第三单元　含硅矿物与信息材料课件配套优秀教案案例

必修1专题三第三单元《含硅矿物与信息材料》

一、教学分析

1.教材内容分析

本单元的学习目标对应浙江省《普通高校招生选考科目考试说明》相关内容是“硅在自然界中的存在要求（a）;硅及其化合物（以SiO2和Na2SiO3为例）的重要性质（b）；工业制取高纯硅的方法（b）;三大硅酸盐产品（a）;硅、二氧化硅在信息技术、材料科学领域中的应用（a）”。教材内容不再围绕学习元素化合物的主线（存在、组成、结构、性质、制备、用途）编排，表面看上去有些散乱，不太利于学生建立知识体系。本教学设计以“工业获取单质硅为主线”，进行教学，构建了从自然界获取新物质的思维模型，对教材内容进行了重构和补充。

2.

学生分析：

通过必修1的学习，学生已经建立了两大主线，其一是元素化合物的学习主线，诸如分类思想、氧化还原思想、存在决定制备、性质决定应用等；其二，从自然界中获取物质的主线，诸如“从海水中提取镁”“用黄铁矿制取硫酸”“从矿石中获取铝、铁、铜”等，更容易接受从含硅矿物中获取单质硅的学习主线。学生初步具备通过查阅资料、观摩微课获取有用信息的能力，但是在新情景中对信息加以处理以解决问题的能力还需进一步提升，同时对化学与材料开发密切关系、化学创造物质财富和精神财富的认识还需要加深。

3.我的思考：

本单元需要安排2课时，本教学设计是第1课时，以“工业获取单质硅”为主线，对工艺中涉及的新内容及信息加以处理，在任务驱动下，学生在旧知基础上，借助网络微课的信息技术获取新知，并在问题解决中内化新知，逐步构建从原材料获取产品的思维模型，有效帮助学生建立稳固的认知途径，同时培育学生的科学态度与社会责任素养。

二、教学目标

1.知识与技能：

（1）了解硅元素在自然界中的存在。

（2）掌握硅及二氧化硅的重要性质,认识它们在生产、生活以及当代高科技中的应用。

（3）掌握二氧化硅为原料获取高纯硅的方法原理。

（4）培养学生的自主学习能力，信息搜集处理能力及团队合作精神。

2.过程与方法：

本设计以开放式教学为指导思想，辅助以微课、网络检索等信息技术手段，让学生在不断解决问题的过程中，建构理论知识，增强实际分析、解决问题的能力和创新精神。

3.情感态度价值观：

认识化学科学在材料开发中的重要作用，体会化学对满足人民日益增长美好生活需要的重大意义，具有理论联系实际的观念，有将化学成果应用于社会的意识，拥有安全意识，在实践中逐步形成节约成本、循环利用、环境保护等观念。

三、教学重、难点

硅和二氧化硅的重要性质以及工业制取高纯硅的方法是本节课的知识重点，建立学科思维模型，促进学生认知发展和素养发展是本教学设计的难点。

四、教学过程

教学活动

【提出课题】从自然界中获取物质的一般流程：“预处理原材料——核心反应—分离提纯产品”，提出以石英砂为原料获取单质硅的课题

【资料展示】

信息1：普通的石英砂主要成分是二氧化硅，还有氧化铁、长石、云母和有机杂质等；

【引导学习】从以上提纯流程中可以得出二氧化硅具有怎样的性质？从类比的角度分析二氧化硅的化学性质？

学生活动

【课前活动】观摩网易精品微课，自学认识硅元素的存在以及单质硅的性质和应用

环节一：原材料的预处理

【课堂活动】根据文献中记载的石英砂处理过程的信息，分析操作要点

【讨论交流】

【汇报结果】

“粉碎”的目的？

“煅烧”的目的？

“酸浸”的目的？写出发生反应的离子方程式

【思考交流】

二氧化硅作为酸性氧化物与二氧化碳相似的性质

【观摩微课】

【补充归纳】

二氧化硅的性质及应用

【提出问题】

从SiO2获得单质硅是什么反应原理？理论上需要什么类型的试剂？

【引导学习】科学家们是怎么实现这个转化反应的呢？

【提供信息】已知高温下大多数元素的低价态氧化物比高价态氧化物稳定

环节二：通过核心反应获取单质硅

【讨论总结】

【汇报结果】根据氧化还原反应原理，需利用还原剂，列举常见的还原剂... 【参考化学史资料】1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。后称为“硅铁”即硅、碳、铁的合金。

【信息分析处理】分析可能的还原剂，尝试写出获取单质硅的原理

【迁移运用】尝试分析金属镁做还原剂制备单质的反应

【深度思考】结合金属镁的性质，预测镁过量时可能发生的反应

设计意图

引发学生思考，为学生活动做铺垫

使学生在有限的时间课堂时间里，利用所学解决工业问题，并获得新知

利用分类思想认识物质

利用微课，归纳整理

利用氧化还原知识理解工业获取单质硅的原理

利用化学史激发学生的学习热情

迁移运用

深度学习

【引发思考】上述方案得到的硅纯度如何？可以直接用于芯片、太阳能、电子工业的制造吗？

【设置情景】粗硅中含有微量的铁、铝、硫、磷等杂质，属于冶金级，含量为98%~99% 【引导思考】类比粗碘的提出原理

环节三：粗硅的提纯

【阅读信息】多晶硅纯度分为两个等级：太阳能级多晶硅纯度为：99.9999%（6N）,主要用于太阳能电池芯片的制造；电子级多晶硅纯度为99.999999999%（11N）主要用于半导体芯片制造。

【参考资料】在加热条件下，硅与卤素单质反应生成熔沸点较低的四卤化硅。

【思考归纳】除杂原理和方法

将目标产物与杂质转化为易于分离的两相物质

真实数据信息与思维碰撞，激发探索欲望

提升分离提纯思维

【提供信息】SiX4(x=F/Cl/Br/I)的熔沸点

【引导思考】从安全性、可控性、经济、原料来源等方面考虑

【提供信息】

SiCl4以及杂质氯化物AlCl3、FeCl3、PCl5的熔沸点或升华温度

【交流讨论】

【汇报总结】结合信息，并根据储备知识分析工业上选择氯气作为提纯试剂的原因可能有哪些？

培养学生应用知识解决实际问题。培育科学态度，提升社会责任感

【思考1】利用信息分析如何分理出SiCl4? 需控制的温度范围是多少？

【思考2】为什么选择用氢气做还原剂而没有选择用焦炭？

锻炼整合信息能力

分离提纯原理的运用

【课堂总结】

五、教学反思

【整理归纳】

【感悟提升】

构建思维模型

在元素化合物的教学中，模型认识是培养学生高阶思维的有效途径，本堂课设计让学生从石英砂到单质硅的转化事实中获取信息，提取证据，依据物质类别、反应特征、事实信息等寻找充分证据，提升了学生的认知水平。本教学设计重点突出，层次分明，充分利用微课、信息资料，使学生学习热情高涨，比起单纯按照“结构、性质、转化、应用”的元素化合物教学，更具有研究意义。