無(wú)機(jī)非金屬材料“硅”的教學(xué)設(shè)計(jì)

一、教材分析材料是人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而硅這種材料在現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)揮著尤為重要的作用，本節(jié)教材以硅單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)作為主要內(nèi)容，介紹了硅、二氧化硅的性質(zhì)，硅單質(zhì)的制法，硅、二氧化硅在計(jì)算機(jī)及通信等高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，與傳統(tǒng)教材相比，本教材加大了各種材料在社會(huì)生活中應(yīng)用介紹的力度，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著重要意義。二、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能（1）掌握硅、二氧化硅的物理、化學(xué)性質(zhì)及硅的制法。（2）認(rèn)識(shí)無(wú)機(jī)非金屬材料硅、二氧化硅的特性及其用途。（3）了解水玻璃和硅膠的簡(jiǎn)單性質(zhì)及在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用。2.過(guò)程與方法（1）通過(guò)進(jìn)行硅與氫氧化鈉的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及硅酸鈉的黏性和阻燃性試驗(yàn)，培養(yǎng)動(dòng)手能力和觀察能力。（2）通過(guò)參與尋找硅在工業(yè)上進(jìn)行腐蝕所用的化學(xué)試劑，培養(yǎng)學(xué)習(xí)化學(xué)服務(wù)生產(chǎn)的意識(shí)。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過(guò)對(duì)作為計(jì)算機(jī)、光通信等高科技關(guān)鍵材料的硅、二氧化硅等無(wú)機(jī)非金屬材料的學(xué)習(xí)，利用學(xué)生對(duì)高科技的濃厚興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。（2）通過(guò)新中國(guó)第一家單晶硅廠——洛陽(yáng)單晶硅廠的介紹，培養(yǎng)學(xué)生的城市自豪感。三、設(shè)計(jì)理念新課程強(qiáng)調(diào)要改變過(guò)去過(guò)于注重知識(shí)傳授的影響，要加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及現(xiàn)代社會(huì)科技的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，賦予課程以生活的意義和生命的價(jià)值，也就是“從生活走進(jìn)化學(xué)，從化學(xué)走入社會(huì)”，在這一教學(xué)理念的指導(dǎo)下，如何上好“硅”這一節(jié)課我主要考慮了以下兩方面的問(wèn)題：1.增加教學(xué)素材這節(jié)課如果手頭缺乏實(shí)物，內(nèi)容就會(huì)比較空洞，因此我認(rèn)為關(guān)鍵要收集好各種教學(xué)素材，為此，我專門到洛陽(yáng)單晶硅廠參觀，了解硅的生產(chǎn)流程，真正見(jiàn)到了硅塊、硅片，并且?guī)Щ貋?lái)一些樣品讓學(xué)生觀看，這樣，這節(jié)課就充實(shí)了很多。對(duì)于水玻璃，教材上只說(shuō)水玻璃是一種礦物膠，通過(guò)備課，我知道其實(shí)水玻璃有很多種，顏色性質(zhì)也不完全一樣，不是任何一種硅酸鈉都有黏性的，我特意準(zhǔn)備了多種水玻璃，讓學(xué)生進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，大大拉近了化學(xué)與生活的距離。2.貼近工業(yè)生產(chǎn)本節(jié)課的設(shè)計(jì)通過(guò)創(chuàng)設(shè)“硅片在工業(yè)生產(chǎn)中要經(jīng)過(guò)腐蝕”這一真實(shí)的工業(yè)過(guò)程，提出問(wèn)題：你認(rèn)為應(yīng)該選用什么化學(xué)試劑？進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自學(xué)回答問(wèn)題，不僅培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力，更因?yàn)檫@是化學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)中的應(yīng)用而極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。四、教學(xué)過(guò)程[引入]請(qǐng)洛陽(yáng)的同學(xué)們看一張大家都很熟悉的照片，這是美麗的龍門的夜景，我不知道當(dāng)同學(xué)們看到這多彩的霓虹、這璀璨的燈火會(huì)是一種怎樣的心情？不知道為什么，每當(dāng)我看到這一切，我都會(huì)產(chǎn)生一種莫名的焦慮，我焦慮什么？?jī)蓚€(gè)字：能源！我不知道這一夜的繁華要消耗掉多少的能源！設(shè)計(jì)意圖：如何結(jié)合洛陽(yáng)的城市特色和這節(jié)課的具體內(nèi)容，讓這節(jié)課一開(kāi)始就牢牢抓住學(xué)生的心是我所努力追求的，我選取了龍門這張城市名片，面對(duì)這么美的夜景，應(yīng)該愉悅才對(duì)，但我出其不意，內(nèi)心卻是焦慮，講課老師焦慮什么？這樣不僅宣傳了一種低碳的理念，而且為下面的太陽(yáng)能電池的引入做了鋪墊。[教師]帶著這種憂慮，我查閱資料，發(fā)現(xiàn)這樣一些信息：硅的燃燒熱高達(dá)990.7kJ·，硅在地殼中的含量高達(dá)26.3%（展示各種物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)及各元素在地殼中的分布圖）。[講述]當(dāng)看到這信息時(shí)，我的心中先是一喜，但隨即我又陷入了失望之中，哪位同學(xué)知道我喜的是什么？為什么又失望？[學(xué)生]喜的是自然界中硅的含量很高，它的熱值又很高，似乎可以用它解決能源問(wèn)題。失望的是自然中沒(méi)有單質(zhì)硅。[板書(shū)]硅在自然界的存在形態(tài)：化合態(tài)。[講述]自然界中沒(méi)有單質(zhì)硅，我們不可能耗巨費(fèi)大的能源把硅從二氧化硅中提取出來(lái)，再讓硅一燒了之，我們知道，在這個(gè)過(guò)程中能量是守恒的，那么，是不是以硅來(lái)獲取能源這條路就走不通了呢？[視頻]太陽(yáng)能電池。設(shè)計(jì)意圖：我給大家提供了一個(gè)空間站的視頻，在空間站寬大的太陽(yáng)能電池翼的后方是我們美麗的地球，太陽(yáng)能電池提供電能使空間站內(nèi)各種儀器正常工作。這能激發(fā)同學(xué)們對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)。[講述]這樣的太陽(yáng)能板并不出現(xiàn)在遙遠(yuǎn)的太空它已經(jīng)走入我們的生活！[展示]陽(yáng)光罐（圖1）。設(shè)計(jì)意圖：市面上的太陽(yáng)能產(chǎn)品不少，比如常在汽車操控臺(tái)前面擺放的太陽(yáng)花等，但陽(yáng)光罐卻是很少有人見(jiàn)過(guò)的，我講道：“白天它存貯陽(yáng)光，到了夜晚（我隨手遮住了罐體上的光敏電阻的窗口，陽(yáng)光罐隨即發(fā)出桔黃的光）有它陪伴著你閱讀、思考你會(huì)倍感溫馨”，此時(shí)同學(xué)們都被我手中的陽(yáng)光罐所吸引……[過(guò)渡]同學(xué)們肯定非常想讓我打開(kāi)這個(gè)神奇的陽(yáng)光罐，可近距離看一下太陽(yáng)能電池板，老師告訴大家，太陽(yáng)能電池板是硅片做成的，在大家的桌面上老師給大家準(zhǔn)備了硅片，大家仔細(xì)看一看，然后總結(jié)一下硅的物理性質(zhì)。[板書(shū)]灰黑色有金屬光澤的固體。[設(shè)問(wèn)]這些單質(zhì)硅是用什么原料制備的？[學(xué)生]石英砂。[教師]石英砂是如何得到單質(zhì)硅，進(jìn)而得到硅片呢？[視頻]單晶硅的生長(zhǎng)過(guò)程。設(shè)計(jì)意圖：提供一個(gè)單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程的視頻，當(dāng)讓學(xué)生能看到石英砂和碳反應(yīng)生成塊狀硅，硅受熱熔化，一?！白丫А北徊迦氲饺刍囊好嬷?，然后晶體開(kāi)始慢慢生長(zhǎng)，最后以一個(gè)圓柱體被提出來(lái)時(shí)，學(xué)生全都發(fā)出了驚呼……[講述]值得自豪的是在我們洛陽(yáng)，就有這樣一家生產(chǎn)單晶硅的廠家，洛陽(yáng)的單晶硅廠家是新中國(guó)最早的單晶硅廠。我曾經(jīng)參觀過(guò)這家工廠，在參觀的過(guò)程中我注意到有這樣一個(gè)生產(chǎn)設(shè)備（圖2），這個(gè)設(shè)備中有兩個(gè)池子，池子里有無(wú)色的溶液，工人們?cè)诎亚懈詈玫膱A圓的硅片往池子中放，我問(wèn)這是在干什么？隨行的技術(shù)人員說(shuō)這是在腐蝕硅切割時(shí)給表面帶來(lái)的機(jī)械損傷，通過(guò)教材中自學(xué)材料一“硅與二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)”，你認(rèn)為應(yīng)該選用什么化學(xué)試劑？[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生自己閱讀材料、思考。[學(xué)生甲]根據(jù)硅的性質(zhì)，可以選用氫氟酸溶液。[學(xué)生乙]我認(rèn)為還可以選擇氫氧化鈉溶液。[過(guò)渡]事實(shí)上，工業(yè)生產(chǎn)中正是用這兩種試劑對(duì)硅進(jìn)行腐蝕的，我今天帶來(lái)了硅粉和氫氟酸（展示），要在這里演示一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)意圖：很多老師也沒(méi)有見(jiàn)過(guò)氫氟酸，更不要提學(xué)生了，自然對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)都非常期待。我佯裝要打開(kāi)瓶蓋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)所有人都以為我下面要做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我突然住手，切換了一張穿著防護(hù)服的工人正在工作的圖片，告訴大家氫氟酸劇毒，我不能在這里做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我告訴同學(xué)們我曾經(jīng)在學(xué)校的通風(fēng)櫥里做過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我是這樣做的：先在表面皿中放了一些硅粉，然后倒了些氫氟酸，告訴同學(xué)們反應(yīng)很劇烈，然后我在這里巧妙地設(shè)置了一個(gè)“包袱”。[教師]當(dāng)我做完實(shí)驗(yàn)清理儀器時(shí)，我發(fā)現(xiàn)自己犯了一個(gè)錯(cuò)誤，有沒(méi)有同學(xué)知道我犯了什么錯(cuò)誤？[學(xué)生]氫氟酸也會(huì)和玻璃中的二氧硅反應(yīng)，不能在玻璃容器中進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)。[展示]拿出兩個(gè)表面皿（一新一舊），讓同學(xué)們透過(guò)表面皿看書(shū)上的文字，透過(guò)新的表面皿是可以看到書(shū)上的文字的，透過(guò)用過(guò)的那個(gè)舊表面皿是看不到書(shū)上的文字的，這就讓同學(xué)們親身感受到了玻璃被氫氟酸腐蝕的情況。[教師]正當(dāng)我在為自己所犯的錯(cuò)誤而懊惱時(shí)，我突然想起一句話：站在另外一個(gè)角度看錯(cuò)誤，錯(cuò)誤也許就是一項(xiàng)發(fā)明呀！有時(shí)我們不正是需要這種不透明的玻璃嗎？[展示]精美的冰雕玻璃（圖片上面的精美花紋正是通過(guò)與酸的反應(yīng)刻上去的）。[過(guò)渡]因?yàn)闅浞嵊卸?，剛才老師沒(méi)有做成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，氫氧化鈉沒(méi)有毒，老師一定要親自做一下（說(shuō)著隨手拿起一瓶氫氧化鈉，其實(shí)我早已再次埋下“包袱”，故意使用了玻璃塞，自然打不開(kāi)，我裝作很用力地要打開(kāi)的樣子，又請(qǐng)了一個(gè)高個(gè)子男生幫忙，還是打不開(kāi)，下面觀眾的心也被這一“意外”揪緊了，我裝作很慌亂地說(shuō)：“這該怎么辦？趕快看看大家的桌面上有沒(méi)有能打開(kāi)瓶塞的氫氧化鈉試劑瓶？哦！大家桌面上的氫氧化鈉都是橡膠塞的，可以打開(kāi)，老師做不成就不做了，請(qǐng)同學(xué)們開(kāi)始做吧?！保問(wèn)題]剛才瓶子為什么打不開(kāi)？[學(xué)生]氫氧化鈉能夠和玻璃中的二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉，而硅酸鈉有黏性。[強(qiáng)調(diào)]大家在保存氫氧化鈉溶液時(shí)一定要用橡膠塞，千萬(wàn)不要犯像老師這樣的錯(cuò)誤。[教師]當(dāng)我為自己所犯的錯(cuò)誤而懊惱時(shí)，突然又想到那句話：站在另外一個(gè)角度看錯(cuò)誤，錯(cuò)誤也許就是一項(xiàng)發(fā)明呀，我們能不能利用這個(gè)反應(yīng)生產(chǎn)一些黏性很好的“膠”呢？事實(shí)上，工業(yè)正是利用這種方法制備礦物膠的。[探究實(shí)驗(yàn)][設(shè)問(wèn)]通過(guò)自學(xué)材料及相關(guān)實(shí)驗(yàn)，分析水玻璃黏合劑的優(yōu)缺點(diǎn)，如果你是一名服裝廠的廠長(zhǎng)，你是否選用水玻璃做包裝盒的黏合劑？[學(xué)生]優(yōu)點(diǎn)是黏性好且能防火，缺點(diǎn)是呈堿性，如果我是服裝廠的廠長(zhǎng)，不會(huì)選用水玻璃做包裝箱的黏合劑，因?yàn)榉b會(huì)被堿性物質(zhì)污染，對(duì)顧客的皮膚有傷害。[教師]前些年，水玻璃一直被用作是包裝箱的黏合劑，但現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)明文規(guī)定，不能再用水玻璃做包裝箱的黏合劑，尤其是食品和服裝的包裝，那么，我們可以用水玻璃來(lái)干什么呢？[展示]硅膠干燥劑的圖片。[實(shí)驗(yàn)]用硅酸鈉制硅酸凝膠形成凍狀物，即使試管口朝下亦不會(huì)流出。[過(guò)渡]同學(xué)們，剛才提到二氧化硅可以制硅，你見(jiàn)過(guò)二氧化硅嗎？[展示]各種各樣的二氧化硅（石英砂、水晶、瑪瑙樣品）。[過(guò)渡]二氧化硅的結(jié)構(gòu)類似金剛石（展示模型），所以它特別堅(jiān)硬，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，人們通常用它做磨料，中國(guó)古代有句話：他山之石，可以攻玉。這里的石指的不是石頭而是石英砂，攻也不是攻打，而是研磨的意思，我手中的硅片（展示下頁(yè)圖3），其中一面不太光亮，另一面光亮如鏡，將來(lái)要在光亮的這一面上面做電路，這么光亮的硅片也是通過(guò)直徑為40nm的二氧化硅打磨而成！[過(guò)渡]二氧化硅除了上述作用外還可以做光纖。[視頻]光導(dǎo)纖維。[展示]光纖燈（圖4：滿天星）。[教師]有些同學(xué)看到我手里拿的滿天星，會(huì)說(shuō)：老師，我原來(lái)在路邊地?cái)們荷弦?jiàn)過(guò)這種燈，當(dāng)時(shí)我還以為是塑料絲做的，沒(méi)想到竟然是光導(dǎo)纖維！我要告訴同學(xué)們，你們的直覺(jué)很好，這的確不是真的光纖，真的光纖在這里（展示），我手里的光纖燈雖然是假冒的，但不偽劣，這是用塑料通過(guò)特殊工藝?yán)频乃芰瞎饫w，它的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，維護(hù)方便，目前多被應(yīng)用于局域網(wǎng)的架設(shè)，二氧化硅做的光纖主要應(yīng)用于主干網(wǎng)的架設(shè)，事實(shí)上，現(xiàn)在的市場(chǎng)上就有兩種光纖，你如何鑒別呢？[學(xué)生]可以用加熱的方法，二氧化硅做的光纖熔點(diǎn)高，不容易熔化。[課堂總結(jié)]總結(jié)硅酸、二氧化硅和硅酸鈉之間的轉(zhuǎn)化條件和方法。[結(jié)束語(yǔ)]同學(xué)們，今天我們主要學(xué)了硅和二氧化硅的相關(guān)知識(shí)，是硅，使這兩天許多的精彩通過(guò)這臺(tái)電腦（芯片）得以向各位展示，是二氧化硅（光纖），使這兩天許多難忘的瞬間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向更遠(yuǎn)處傳播，在這即將分手的日子，讓我們所有的同學(xué)起立，面向所有的來(lái)自全國(guó)的老師說(shuō)一聲：老師，您好！老師，洛陽(yáng)歡迎您！五、教學(xué)反思應(yīng)該明白，教師在學(xué)校教的東西，大部分都會(huì)被學(xué)生忘掉，我們的學(xué)生從課堂走出去，不要在乎帶走什么知