第一单元 化石燃料与有机化合物优秀教案案例

《天然气的利用

甲烷》教学设计

甪直高级中学

薛勇军

一、教学指导思想

本节课以HPS教育为教学指导思想。HPS教育指把科学史(History of Science)、科学哲学(Philosophy of Science)和科学社会学(Sociology of Science)的有关内容纳入中小学科学课程中,它被很多国家的学者认为是提高公民科学素养的方式。

笔者尝试将HPS教育思想融入甲烷的教学设计中，让学生了解人类过去研究甲烷的历史、理解人类当前对甲烷的利用方式，关注人类未来开发利用甲烷的方向。在传授化学知识的同时培养学生对化学（科学）的兴趣，引导学生思考化学（科学）给人类生活和发展带来的影响，逐步去理解科学的本质；在促进学生对化学知识的逐步建构的同时，发展学生理性思维、批判性思维和勇于探索等方面的素养。

二、教学内容分析

本节内容处于苏教版《化学2》专题3第一单元第一课时，是学生高中阶段学习有机化合物的第一节课。有机化合物是人类赖以生存的重要物质基础，对国民经济的可持续发展和人民生活水平的提高都起着极为重要的作用。教材内容贴近生活实际，以天然气为载体，引领学生学习最简单的有机化合物——甲烷。作为必修模块的学习，主要是让学生了解有机化合物的最基本的知识和学习方法，感受到学习有机化学有趣实用，为选修模块的学习打基础。

《普通高中化学课程标准》（2017年版）与这节课内容相关的要求如下：内容方面要知道有机化合物分子式有空间结构的，以甲烷为例认识碳原子的成键特点；知道氧化、取代等有机反应类型，知道有机化合物之间在一定条件下是可以转化的；结合实例认识有机化合物在生产、生活中的重要应用；学生必做实验中包含搭建球棍模型；认识有机化合物分子结构的特点。课程标准对教学做了提示，提倡联系生产生活实际对典型的有机化合物的结构、性质及应用进行教学，建议把讨论可燃冰、页岩气等资源的开发利用作为学习活动。

三、学生情况分析

在初中化学的学习中，学生对有机物、化石燃料等有一定的了解，但非常粗浅。学生已知道天然气的主要成分是甲烷，是一种不可再生的化石能源，知道甲烷是简单的有机化合物，会写甲烷的分子式，初中未涉及甲烷的结构问题。苏教版高中《化学2》专题1第二单元中介绍了电子式、结构式的书写，举例介绍过球棍模型和比例模型。但学生对这些内容的学习主要采取识记的学习方式，缺乏理解，掌握情况并不理想。

另一个学习困难的地方来源于学科间的协同方面，本节内容安排在高一年级下学期学习，此时学生尚未学习高中立体几何知识，学生的空间想象和空间思维能力较差。需要借助模型开展活动，帮助学生学习甲烷的空间结构相关知识。课上安排分组活动，每组2名学生。

四、教学目标及重难点

教学目标：

1.

回顾甲烷分子结构的发展历史，体验科学家从宏观现象逐步认识微观世界的过程；了解科学研究与合理想象、化学理论与实验技术之间的关系，了解人类认知能力有一定的局限性。

2.

认识甲烷是重要的燃料，通过查阅甲烷参数表，知道甲烷的燃烧热；认识甲烷存在爆炸范围，提高安全意识；提升信息处理能力。

3.

知道甲烷是一种化工原料；通过搭建球棍模型掌握甲烷的空间结构，并能够借助球棍模型演示甲烷的取代反应。

4.

通过观看CCTV最新纪录片片段，了解页岩气、可燃冰及其开采现状和发展前景，

激发创新意识，提升社会责任。

教学重点、难点：甲烷的结构、甲烷的取代反应。

五、教学过程

引入：目前苏州家庭使用的燃气大致有两种，一种是通过管道入户的，那就是天然气；还有一种是钢瓶装的燃气，用完需要更换的，那是液化石油气。今天我们学习天然气，那有多少同学家里使用天然气呢？请举手！（做个小调查，乘机调动学生进入上课状态。）

教师统计结果，差不多一半学生家里使用天然气。苏州现在使用天然气的家庭越来越多了，这得益于我们国家前些年的一项重大工程？学生脱口而出——西气东输。关于天然气，我们知道哪些呢？

我们按时间顺序来谈谈甲烷的前世、今生和未来。教学以时间为明线、以知识为主线，提供素材、组织学生活动，发展学生素养。课堂教学线索表如下：

表1

甲烷课堂教学线索表

时间线

甲烷的前世——了解人类过去研究甲烷结构的历史。

1.甲烷的分子式、电子式、结构式；

2.关于有机物成分的简单计算——以甲烷为例。

甲烷的今生——理解人类当前利用甲烷的方式。

1.甲烷用作燃料、甲烷燃烧的热化学方程式；

2.不纯的甲烷燃烧会产生爆炸；

3.甲烷用作化工原料，甲烷的取代反应。

1.查阅学案提供的甲烷性质表，书写甲烷燃烧的热化学方程式；

2.观看甲烷取代反应的实验视频；

3.分组利用球棍模型演示、解释取代反应的过程中化学键的断裂与形成；

4.书写甲烷取代反应方程式。

1.百度百科甲烷性质表格（节选）；

2.甲烷与氯气取代反应的演示实验视频。

甲烷的未来——关注人类未来开发利用甲烷的方向。

1.什么是页岩气、什么是可燃冰，页岩气、可燃冰有哪些优点；

2.美国、中国当前页岩气的开采现状；

3.中国试开采可燃冰的最新进展。

1.分组相互交流已知关于页岩气、可燃冰的知识；

2.集中观看视频，了解页岩气、可燃冰研究和开采的最新进展。

知识线

学生活动线

1.计算练习——教材例1；

2.分组活动，利用橡皮泥、牙签搭建甲烷可能的结构模型。

素材线

1.甲烷分子结构的研究历史，以时间为横坐标制作成时间轴，突出主要科学家及其在甲烷研究方面的贡献；

2.牙签、橡皮泥（18组）。

1.页岩气简介（科普中国版）；

2.大国重器（第二季）第四集，剪截出我国页岩气开采成功、制造“阿波罗”系列压裂车并出口到美国的片段；

3.大国重器（第二季）第五集，剪截出我国

利用“蓝鲸1号”钻井平台试开采可燃冰打破世界纪录的片段。

素养发展线

1.宏观辨识与微观探析：能从元素和原子、分子水平认识甲烷的组成、结构、性质和变化；

2.证据推理与模型认知：具有证据意识，能基于甲烷燃烧实验定性分析推理、定量计算确定甲烷的组成，猜想、证明甲烷的结构；

3.科学精神：能理解和掌握基本的科学原理和方法，能运用科学的思维方式认识事物，独立思考、独立判断，具有好奇心和想象力；能不畏困难，有坚持不懈的探索精神。

1.变化观念：知道甲烷的燃烧、爆炸、取代反应等化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律，化学反应伴有能量转化，人类可以利用化学反应获得所需要的新物质或能量；

2.科学态度：具有安全意识，认识化学对创造更多物质财富和精神财富、满足人们日益增长的美好生活需要的重大贡献。辩证认识化学（科学）对人类社会的影响。

3.模型认知：利用球棍模型帮助理解、解释甲烷的化学变化。

1.科学态度与社会责任：具有探索未知、崇尚真理的意识，具有节约资源、保护环境的可持续发展意识；

2.国家认同与国际理解：具有文化自信，客观、理性看待当前中国在科学技术领域的进步与不足，具有全球意识和开放心态，关注全人类面临的能源问题，逐步理解人类命运共同体。

结尾：套用孙中山先生的名言，勉励学生努力学习——革命尚未成功，同学仍需努力！

布置作业：课后查阅相关资料，制作一份介绍页岩气或可燃冰的思维导图与同学交流。

六、板书设计

七、教学效果评价

2018年4月26日，吴中区高中化学备课组长会议在我校召开，笔者准备了《天然气的利用

甲烷》这节内容上公开课。4月份中美贸易摩擦升级，4月16日美国商务部宣布，未来7年将禁止美国公司向中兴通讯销售零部件、商品、软件和技术。这家号称是中国第二、世界第四的通讯巨头由于核心技术受制于人，无法正常运营，甚至传言即将破产。国内媒体一片哗然，为何中国造不出自己的芯片？我国的科学技术究竟达到怎样的水平……结合平时所做的关于HPS的课题研究，笔者决定在这节课中拿出一定的时间介绍我国在甲烷相关领域取得的最新进展。课堂第三部分——甲烷的未来，播放视频展示了我国在页岩气开采、压裂车制造、可燃冰试开采等方面取得的成就，我国处于世界领先水平，教室里多次爆发出热烈的掌声，我切身感受到情感因素对上好一节课的重要性。

第二点感受就是同行对课堂变革的肯定和支持。在设计这节课的过程中，我有一些顾虑。由于前面要拿出时间回顾历史、讨论甲烷的结构，后边又要留足时间播放视频、放眼甲烷的未来，所以只能压缩“甲烷的今生”这部分时间，而这部分是关于甲烷化学性质的知识，这被认为是传统化学课堂教学中最重要的部分，我只能安排大约三分之一的课堂时间。这样安排能不能被听课的老师认可，又会收到怎样的评价，我十分忐忑。为了实践HPS教育这一教育理念，我只能硬着头皮上。课后交流中，兄弟学校听课的教师和区教研员都给予了较高的评价，这让我备受鼓舞。从他们的交流发言中，我也能体会到他们对核心素养的学习与理解，对课堂教学变革的思考，这是“核心素养”落地生根的基础。

八、教学设计特色

1.

这节课的设计融入HPS教育元素，教学过程以时间为明线、以知识为主线，提供素材、组织学生活动，发展学生核心素养。

2.

在回顾人类研究甲烷的历史部分，以时间轴的形式呈现主要科学家及其贡献，课件整体设计借助了FOCUSKY软件，这些都提升了内容的展示效果。板书和课后作业借助思维导图技术，有利于引导学生使用学习工具提高学习效率。

3.

运用最新纪录片片段，展现科学研究、工程技术的前沿成果。《大国重器（第二季）》

于2018年2月开播，这是中央电视台重点纪录片项目，其背后强大的制作团队确保影片的高质量。从中选取合适的片段用于教学，其独特的视角、震撼的画面与音效在教学中发挥了非常好的效果。

本教学设计是江苏省教育科学‘十三五’规划专项课题核心素养背景下的高中理科HPS教育研究阶段性成果，课题批准文号：C-b/2018/02/45