学的特征是从宏观和微观两个角度认识物质。例如，从宏观上我们可以看到水是无色透明的液体，从微观上我们知道水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成。2. 以符号形式描述物质，如用表示水，用表示二氧化碳。3. 在不同层面上创造物质，比如通过化学反应合成新的药物、材料等。 【讲解】评价、强调：同学们回答得非常好。从宏观和微观两个角度认识物质，能让我们更全面、深入地了解物质的本质。以符号形式描述物质，是化学语言的重要组成部分，它简洁、准确地表达了物质的组成和结构。在不同层面上创造物质，是化学科学的重要功能，它为人类的生产和生活带来了巨大的改变。需要注意的是，原子核内发生变化不属于化学变化，核裂变(如：原子弹爆炸等）和核聚变（如：氢弹爆炸等）不属于化学变化 化学变化主要是原子、分子之间的重新组合。 设计意图 用球棍模型搭建，建立宏微关联能力。对比水文字描述和H2O化学式体会符号的简洁性、通用性，培养学科语言 活动三 化学是一门具有创造性的学科 【引入】在日常生活中，我们会发现很多化学创造的成果，比如各种新型材料、药物等。化学不仅仅是研究已有的物质，更重要的是能够创造出自然界中原本不存在的物质。接下来，我们就以胰岛素的研究为例，来看看化学是如何体现其创造性的。 【问题】请同学们思考胰岛素的研究经历了发现、合成、改造等历程，体现了化学的哪些创造性？ 【学生思考】1.首先是发现了胰岛素并迅速应用到临床，然后研究其结构通过基因重组技术，利用大肠杆菌合成人胰岛素，最后利用基因工程技术对人胰岛素进行局部改造，合成了人胰岛素类似物、速效及超短效的胰岛素类似物等。2. 体现了化学能够创造新的物质，满足人类的需求，比如合成的胰岛素类似物能更好地治疗糖尿病。 【讲解】评价、强调：同学们分析得很到位。化学的创造性体现在它能够通过各种技术手段，创造出具有特定功能的物质。在胰岛素的研究中，科学家们利用基因工程等技术，改变了胰岛素的分子结构，使其具有更好的治疗效果。这不仅为糖尿病患者带来了福音，也展示了化学在医药领域的巨大潜力。化学的创造性还体现在其他很多方面，比如合成新型材料、开发新能源等。 设计意图 胰岛素合成（天然→基因工程→速效类似物）通过技术迭代案例，理解“分子设计”的创造性。 活动四 现代化学已经发展成为实验与理论并重的学科 【引入】在化学科学的发展过程中，实验和理论是相辅相成的。早期的化学主要以实验为主，通过大量的实验来积累经验和发现规律。随着科学技术的发展，各种分析和测试物质结构、跟踪化学反应过程的技术如波谱、色谱、X射线衍射、飞秒化学、原子示踪等，成为现代化学研究的重要手段。理论计算辅以计算机模拟来研究物质的结构、预测物质的反应活性、研究反应的微观过程等，成为现代化学研究的热点。现代化学已经发展成为实验与理论并重的学科。接下来，我们就来了解一下实验和理论在化学科学中的重要作用。 【问题】请同学们结合自己的学习和生活经验，说一说实验和理论在化学研究中分别有什么作用？ 【学生思考】1. 学生回答实验可以验证理论的正确性，通过实验可以发现新的物质和现象。比如通过实验可以验证化学反应的速率与温度、浓度等因素的关系，也可以发现新的化合物。2. 理论可以指导实验的设计和进行，解释实验结果。比如根据化学动力学理论可以设计出更合理的化学反应条件。 【讲解】评价、强调：同学们说得都很有道理。实验是化学研究的基础，它能够提供真实可靠的数据和现象。理论则是对实验结果的总结和升华，它能够揭示化学现象的本质和规律。在现代化学研究中，实验和理论缺一不可。例如，在研究新材料的合成时，需要先根据理论设计出可能的合成路线，然后通过实验来验证和优化；在解释实验结果时，又需要用理论来进行分析和推理。 【能力辨析】物理变化和化学变化的区别？ 内容 物理变化 化学变化 概念 无新物质生成的变化 有新物质生成的变化 现象 形状、状态等变化 常伴有发光、发热、变色，产生气体、沉淀等现象 本质区别 是否生成新物质 联系 物质发生化学变化时一定伴有物理变化，而物质发生物理变化时不一定发生化学变化 【归纳升华】 (1)化学反应的本质是原子的重新组合，化学反应前后元素的种类不变，原子的种类和数目不变，而分子种类发生变化。 (2)原子是化学变化中最小的微粒，分子是保持原物质化学性质的一种微粒。 (3)创造新物质可以是指创造新分子，而不是指创造新原子或新元素。 (4)目前可以制造出新元素，但不能通过化学方法制造新元素，创造新元素不能说成是创造新物质。 【交流·研讨】阅读教材P5-P6思考交流 1、屠呦呦在研制新药的时候采用了哪些化学方法？ 2、青蒿素的研究经历了哪些历程？创新点？对你在今后的研究中会有什么启发？ 【归纳总结】 设计意图 以屠呦呦案例为载体，渗透“文献研究→实验验证→技术优化”的科学探究路径；核变化不属于化学变化，概念外延框定：明确化学变化本质是原子重组（分子层面），核变属于原子核重组（物理范畴）。结合中国科学家贡献，深化“实验与理论并重”的学科特点，培养科学伦理观。 教学任务三 化学科学的探索空间 活动一 化学在能源、资源、材料、环境等领域的探索 【引入】随着社会的发展，人类面临着能源短缺、资源枯竭、环境污染等诸多问题。化学家已能在微观层面上操纵分子和原子，组装分子材料、分子器件和分子机器等。化学科学还将在资源和能源、材料科学、解决环境问题、生命科学和信息科学等方面发挥着重要作用。 接下来，我们就来了解一下化学在能源、资源、材料、环境等领域的探索空间。 【问题】请同学们结合教材内容和生活实际，举例说明化学在能源、资源、材料、环境等领域有哪些应用和探索？ 【学生思考】1. 在能源领域，化学可以开发新能源，如太阳能电池的研发，利用化学材料将太阳能转化为电能；还可以提高能源的利用效率，如研究高效的催化剂来促进燃料的燃烧。2. 在资源领域，化学可以进行资源的合理开发和利用，如从矿石中提取金属，通过化学方法提高金属的回收率。3. 在材料领域，化学可以合成新型材料，如高强度的碳纤维材料、具有特殊性能的纳米材料等。4. 在环境领域，化学可以进行环境治理，如利用化学方法处理污水、净化空气等。 【讲解】评价、强调：同学们举的例子都很恰当。化学在能源领域的探索，有助于缓解能源危机，实现能源的可持续发展；在资源领域的应用，能够提高资源的利用效率，减少资源的浪费；在材料领域的创新，为科技的发展提供了物质基础；在环境领域的治理，能够改善环境质量，保护人类的生存环境。化学科学可以让我们在分子水平上了解疾病的病理，寻求有效的防治措施，促进人类的身心健康。 设计意图 将抽象探索方向具象为现实问题解决方案，强化“化学驱动人类进步”的价值观。 活动二 化学科学已成为“中心科学” 【图片展示】 未来科学的中心是化学科学，人类的生活水平和生活质量要通过化学的发展来提高，化学的探索空间非常广阔。能源与资源、环境保护及高科技产品丰富了人们的生活 教学任务四 高中化学的结构 【引入】化学世界神奇美妙，化学天地广袤无垠，化学科学魅力无穷！进入高中阶段，同学们一定很想知道自己将面对哪些化学知识和方法，将走过怎样的化学学习历程？如何提升化学学科核心素养？ 【教材体系展示】 1.必修课程 2.选择性必修课程 3.选修课程 1．记住化学科学的形成三个阶段：古代化学的实践活动、近代化学发展的里程碑、现代化学的成就。 2．理解化学科学特征的四个要点：原子和分子水平上研究物质、宏观层面上创造物质、以符号形式描述物质、理论研究与实验技术相互促进。 3．知道化学科学探索的五个空间：微观领域、能源和资源方面、材料科学方面、环境保护方面、生命科学方面。 第一节 走进化学科学 一、化学科学的形成与发展 1.古代化学发展（我国的贡献） 2.近代化学的形成和发展 1661年 波义耳（英） 提出化学元素概念 1774年 拉瓦锡（法） 提出燃烧的氧化学说 1803年 道尔顿（英） 提出原子学说 1811年 阿伏伽德罗（意） 提出分子学说 1869年 门捷列夫（俄） 发现元素周期律 二、化学科学的主要特征 1.定义：在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的基础学科 2.特征：从宏观和微观两个角度认识物质、以符号形式描述物质，在不同层面上创造物质 3.创造性学科（胰岛素为例） 4.实验与理论并重 5.物理变化和化学变化区别 概念 现象 本质区别 联系 三、化学科学的探索空间 1.能源、资源合理开发 2.材料科学 3.环境治理 4.分子机器 四、高中课程结构 1.必修课程 2.选择性必修课程 3.选修课程 1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)为了提高农作物的产量，应大量使用化肥和农药。(　　) (2)化学科学的特征之一是认识分子和制造分子。(　　) (3)探索化学反应过程中物质的质量是否守恒是当前化学科学的首要任务。(　) (4)化学是科学研究的内容，与普通百姓的生活没有多大关系。(　　) (5)化学研究只能认识分子，不能认识物质。(　　) (6)化学家可以制造出自然界中不存在的物质。(　　) (7)化学研究只会造成严重的环境污染，最终人类将毁灭在化学物质中。(　) 2.诗词是民族灿烂文化中的瑰宝。下列诗词中涉及化学变化的是(　　) A．千里冰封，万里雪飘 B．白玉为堂金作马 C．夜来风雨声，花落知多少 D．粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间 3.下列关于著名科学家的名字、 国籍和研究专业及主要贡献的对应关系中， 不正确的是( ) A、 道尔顿——英国——化学家、 物理学家——提出原子学说 B、 拉瓦锡——法国——化学家——建立燃烧现象的氧化学说 C、 门捷列夫——俄国——化学家——发现元素周期律 D、 波义耳——美国——物理学家、化学家——提出化学元素的概念 在本次“走进化学科学”的教学中，整体教学过程较为流畅，学生对化学科学的形成发展、主要特征和探索空间等内容表现出了一定兴趣。通过介绍著名科学家的贡献，激发了学生对化学学科的崇敬和探索欲望。在讲解物理变化和化学变化区别时，结合实例让学生较好地理解了两者的本质差异。 然而，教学中也存在一些不足。在交流研讨环节，关于屠呦呦研制新药和青蒿素研究的问题，学生讨论不够深入，可能是引导不够到位。在后续教学中，应加强对学生思维的启发和引导。此外，随堂演练的时间把控可以更精准，给学生留出更多时间思考和交流。总体而言，需要不断改进教学方法，提高教学质量。 1、 增加现代化学重大成就和我国的贡献。 2、 适当补充高中化学学习方法。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$