内容正文:
第一节 海洋化学资源 - 第一课时(教学设计)
课题
课时安排
核心
素养目标
化学观念:明晰海水物质组成,理解海水淡化的物质分离原理。
科学思维:通过对比分析海水淡化方法,建立资源利用的辩证思维。
科学探究与创新意识:参与海水蒸馏探究实验,掌握基础实验探究流程。
科学态度与责任:认识海洋资源的宝贵性,树立合理开发、保护海洋的绿色化学理念与社会责任感。
重点
和难点
教学重点:海水中的主要化学物质与元素种类,蒸馏法淡化海水的原理、实验操作要点。
教学难点:理解海水淡化的微观分离本质,区分不同海水淡化方法的适用场景,辩证分析海洋资源开发与生态保护的平衡关系,建立化学技术服务自然资源利用的认知。
教学过程
教学环节
教学活动
设计意图
导入新课
地球表面七成以上被海洋覆盖,海洋不仅是生命的摇篮,更是一座巨大的化学资源宝库。我们日常食用的食盐、工业所用的多种化工原料,都源自海洋。同样是水资源,海水无法直接饮用,这背后蕴含着怎样的化学奥秘?今天我们通过任务探究,解锁海洋中的化学资源,探寻海水淡化的化学智慧。
结合生活认知创设情境,拉近化学与自然的距离,激发学生探究兴趣。通过设问制造认知冲突,自然引出本节课核心探究内容,为课堂任务学习做好铺垫。
讲授新课
(一)任务一:初识海洋——认知丰富的海洋化学资源
在正式开展探究学习前,教师引导学生结合生活经验与教材图文内容,开启本节课第一个基础探究任务,全面认知海洋中蕴藏的各类化学资源。九年级学生对海洋的认知大多停留在生活层面,知晓海水苦涩、海洋中有鱼虾、食盐等资源,但对海洋中丰富的化学物质、矿物资源缺乏系统、科学的认知,本任务旨在帮助学生建立系统的海洋资源认知体系,夯实本节课知识基础。
教师首先展示教材配套的海洋资源全景图文素材,涵盖海面、海水水体、海底三个维度的资源分布画面,引导学生自主阅读教材对应文本内容,独立思考后小组交流讨论:海洋中蕴藏的资源主要分为哪几类?其中化学资源包含哪些具体内容?学生自主学习结束后,各小组依次分享讨论成果,教师结合学生回答进行梳理、补充与规范总结。
通过梳理明确,海洋资源类型丰富,本节课重点探究的海洋化学资源是海洋核心资源之一,同时海洋还包含生物资源、矿产资源、动力资源等辅助资源。聚焦海洋化学资源,其核心载体为海水,海水并非纯净物,是成分复杂的混合物,溶解了大量的盐类物质与微量元素,是天然的化学原料宝库。
教师进一步引导学生深挖教材数据内容,认识海水的具体组成:海水中含量最多的物质是水,占海水总质量的96.5%,剩余3.5%为溶解的可溶性盐类物质。在可溶性盐类中,氯化钠含量最高,这也是海水带有咸味的核心原因,其次还包含氯化镁、硫酸镁、氯化钙等多种盐类。从元素角度分析,海水中含有近80种化学元素,其中氧、氢、氯、钠、镁等元素含量位居前列,诸多稀有元素也主要富集在海水之中,为化工生产、新材料研发提供了丰富原料。
为深化学生认知,教师组织小组合作探究活动,对比梳理“海水与普通淡水的成分差异”,结合此前学习的溶液相关知识,分析海水属于溶液的原因。学生通过思考得出,海水中的盐类物质以离子形式均匀分散在水中,形成均一、稳定的混合物,符合溶液的基本特征。教师顺势点拨,正是因为海水中含有大量可溶性杂质离子,导致海水无法直接饮用、直接用于工农业生产,为后续海水淡化的探究任务埋下伏笔。
同时,教师结合教材内容拓展海底化学矿产资源,引导学生了解海底不仅蕴藏石油、天然气等常规化石能源,还分布着可燃冰、锰结核、热液矿床等新型矿产资源。重点介绍可燃冰的成分、性质与资源价值,让学生知晓可燃冰是天然气水合物,储量大、燃烧热值高、污染小,是极具开发潜力的新型清洁能源,属于重要的海洋化学资源。本任务通过自主阅读、小组讨论、对比分析等活动,让学生全面掌握海洋化学资源的种类与组成,建立“海洋是巨大化学资源宝库”的核心认知。
(二)任务二:深析海水——探究海水无法直接利用的核心原因
在学生初步掌握海水组成的基础上,开启第二个深度探究任务,聚焦生活实际问题,探究海水不能直接饮用、直接用于生产的化学本质,衔接本节课重难点知识。教师创设生活化探究情境:日常生活中,海边游玩误食海水会出现口干、不适的现象,海水不能直接饮用;农业灌溉、工业生产也严禁使用海水,结合本节课所学海水成分知识,小组合作分析背后的化学原理。
学生结合任务一所学知识展开充分讨论,小组代表发言总结核心原因:海水中溶解了大量氯化钠、氯化镁等可溶性盐类物质,这些盐类物质人体无法直接吸收,摄入后会导致人体细胞脱水,引发身体不适;同时,盐类物质会腐蚀工业设备、破坏土壤结构,导致农作物死亡,因此无法直接用于工农业生产。
教师进一步深化问题,引导学生进行科学思考:我们此前学习过净水方法,沉降、过滤、吸附可以净化天然水,能否用这些方法除去海水中的盐类物质?学生结合净水原理独立思考后得出结论:沉降、过滤只能除去水中的不溶性杂质,吸附主要除去水中的色素和异味,而海水中的盐类物质以离子形式溶解在水中,属于可溶性杂质,无法通过上述常规净水方法除去。
基于学生的思考成果,教师进行系统性梳理总结,明确海水淡化的核心本质:海水淡化就是除去海水中可溶性盐类杂质,将含盐海水转化为纯净淡水的过程,其核心目的是实现海水资源化利用,缓解全球淡水资源短缺的问题。教师补充当下全球淡水资源现状,让学生了解淡水资源分布不均、短缺的现实问题,认识到海水淡化技术的重要性,体会化学技术对解决资源问题的重要作用。
为强化学生的科学思维,教师组织学生开展思辨探究活动,小组讨论:想要实现海水淡化,核心是实现水与可溶性盐的分离,结合物质的性质差异,可利用什么原理实现二者分离?学生结合水的沸点低、盐类物质沸点极高的性质差异,推理得出可以通过加热蒸发水,再冷凝收集纯水的方法实现分离,自然引出本节课核心实验——蒸馏法淡化海水,为后续实验探究任务做好理论铺垫。
(三)任务三:实操探究——蒸馏法淡化海水的实验探究
本任务是本节课的核心探究任务,也是教学重点内容,以学生自主实验、合作探究为主体,落实科学探究核心素养,让学生通过实操掌握海水淡化的核心原理、实验装置与操作要点。教师首先结合教材实验内容,明确本次探究实验的任务目标:掌握蒸馏法淡化海水的实验原理、操作步骤、现象判断,学会检验淡化后的水是否为淡水。
教师先进行实验原理的规范讲解:蒸馏法的核心原理是利用混合物中各物质沸点不同,水的沸点为100℃,可溶性盐类物质沸点极高,通过加热海水,使水汽化变成水蒸气,再通过冷凝装置将水蒸气冷却液化,得到纯净的蒸馏水,从而实现水与盐类物质的分离,完成海水淡化。
随后,教师展示实验仪器与药品,引导学生认识仪器名称与用途,包含酒精灯、铁架台、蒸馏烧瓶、冷凝管、锥形瓶、导管、海水模拟液、硝酸银溶液等。同时结合教材图示,讲解实验装置的组装顺序与核心注意要点,重点强调冷凝管的水流方向、加热时的预热操作、装置气密性检查等关键知识点,规避实验操作误差与安全隐患。
学生以四人小组为单位,分工合作开展实验操作,严格按照教材实验步骤推进。第一步,检查实验装置的气密性,确保装置密封完好,防止水蒸气泄漏影响实验效果;第二步,向蒸馏烧瓶中加入适量模拟海水,加入少量碎瓷片,防止加热时出现暴沸现象;第三步,固定实验装置,连接冷凝管,保证冷凝水下进上出,确保冷凝效果;第四步,点燃酒精灯,对蒸馏烧瓶进行预热后集中加热,缓慢加热使海水平稳汽化;第五步,观察实验现象,待锥形瓶中收集到一定量液体后,停止加热;第六步,检验淡化后的液体,分别取原模拟海水和淡化后的液体,滴加硝酸银溶液,观察现象差异。
实验过程中,教师巡回指导,及时纠正学生的不规范操作,解答学生的实验疑问,引导学生精准观察实验现象。学生可清晰观察到,原模拟海水中滴加硝酸银溶液后,产生大量白色沉淀,而淡化后的液体中滴加硝酸银溶液,无明显现象产生。各小组记录完整实验现象,结合所学知识分析实验原理,开展小组交流总结。
实验结束后,各小组依次汇报实验现象与实验结论,教师进行统一梳理与规范讲解。硝酸银溶液可以检验水中的氯离子,海水中含有大量氯离子,与硝酸银反应生成氯化银白色沉淀;淡化后的液体中无氯离子,无沉淀生成,证明通过蒸馏法成功除去了海水中的可溶性盐类杂质,得到了纯净淡水。
同时,教师引导学生总结实验核心注意事项,深化实验认知:一是碎瓷片的作用为防止液体暴沸;二是冷凝水必须下进上出,保证冷凝管内充满冷却水,提升冷凝效率;三是加热温度不宜过高,避免海水剧烈沸腾导致盐液飞溅,影响淡化效果;四是停止加热后需继续通入冷凝水片刻,确保所有水蒸气充分冷凝。本任务通过完整的实验探究流程,让学生亲手实操、直观感知海水淡化的过程,切实掌握核心知识点,提升科学探究与实验操作能力。
本节课以新课标任务式教学为核心,贴合新教材编排逻辑,设置层层递进的探究任务,打破传统灌输式教学。立足学生已有溶液、净水知识基础,从认知海洋资源、探究海水成分、实践海水淡化、树立环保理念四个维度开展教学。全程以学生自主探究、合作讨论、实验实操为主,教师引导点拨为辅,既落实基础化学知识与实验技能,又层层渗透四维核心素养。让学生掌握知识的同时,学会用化学视角看待自然资源利用,理解化学技术的实用价值,培养科学探究能力与绿色责任意识,实现知识学习与素养提升的双重目标。
作业布置
完成分层作业
教学反思
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