资源简介

《无机非金属材料》单元整体教学设计
一、单元教学设计
(一）指导思想与理论依据
元素化合物的知识一直是化学学习的重要内容，是学生学习化学的基础，但对于学生来说该部分内容细碎、繁杂，不知从何记起，我们从必修第一册开始就有意识的引导学生建立研宄元素化合物的基本模型，帮助学生形成认识非金属元素及其化合物的基本思路和方法：单质、氧化物（氢化物）、酸、盐的形式，同时进一步加深学生对“结构决定性质”化学观念的理解。非金属及其化合物在化工生产、环境保护等方面发挥着重要作用，无机非金属材料Si及其化合物的学习重点在硅和二氧化硅的应用，以及二氧化硅的性质，对于传统和新型无机非金属材料我们主要通过图片和资料的形式让学生感受化学材料为我们的生产、生活提供的巨大便利，激发学生学习化学的兴趣，培养学生的社会责任感。
(二）教学背景分析与课时安排
1.教学内容分析
第三节《无机非金属材料》选自人教版化学必修第二册的第五章《化工生产中的重要非金属元素》，该内容是继第一册的无机非金属元素Cl和第五章的第一、二节S、N及其化合物之后，是非金属元素及其化合物知识的重要补充和应用，是高一学生应学习的重点内容。
本节内容主要包括传统硅酸盐材料和新型无机非金属材料，该内容可安排两课时的单元整体教学设计，鉴于学生的认知规律和授课时间安排我对教材内容的先后顺序做了调整，第一课时是硅及其化合物，主要通过图片、视频和生活中的实例的形式讲解SiO2、Si、H2SiO3的主要性质和用途，这也符合前面学习非金属的一般方法：单质-氧化物-含氧酸。重点在SiO2的性质及其应用，根据SiO2，在自然界中的存在和它的结构理解它的性质，又从物质类别、价态和特殊性的角度具体分析SiO2，的化学性质及反应，符合从不同角度（价态、物质类别）学习元素化合物知识的常用方法，帮助学生形成认识非金属元素及其化合物的基本思路和方
法。还可根据第一册原子结构与元素周期律的相关知识，预测和推断硅及其化合物的性质，进一步加深学生对“结构决定性质”化学观念的理解。第二课时是无机非金属材料，通过“疫情”期间火神山医院的建设、我国自主研制的运20飞机运送医疗物资、医务人员的防护用品等，激发学生的学习兴趣和社会责任感。接下来再介绍陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料在人们日常生活中的广泛应用，以及材料对人类文明的推动作用。之后，介绍新型无机非金属材料，包括硅和二氧化硅（第1课时已经讲过）、新型陶瓷、碳纳米材料，以及这些材料在信息、能源等领域产生的影响，展现化学科学对新材料研发的重要作用，让学生了解化
学学科对社会进步的价值，提升“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养。
2.学情分析
（1）学生在必修第一册已经学习了几种常见的元素及其化合物，第五章的前两节也学习了非金属硫、氮及其化合物的知识，己经掌握了研究元素及其化合物的规律和方法。
（2）必修第一册学生还学习了氧化还原反应、原子结构与元素周期律的知识，初步建立了“结构决定性质，性质决定用途”的核心观念。
以上内容为学生学习无机非金属材料知识提供了知识储备，在教学过程中要建立旧知识与新知识的联系，以便降低学习难点，提高学习效率。
（三）单元教学主要过程
课时安排 知识线索 学习任务 系列活动
【第一课时】 硅及其化合物 一、SiO2 SiO2的存在、结构、性质、用途，重点在于SiO2，化学性质的探究以及应用 通过图片、小视频的形式学习SiO2的相关知识
二、Si 单质Si的存在、性质和用途，重点在于Si的半导体性能和应用 通过回顾学过的元素周期表的知识，理解硅的半导体性能;通过图片的形式更好的记忆硅的应用;通过小游戏巩固硅和二氧化硅的用途。
三、H2SiO3 H2SiO3的制备方法和应用 通过回顾元素周期律的知识引导学生得出制备硅酸的方法;通过小视频的形式得出硅酸的性质;通过图片和讲解记忆硅酸的应用。
【第二课时】 无机非金属材料 硅酸盐材料 硅酸盐 传统无机非金属材料玻璃、陶瓷、水泥 （1）硅酸盐的定义、书写、结构和性质;（2）普通玻璃、传统陶瓷、水泥的原料、特性及应用等 通过图片和阅读资料的形式感受传统无机非金属（硅酸盐）材料在城乡建设中发挥的重要作用
新型无机非金属材料 新型陶瓷 碳纳米材料 各种新型陶瓷（例：碳化硅陶瓷）的组成、性质及用途：碳纳米材料的代表物、结构和性能 通过图片和阅读资料的形式感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学生学习化学的兴趣：通过练习的形式巩固所学知识
二、课时教学设计
第一课时“从沙滩到用户”--基于深度学习的硅及其化合物
1.教学目标
(1）通过图片了解硅及其化合物在生产生活中的广泛存在和应用。
(2）通过与同主族元素碳及其化合物性质的类比，能预测硅、二氧化硅和硅酸的性质，并用方程式表示其主要的化学性质。
(3）通过阅读分析信息和元素周期律，能说明制备高纯硅和硅酸的路径。
2.教学重难点
硅、二氧化硅的主要性能和用途
3.评价目标
(1）通过硅及其化合物的学习，诊断并发展学生非金属元素及其化合物认知模型发展水平（经验水平、系统水平）。
(2）通过二氧化硅的存在和结构，分析它的性质和应用，诊断并发展学生对结构决定性质，性质决定用途的核心观念的认识应用水平。
4.教学过程
【图片引入】硅的广泛存在。硅在地壳中的含量仅次于氧，是一种亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式构成了地壳中大部分的岩石、沙子和士壤。
【教师活动】我们常说“从沙滩到用户”，沙滩中什么物质最多？
【学生活动】沙子
【教师活动】沙子的主要成分就是二氧化硅，所以我们先来学习二氧化硅。
一、SiO2
【图片展示】二氧化硅的存在
【教师活动】二氧化硅具有怎样的性质呢？
【学生活动】（联想：沙子，性质稳定）
【教师活动】我们知道结构决定性质，所以我们先来研究二氧化硅的结构（图片，硅氧四面体结构，硅酸盐也一样）。这种结构的特殊性，决定了二氧化硅具有硬度大、熔点高、难溶于水（物理性质）、化学性质稳定、耐腐蚀的性质（化学性质）。
【教师活动】二氧化硅具体能和哪些物质发生反应呢？
【思考与交流 1】书P25T4∶SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如 SiO2与NaOH 反应可生成 Na2SiO3;，Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用做黏合剂和防火剂，实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞，请解释原因，并写出相关反应的化学方程式。
【学生活动】SiO2+ 2NaOH=Na2SiO3+H2O（SiO2酸性氧化物的通性）
【思考与交流2】书P25 T3∶氢氟酸是 HF的水溶液，可与 SiO2发生反应生成 SiF4和H2O。请写出该反应的化学方程。
【学生活动】SiO2+4HF =SiF4↑＋2H2O（应用∶制毛玻璃、玻璃雕花）
【教师活动】“从沙滩到用户”，我们已经知道沙子的主要成分是二氧化硅了，那么“到用户”是什么意思呢
【学生活动】“用户”就是我们每一个人。
【小视频】我们每一个人每天都离不开手机、电脑等电子产品，这些电子产品中都用到硅。
【教师活动】那么如何从二氧化硅得到单质硅呢
【学生活动】SiO2+还原剂---Si
【教师活动】高纯硅的制备∶工业上用焦炭还原石英砂可制得粗硅，将粗硅进一步提纯得到高纯硅。
【教师活动】物质的结构决定性质，性质又决定用途，那么二氧化硅有怎样的用途呢
【图片展示】光导纤维，并根据二氧化硅的存在总结其用途。
【教师活动】现在我们就完全理解了人们常说的"从沙滩到用户"的含义了。下面我们继续来学习信息时代的核心元素--硅。
二、Si
【图片展示】简单介绍硅单质的存在、物理性质和主要用途。（展示晶体硅、硅晶片、硅太阳能电池的图片），并通过硅在元素周期表中的位置.（金属与非金属的交界处）理解它的半导体性能及用途。
【教师活动】简单介绍硅的化学性质。
【学生活动】小游戏∶区分硅和二氧化硅的存在和应用。
【教师活动】通过硅的价-类二维图，引出硅酸。二氧化硅能通过与水的反应生成硅酸体现酸性氧化物的通性吗
【学生活动】不能，因为二氧化硅难溶于水，也不会与水反应。
【教师活动】好，SiO2+H2O==H2SiO3该反应不能发生。那如何制备硅酸呢
三、H2SiO3
【已知信息】碳的非金属性强于硅，则碳酸的酸性比硅酸强还是弱 （酸性∶H2CO3>H2SiO3）请利用这一性质分析解释硅酸钠溶液久置空气中会有什么现象 （视频）
【学生活动】产生白色浑浊。Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3（胶体）+Na2CO3
【教师活动】硅酸难溶于水，酸性比碳酸弱，是高中阶段接触的最弱的酸。
【学生活动】小游戏∶下列反应可以通过一步化学反应实现的有哪些 （略）书P25∶5（略）。
第二课时“材料兄弟，共同抗疫”---基于深度学习的无机非金属材料
1.教学目标
（1）结合生活实际了解材料的类别。
（2）通过阅读和讨论，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统无机非金属材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。
（3）通过学习，了解新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。
（4）结合身边的生活用品、电子产品、建筑物等用到的无机非金属材料，感受化学就在身边，化学材料作用巨大，提高学生努力学习化学，投身国家建设的社会责任感。
2.教学重难点
玻璃、水泥的主要性能、用途;普通玻璃的主要成分。
3.评价目标
（1）通过硅酸盐材料和传统无机非金属材料玻璃、陶瓷、水泥的学习，诊断并发展学生“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养。
（2）通过新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途的学习，诊面并发展学生对化学价值的认识水平。
认识水平。
4.教学过程
【框图引入】简单介绍材料按化学组成和特性的分类，引出本节课的内容--无机非金属材料（传统、新型）。
【图片介绍】材料兄弟，共同“抗疫”（火神山医院建设用到大量的水泥、玻璃都属于传统无机非金属材料;医院建设中用到的各种金属框架属于金属材料;运输医疗物资的运20飞机用到很多复合材料和新型无机非金属材料;医护人员的口罩等防护用品属于有机高分子材料）。既展现了前面介绍的常见材料在我们生活中的应用，又体现出化学材料的巨大作用，提高学生努力学习化学、投身国家建设的社会责任感。
一、硅酸盐材料
【教师活动】传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，首先介绍硅酸盐的定义、书写、结构和性质。（略）接下来再分别介绍常见的传统无机非金属材料∶传统陶瓷、普通玻璃、水泥的生产原料、反应条件、设备、反应原理，以及在生产生活中的应用。
【学生活动】通过小游戏和练习的形式巩固传统无机非金属材料的相关知识。
【教师活动】重点讲解生产普通玻璃的原料∶纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是 SiO2）反应原理∶
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑ 以及普通玻璃的主要成分∶ Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
二、新型无机非金属材料
【教师活动】随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。其中有一些是高纯度的含硅元素的材料∶如单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能（第1课时讲过，再次强调 Si属半导体材料、SiO2应用于光导纤维），是现代信息技术的基础材料;还有一些含有碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。
【教师活动】通过图片和阅读资料的形式介绍新型陶瓷（包括高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等）、碳纳米材料（主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等）的组成、性质及应用，使其感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。
【学生活动】通过练习的形式巩固新型无机非金属材料的相关知识。
【思考与交流】根据前面所学及本节内容，尝试总结SiO2的化学性质。
【教师活动】这里让学生总结 SiO2的性质，既是对第1课时所学重点内容 SiO2的化学性质的复习巩固，又再次强调了本节的重点内容普通玻璃的制作原理，体现了单元整体教学设计的优点，前后呼应。
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