課堂內外·中等教育
《金屬礦物的開發利用》教學設計
王琪1李琴2
(1.重慶市南開中學校，重慶沙坪壩400030;2.重慶市第一中學校，重慶沙坪壩400030)
摘要：結合化學史，讓學生了解金屬元素在自然界中的存在及人類冶煉金屬的發展歷程，通過分析化學原理在金屬冶煉中的應用，滲透生涯教育，使學生體會化學與生產的密切關系，樹立ST SE意識。
關鍵詞：金屬材料；化學史;ST SE教育；生涯教育
一、教材分析
本節內容選自人教版《高中化學必修二》第四章《化學與自然資源的開發利用》第一節《開發利用金屬礦物和海水資源》，本節課屬于第一課時，主要內容是金屬礦物的開發利用。教材在學生學習了氧化還原反應概念以及鈉、鋁等金屬及其重要化合物主要性質的基礎上，在金屬冶煉知識的構建的前提下，進一步系統介紹了金屬工業冶煉方法。
二、學情分析
本階段的學生已經了解了金屬在自然界中的存在形式，部分金屬的冶煉方法和氧化還原反應的本質，這些都是學習本節課的內容基礎，但是學生缺乏將理論知識應用于實踐的能力，因而在教學過程中適當的引用前面學習的知識，有利于降低他們的學習難度。
三、教學目標
(一)知識與技能
1.通過歷史事實及相關文獻資料，了解金屬元素在自然界的存在形態及人類冶煉金屬的歷史;
2.知道根據金屬的活動性不同，可分別采用電不同方法冶煉金屬，并能夠書寫相關的化學方程式;
3.了解金屬資源的可持續發展，滲透金屬材料、環境保護在生涯規劃的應用。
(二)過程與方法
1.通過人類使用及冶煉金屬的時間先后及差異，了解金屬冶煉的原理和方法，初步建立不同金屬冶煉方法的認識模型;
2.通過分類、歸納的方法，學會利用已有知識經驗解釋和歸納相關問題，提升建構知識網絡的能力;
3.通過實驗，提升觀察能力、分析現象的能力。
(三)情感態度與價值觀
1.通過學習化學原理在冶煉金屬中的應用，感受化學對人類的貢獻，體會化學與生產的密切關系;
2.能運用分類方法并聯系金屬活動順序對常見金屬的冶煉知識作出初步判斷，形成利用證據進行推理的素養;
3.通過對化學在自然資源開發和利用中的意義和作用的認識，形成對化學與可持續發展關系間的正確認識，樹立STSE意識。
四、教學重難點
1.重點：金屬冶煉的方法和原理；學生素養的形成和發展。
2.難點：金屬冶煉的方法和原理。
五、教學方法
講授法、討論法、多媒體輔助教學法、直觀演示法。
六、教學流程
七、教學過程
環節一：情景引入問題，介紹礦石資源(金屬→礦物)
【播放視頻】《走近科學：尋找超級鋼》節選
師：金屬是怎么來的?對的生活有怎樣的影響?這就是今天的主題。
【板書】金屬礦物的開發與利用
設計意圖：內容豐富且與生活生產實際緊密相關、視覺沖擊力強的視頻，引起學生興趣。
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【圖片展示】各種金屬礦石
生:(觀看礦石的圖片，感受金屬在自然界中主要存在的形式)
師：大多數金屬都來自于這些礦石，這些礦石中金屬元素多數是以化合態的形式存在，極少數是游離態的。【圖片展示】重慶的礦產資源
師：重慶有豐富的金屬礦產資源，比如大足、銅梁有鍶礦，城口有鋇礦，秀山有錳礦，南川有鋁土礦等。
設計意圖：介紹家鄉金屬礦產種類和分布情況，激發學生情感參與，鼓勵學生關注與化學有關社會問題，增強建設家鄉、建設祖國的責任感，建立熱愛家鄉的美好情懷。體現了STSE教育中重視科學技術在社會生產的作用。同時體現金屬材料在現實生活的重要應用，為今后的生涯種下材料化學的種子。
環節二：金屬冶煉方法和金屬冶煉原理(礦物→金屬)
師：這些礦石是怎么變成金屬的呢?
【板書】一、金屬的冶煉方法
(一)回眸歷史，尋找方法
師：要說金屬的冶煉還得從一萬年以前說起。那時，人們就發現了黃金。
【詩詞展示】劉禹錫的《浪淘沙》
師：詩人劉禹錫在《浪淘沙》中是這樣寫的:“美人首飾侯王印，盡是沙中海底來”，意思是說：美人的黃金首飾，皇帝的玉璽等都是來自于沙里。“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”，也就是從沙里淘出來的。【圖片展示】人類淘金的畫面
師：這是人們淘金的畫面。這種方法稱為物理法(富集法)。
【板書】1.物理法
師：時間來到8000年前，人們發現了銀。【圖片展示】《天工開物》冶煉銀的圖片
師：在古代文獻《天工開物》中，描述了煉銀的原理：銀礦受熱發生分解反應。請大家完成學案上的活動1：寫出氧化銀受熱分解的化學方程式。
生:(學生獨立完成方程式；學生上臺板書:2Ag2O △4Ag+O2↑)。
師：這種方法，叫熱分解法。
【板書】2.熱分解法
師：后來，人們發現了銅、鐵等金屬。
【圖片展示】司母戊鼎和越王勾踐劍
師：我國在西漢時期就已經掌握了冶煉生鐵的方法。
【詩詞展示】李白的《秋浦歌》
師：李白在《秋浦歌》中把金屬冶煉的場景寫的有聲有色：爐火照天地，紅星亂紫煙。“爐火”說明古代也是用爐子煉鐵,“照天地”形容冶煉的溫度很高,“亂紫煙”描述了煙、塵四處飛散，現在會認為這污染了環境。煉鐵工藝得到了巨大發展，但煉鐵的原料、原理始終沒有變。很明顯，這里的CO作還原劑。這種方法叫做——
—熱還原法。
【板書】3.熱還原法
(二)了解今天，活用方法
師：大家回憶初中知識，哪些物質可作煉鐵的還原劑呢?
生:(集體回答)C、H2；完成活動2：寫出工業上煉銅(原料為氧化亞銅和一氧化碳)、煉鎢(原料為三氧化鎢和氫氣)的方程式。
師：除了這幾種還原劑，那就是金屬，尤其是比較活潑金屬。
【演示實驗】鋁熱反應
師：介紹藥品和儀器、點燃、試驗熔融物。
生:1.對實驗器材、實驗方法、實驗過程和實驗現象等進行觀察和記錄。
2.完成小組討論1:
(1)鎂條、氯酸鉀的作用分別是什么?
(2)說一說你觀察到的現象。根據現象得出什么結論?
(3)寫出反應方程式。(學生上臺板書:2Al+Fe2O3高溫Al2O3+2Fe)
師:(總結)這個反應叫鋁熱反應。由于它的條件是高溫，因此需要用鎂條來做引燃劑，氯酸鉀分解產生氧氣讓反應溫度更高，所以作助燃劑。
【圖片展示】鋁熱反應的應用
師:(介紹)鋁熱反應在現實生活有非常重要的作用：不但可以冶煉難熔金屬，還能焊接鋼軌。
師：地殼中含量最多的金屬是?
生：鋁。
師：但是鋁曾經非常的昂貴，遠勝黃金白銀。這說明什么呢?
生：冶煉很困難。
師：時間來到1807年。英國化學家戴維第一次用電解的方法制得了活潑金屬K，從而開啟了電解法的序幕。來看一段視頻并請大家完成活動3：請寫出電解熔融的K Cl、Al2O3的化學方程式。
化學教研
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參考文獻:
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“開發利用金屬礦物”為例[J].化學教與學,2019(11):14-16+5.
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呂詠玉.訪古論今趣學化學———以“金屬礦物的開發利用”
為例[J].文理導航(中旬),2019(10):73.
(責任編輯：汪旦旦)
【播放視頻】工業上金屬鋁的制備
生:1.觀看視頻。2.完成方程式書寫:2K Cl 電解
2K +Cl 2↑,2Al 2O 3
電解
4Al+3O 2↑
設計意圖：通過圖片，文獻史料，視頻，引導學生了解金屬冶煉的發展歷史，感受金屬材料在人類社會發展中的地位和重要作用，培養學生尊重歷史、尊重科學的基本素養。展示各種金屬冶煉及使用時間的文獻資料，時間由遠及近，金屬活動順序由弱到強初步建立起時間軸和金屬活動順序表的關系，建立科學與歷史的關聯。體現了STSE 教育中重視科學技術在社會生產和社會發展中的作用。
(三)歸納總結
師：綜合以上內容，請大家相互討論完成活動4:1.金屬冶煉的本質是什么?
2.幾種冶煉方法條件有什么不同?說明什么問題?
3.推測金屬汞、錫、鎂的冶煉方法。生:(小組討論)
1.金屬冶煉的本質是什么?(將金屬離子得到電子變成金屬單質的過程)
2.幾種冶煉方法的條件有什么不同?說明什么問
題?(金屬性非常不活潑的用物理法，不活潑的用熱分解法，活潑的用電解法，其余用熱還原法)
[追問]為什么不同金屬有不同的方法呢?(因為金
屬越活潑，金屬陽離子越難得電子，冶煉也就越困難)3.推測金屬汞、錫、鎂的冶煉方法。(汞：熱分解法、
錫：熱還原法、鎂：電解法)師:(總結)引導學生完善金屬活動順序與金屬冶煉
方法的關系
。
設計意圖：歸納總結、分析推理體現科學的思維方法；在解決問題中發現歸納，建立認知模型，完善金屬活動順序與金屬冶煉方法的關系。
環節三：金屬冶煉與可持續發展(冶煉→環境)師：開發金屬礦石是人類向大自然的索取，但索取的同時還得認真考慮一些負面的因素。
金屬的冶煉給自然界帶來了哪些影響呢?下面讓我們進入:
【板書】二、金屬礦物的開發利用與可持續發展
師：金屬礦物的開發利用與可持續發展，它們也是一對矛盾。矛盾一,【板書】1.金屬冶煉的影響
師：冶煉廠的污染包括廢渣、廢水、廢氣、噪音、生態、安全等等；同時冶煉廠還是高耗能。那么建冶煉廠，應該考慮哪些方面的問題?
生:(小組討論)離人口少的地方、離礦產資源近的地方、交通方便、不能在風景名勝區等。
師：矛盾二,【板書】2.金屬礦物有限
師：據估計銀礦最多還能開采16年，即使含量比較多的鋁礦，也只能繼續開采257年。所以要保護自然資源。那么，要保護自然資源，我們能做些什么呢?
生:(小組討論并匯報交流)
師：地球上的金屬礦物資源是有限的、不能再生的，必須學會合理開發利用這些礦物資源，使人類社會走和諧、可持續發展之路。要牢記青山綠山就是金山銀山。
設計意圖：了解金屬資源的可持續發展，認識、體會金屬資源開發利用和可持續發展的關系，體會保護金屬資源的重要性。體現了STSE 教育理念中科學、技術與社會、環境的相互關系。讓學生思考環境保護的重要應用，進而今后能為環保做出自己的貢獻。
八、板書設計
九、教學反思
“金屬礦物的開發與利用”對于學生來講，這部分
知識很簡單。基于上述觀點，本堂課，以金屬冶煉方法為知識載體、貫穿化學發展史教育，拓展學習領域，豐富學生的認知視野，滲透科學素養與人文素養，進行價值引領、思維啟迪、品格塑造，努力達成素養形成與發
展目標，并在教學中滲透材料化學、環境保護的思想。
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