复习题新颖的课程导入教案

人教版·高中化学选修三

“金属晶体”第一课时

教学设计

四川省彭州中学

刘琳

一、教材分析

结构与性质的关系，是化学学科的基本研究视角和基本学科观念。如果说必修一为学生建立起了物质性质与反应现象的宏观基础，必修二为学生初步建立了“结构决定性质，性质反应结构，性质决定用途”等学科基本观念，那么选修三就应该是让学生学学会如何从结构入手，去预测分析与推断物质的性质，让学生明白所说的“结构”指的到底是什么。这使得选修三学术色彩更加浓厚，也加剧了理解的抽象性和难度。从学习进阶理论看，选修三有着强化“宏观辨识与微观探析”等核心素养的教育教学价值。

“金属晶体”位于选修三第三章第三节，属于选修三结尾内容。包括了金属键理论及其附属概念、金属物理通性的解释、金属晶体堆积方式及延伸出来的相关计算等内容。以下是人教版、鲁科版、苏教版教科书对该内容的编排逻辑：

版本

人教版

编排逻辑

直接呈现金属键及电子气理论，用电子气理论解释金属物理通性，接着呈现金属原子堆积方式：简单立方、体心立方、六方最密、面向立方。设计了“学与问”、“资料卡片”、“实践活动”等栏目以承载学生活动。

鲁科版

通过呈现将1molFe、Cu、W转变成气态原子所需的热量，引出金属金属键及其实质，接着运用金属键解释了金属的部分通性。设计了“学海无涯”资料栏目阐释不同物质导电性的原因。“电子气”理论置于习题中，而金属晶体结构则放在后一节介绍。

苏教版

呈现“交流与讨论”栏目，根据金属的用途总结金属的物理通性，引出金属

键定义，运用金属键理论解释金属通性，通过“交流与讨论”栏目总结得出影响金属键强弱的因素，接着介绍金属晶体的堆积方式。

通过对三版本“金属晶体”内容编排逻辑的简单梳理，可以发现其编排顺序是一致的，即先以演绎的方式呈现金属键的定义，再运用金属键理论解释金属导电性、导热性、延展性等。但不同的地方在于人教版多以图片为策略帮助学生理解，而苏教版和鲁科版则有图片之外的素材，比如数据表格。让学生通过归纳的方式理解金属键强弱的影响因素等。

《普通高中化学课程标准（实验稿）》对本内容的内容标准表述为：“知道金属键的涵义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质”。活动建议为：“为什么金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性？”因此设计学习任务让学生从讨论中理解金属物理通性就显得格外重要。

基于以上分析，确定教学的知识线为：呈现素材，得出金属键理论（电子气理论），再基于此理论合作讨论金属物理通性。对于学习过程的设计以及教学策略设计，则吸取鲁科版和苏教版的数据表格作为素材承载，以丰富课堂活力。

二、学情分析

学情分析是教学目标设计、重难点设计、教学策略及学习过程设计的重要依据，一般而言可以从已有知识、认知水平特点、可能存在的障碍点等方面进行分析。具体为：

1.已有知识基础：具备“结构决定性质，性质决定用途”的基本学科观念，知道金属内部存在自由电子，知道金属的物理通性。能说出离子键、共价键的本质与特征等。

2.认知水平特点：高二学生认知水平处于皮亚杰认知发展阶段论的形式运算阶段，其思维形式可以摆脱思维内容，具备较强的抽象思维能力。因而也具备从具体实验数据归纳出规律，以及将规律演绎或迁移到具体情境中，从而解决近迁移问题的能力。所以，结合动画理解金属建理论，运用金属键理论解释金属通性，以及从数据中归纳出影响金属键因素的具体任务，应该可以顺利完成。

3.可能存在的障碍点：小组合作运用金属键解释金属物理通性时，难以解释全面。

三、教学目标

基于教材分析及学情分析，将本节课的教学目标设计为如下：

1.知识与技能

（1）通过阅读“保罗•德鲁德提出电子气理论”的材料，归纳说出金属键的本质、成键微

粒、特点等，从而丰富对化学键的认识；

（2）以小组讨论的方式，在回顾金属物理通性的基础上，运用金属键理论解释金属导电性、导热性、延展性；

（3）通过分析给定数据表，归纳出影响金属键强弱的因素，从而会对简单金属熔沸点及硬度大小进行排序。

2.过程与方法

（1）经历从金属微观结构去解释金属性质的学习过程，进一步强化从结构出发预测、推断、验证、解释物质性质的思路与方法；

（2）通过从给定数据表归纳出影响金属键强弱因素的过程，进一步强化归纳总结的方法与能力；

（3）通过从宏观金属物理通性的辨识，到微观探析这些性质原因的过程，进一步发展“宏观辨识与微观探析”化学核心素养。

3.情感态度与价值观

（1）通过运用金属建理论解释金属物理通性的讨论活动，体会“化学在分子原子层面研究、改造、合成物质的自然科学”；

（2）通过了解化学可以通过改变金属结构从而制造出各种合金材料的事实，感受化学对人类发展的重要作用。

四、重难点

重点：对金属键本质的理解及从微观角度解释金属物理通性

难点：运用金属键理论对金属物理性质进行解释

五、教学基本思路框架

情境线

问题线

知识线

回顾金属是一种晶体

认识

电影《终结者》液

态金属机器人、金属材料性能的发

资料：Cu、Fe、W原子化热数据

金属的结构是什么样的？

了解金属的性能与结构有关系

金属中存在的力是什么作用力？

金属键的定义、金属中也存在强烈的作用力

电子气理论、金意识到金属中可能存在化学键

知道电子气理论，金属键本质，丰富化学键内德鲁德对金属内

六、教学过程设计

环节

环节一：呈现情境，提出问题（预计3min）

教师活动

【素材】PPT呈现电影《终结者》液态金属机器人作为素材

【陈述】电影中的液态金属机器人属于软体机器人，可以随意穿过任何细小缝隙。科幻学生活动

【观看】

【思考】

设计意图

从材料角度入手，提出研究问题，体现化学在社会发展

电影必然有虚构的成分，但也不是毫无依据。目前我国科学家已经研制出来了液态金属材料，为制造软体机器人提供了可能。从古代对青铜合金的使用，到现代的液态金属、记忆金属等，可以看出金属材料的发展是受人们对金属性能要求而驱使的。

【问题】从微观角度看，材料的性能应该由什么决定？那金属材料的结构又是什么样的？

【呈现】PPT呈现Cu、Fe、Cr的原子化热值。

【陈述】把1molCu、Fe、Cr分别变成气态，需要吸收的能量分别为：306.7kJ、340.2kJ、824.0kJ。

【问题】这说明什么问题呢？

【问题】金属原子间为何存在如此强的作用力？这种作用力又是什么？

【预期回答】金属性能应该由金属内部的结构所决定

【预期回答】

说明金属内部存在着非常强烈的作用力

中的重要作用，让学生感受化学的魅力，从而激发学习动机

环节二：

电子气理论与金属键（预计【呈现】PPT呈现德鲁德的电子气理论，且动画演示电子气理论

【问题】哪位同学可以给大家读一下，总结一下德鲁德的基本观点？

【观看】阅读、总结

【思考】

呈现电子气理论的相关史实，让学生从中总结了解电

6min）

【陈述】德鲁德认为，金属内部存在着金属离子与自由电子，自由电子属于整块金属共有。犹如气体一样充满了金属内部，所以后来人们把德鲁德这一模型称为“电子气”理论。把金属离子与自由电子之间这种强烈的相互作用称做“金属键”。

【板书】一、金属键

【问题】金属键的成键微粒就应该是什么？其特点是什么呢？

【陈述】我们就把金属离子与自由电子通过金属键形成的晶体称为金属晶体，常见的金属晶体有金属单质和合金。

【预期回答】金属键成键微粒为金属阳离子和自由电子。其特点是没有方向性与饱和性，与离子键类似。

【活动】汇报金属物理子气理论要点以及离子键的实质。

环节三：运用电子气理论解释金属物理通性，通过实验设计与实施验证解释和合理性【陈述】“电子气”理论提出的初衷，主要是为了解释金属的一些物理通性。请同学们以小组为单位，完成以下活动。

【小组活动】1.回顾金属常见的物理通性有哪些？2.尝试用电子气理论（金属键）解释这些性质；3.小组代表汇报讨论结果。

【问题】哪个小组先来说一下金属的物理通性有哪些？从电子气理论看，这些物理性质可能与什么有关系？。

通过小组讨论的方式，对已经熟知的金属物理通性进行解释。加深对金属键的理解。从宏观走向微观，进一通性有导电性、导热性、步培养宏观辨延展性等。这些物理性识与微观探析（25min）

【陈述】我们先来看导电性

【问题】金属为什么有导电性？

【陈述】也就是说，金属导电性与金属内部有自由电子有关系

【问题】如何设计实验证明金属导电性与自由电子有关系？请根据给定的实验材料，设计出实验方案。

【陈述-提示】只需比较有自由电子的铜导电性与没有自由电子“铜”的导电性强弱即可。如何除去铜中的自由电子呢？可以通过灼烧，让氧气与铜反应，这样氧气就夺走了铜中的电子。

【问题】这说明什么呢？

【陈述】在外加电场下，自由电子受到电场力作用而定向移动，形成电流。

【问题】是否只有金属能导电？

【问题】电解质溶液和石墨导电的原因与金属导电相同吗？

【陈述】石墨导电的原理也与自由电子有关系。电解质溶液中存在自由移动的阴阳离质可能与金属内部存在自由电子有关系。

【预期回答】金属内部的自由电子在电场中定向移动。

【实验方案设计】比较灼烧过的铜丝与未灼烧过的铜丝导电性强弱即可。

【实验】用简易导电率仪测铜丝和灼烧后的铜丝导电性。得出铜丝导电性强于灼烧后的铜丝

【预期回答】说明金属的导电性确实与金属内部存在的自由电子有关系。

【预期回答】电解质溶液、石墨也能导电

【预期回答】电解质溶液通过自由离子导电，石墨不得而知。

的能力与素养。同时，也可以进一步培养合作探究意识。进一步培养从假设出发进行实验设计，验证假设的科学方法。

子，在外加电场的作用下定向移动，因此也把电解质溶液称为离子导体。

【问题】金属为何具有导热性呢？如何设计实验证明？

【陈述】为什么自由电子跟金属导热性有关系呢，这是因为加热金属一端时，其自由电子撞击离子加剧，通过自由电子与离子的振动，把能量传播出去，从而可以导热。少了自由电子，导热性会下降。

【问题】延展性跟什么有关系呢？如何设计实验证明？

【陈述】延展性包括延性与展性，延性指的是拉成丝的性质，展性指的是压成片的性质。

【陈述】为什么缺少了自由电子，延展性会下降，这是因为当受到外力撞击时，有自由电子存在的话，金属原子只会发生相对滑

【预期回答】可能与自由电子有关系

【实验设计】加热灼烧过的铜丝与未灼烧过的铜丝，用纸巾垫着在另一端感受热量传递的差异情况。

【实验】发现灼烧过的铜丝导热能力弱于未灼烧过的铜丝。

【预期回答】也可能跟自由电子有关系。

【实验设计】看看灼烧过的铜丝与未灼烧过的哪个更易折断。

【实验】发现灼烧过的

动，自由电子就像润滑剂一样，而没有自由电子的话，直接断开。

【呈现】PPT呈现我国传统工艺中的“银丝绣”与“金缕玉衣”，也是利用金属延展性而制成的。

【小结】引导学生小结金属的导电性等物理通性均与其内部的自由电子有关系，可以用电子气理论来解释。

【问题】金属的熔沸点与硬度是否也与自由电子有关系呢？

【呈现】PPT呈现金属原子化热与离子电荷数、半径等关系

【问题】找出影响金属键强弱的因素

铜丝易折断

【思考】

【陈述】半径越小电荷越多，金属键越强，

金属熔沸点越高，硬度越大。

【练习】比较K、Na、Mg、Al的熔点并说明原因。

【问题】：至此，我们知道了金属内部存在着金属键，其强弱影响着金属的性能，不仅影响物理通性，对化学性质金属性的强弱也有影响。我们如何改变金属结构从而优化金属性能呢？

【预期回答】金属键受原子半径、离子电荷等影响，半径越小电荷越多，离子键越强。

【思考】

【呈现】合金相关材料，让学生梳理数为什么形成合金后硬度会变得更大。

【拓展延伸】呈现金属键的现代理论——金属能带理论，及查询资料的方法作为课堂结尾。

七、板书设计

【思考】

第三章第3节

金属晶体

一、金属键

1.电子气理论

2.金属键：金属离子与自由电子之间强烈的静电作用

3.成键微粒：金属离子与自由电子

4.特点：无方向性与饱和性

5.金属晶体：金属离子与自由电子通过金属键形成的晶体

6.运用金属键理论解释金属物理通性

7.金属键强弱：金属离子半径越小、电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。

八、设计反思

教学目标的达成与落实，关键在学习过程的设计以及教学策略的选择与设计上。本内容的特点之一就是，学术色彩浓厚，抽象性高。因此，设计了大量的学生讨论活动，旨在通过学生之间的交流，促进教学效果的提升。教学策略上，除了利用化学史、图表数据、分组实验等外，为了形象化、模型化金属的微观结构，还设计了大量的PPT动画，试图将金属内部结构形象化、可理解化。另外，本设计还试图从知识出发，培养、深化学生“结构与性质

的关系”、“宏观辨识与微观探析”等基本学科观念与核心素养，属于素养取向的教学设计。当然，更多的不足还需实际课堂教学给于反馈，不足的地方也是我未来教育教学中的努力方向。