课题1 水的组成教学设计第一课时

巧用化学史料

渗透科学方法

促进深度学习

—《水的组成》教学设计

一、设计思路

本节课位于人教版教材第四单元的第3个课题。因为本课题是学生首次接触物质组成的探究，所以设计本课时选取人类认识水的组成的部分史实，将相关教学内容与科学发展过程恰到好处地融为一体，系统探究水的宏观组成和微观构成，将科学家研究的历程和思维自然的展现在同学面前，为学生后续学习物质组成推导提供借鉴，同时让学生在活动中体验和感悟化学学科观念和思想方法。

二、设计方案

（一）教学目标设计

知识与技能：通过本课题的学习使学生认识水的组成，并初步能从组成上识别氧化物，区分单质和化合物。

过程与方法：通过氢气燃烧和水的电解实验现象的观察、讨论、分析，使学生初步学会运用观察、实验等方法获取信息并运用比较、分类、归纳等方法对信息进行加工，深对宏观现象背后的微观成因的理解。

情感态度与价值观：结合化学史了解人类认识水的组成的历程，了解科学家研究物质组成的一般方法。体会化学家在研究过程中的科学精神，初步建立包括元素观、微粒观和转化观等在内的学科观念。

（二）教学过程设计

教师活动

［引入］同学们，世间万物形形色色、种类繁多，从很早的时候人们就开始思考万物的本源究竟是什么。古希腊的哲学家们认为，万物是由“火、气、土、水”四种基本要素组成。而中国古代的哲学家则认为组成万物的基本要素是“金、木、水、火、土”。不管是四元素说、还是五行学说，中西方的哲学家都不约而同的把水看成是一种元素！这个虽然都只是哲学意义上的推想和臆测，但在很长的一段时间里人们对这种朴素的自然哲学观始终深信不疑。

［设问］那么与我们生活、生命息息相关的水真的是一种元素吗？下面我们就一起沿着科学家的脚步，去揭秘水的组成！

［师］在18世纪末，卡文迪许和普利斯特里等众多科学家首先研究了水的

学生活动

聆听，好奇，渴望了解

设计意图

引入就开门见山，直奔主题，紧紧围绕本节课的课题“水的组成”的本质与核心展开介绍，同时为后面逐步梳理“水的组成”的历史研究脉络做好铺垫，也让学生感受到人们对事物的认识是不断发展和变化的。

在化学史素材的呈现上舍弃了一些庞杂的内第

1 页

共

6 页

生成。他们利用氢气在氧气中的燃烧得到了水。

［过渡］那么氢气究竟是怎样的一种气体呢？下面我们通过实验来认识一下这种气体。

［师］这是一个储气罐，顾名思义，就是用来储存气体的，老师课前用排水法收集了一大罐氢气。能用排水法收集氢气，说明氢气具有怎样的性质？

［师］］在通常状况下，100毫升水中能溶解3毫升的氧气，但是却只能溶解1.83毫升的氢气。所以在同等条件下，哪种气体在水中的溶解能力更弱？

［师］在通常状况下，氢气有颜色吗？

［师］那它的气味又如何呢？如何正确闻气体的气味？

［师］氢气氢气，它真的很轻吗？老师这里有一杯肥皂水，我请一位同学尝试着来吹几个氢气泡。

［师］氢气是目前自然界发现的最轻的气体。所以它还可以怎么收集？

［师］请同学们把这部分内容记录在学案上。以上我们研究的是氢气的物理性质。氢气的化学性质如何呢？我们继续探究。

［演示实验］氢气爆炸实验

［师］氢气爆炸的威力还是很大的。事实上，实验测定，空气里如果混入氢气的体积达到总体积的4.0%～74.2%，遇到火源就会发生爆炸。这个范围叫做氢气的爆炸极限。

［过渡］所以氢气使用时一定要注意安全！点燃前，我们必须要先检验它的纯度，简称验纯。

［演示实验］氢气验纯。（边描述、边操作）

［师］声音很轻，就说明氢气很纯。

［演示实验］氢气燃烧（贮气瓶接口上连接一根铝管）

［投影］现象：产生淡蓝色火焰，放出大量热，烧杯内壁出现水雾。

［师］这说明氢气燃烧生成了什么？

［师］氢气在空气中燃烧，实际上是和

认真倾听、思考、

观察现象，

从现象中总结氢气的物理性质

对比、分析数据，定性的描述氢气的溶解性

［学生实验］闻气体气味

［学生实验］吹氢气泡

认真完成学案

学生观察、描述实验现象

学生观察、描述实验现象

学生观察、描述实验现象并记录。

容，如氢气、氧气的发现，而是言简意赅的介绍了科学家首先研究的是水的合成，从而自然的转入到氢气性质的实验探究部分。这样是想避免细枝末节喧宾夺主，弱化探究主题，同时也是为了使教学内容和化学家研究过程可以更好的契合。

通过数据对比，让学生更直观的了解氢气的溶解性。

通过让学生亲自参与完成相关的实验，并进行评价证据的收集与分析，逐步培养学生的证据意识，培养基于证据的思维！

给学生以视觉、听觉的震撼，同时引发其进一步的思考。

第

2 页

共

6 页

空气中的哪种物质在反应？

点燃

［板书］氢气+氧气

水

［师］因为氢气燃烧热值高，产物是水，无污染，所以氢气被认为是一种理想、清洁的高能燃料，液氢已应用于航天等领域。

［师］我们通过前面的学习已经知道，化学反应前后元素的种类是不变的。这个实验的反应物中存在着两种元素，所以水中也应该存在这两种元素，据此我们就能推断出水的组成元素，分别是氢元素和氧元素！

［投影］水由氢元素和氧元素组成

师］小结：历史上卡文迪许和普利斯特里也完成了这个实验，但是由于他们深受古代自然哲学的影响，始终认为水是一种元素，因此距离发现水的组成仅一步之遥，“当真理碰到鼻尖”的时候，还是遗憾的与其失之交臂了。

［过渡］但是在同时期，有一位科学家就敢于反对旧的传统观念，具有批判和怀疑的头脑，同时非常善于运用合成和分解的可逆来分析和认识物质，他就是法国著名的化学家----拉瓦锡！

［师］同学们还记得拉瓦锡是如何研究空气组成的吗？

［师］很好，拉瓦锡利用氧化汞的生成和分解研究了空气的组成。

［师］在研究水的组成的时候，他也充分运用了这种辩证的思维方式！他不但进行了水的合成，还完成了一个相反的实验，进行了水的分解！这个实验就是著名的“枪管实验”！

［投影］“枪管实验”图片

［师］描述“枪管实验”

［过渡］由于当时实验条件的限制，水必须要在一千多度的高温下才能分解，条件非常苛刻！但是后来随着伏打电池的发明，人们找到了一种更简便的方法。1800年，英国化学家和物理学家尼科尔森采用伏打电池成功实现了对水的分解。这也是人类第一次用电流实现的化学反应。它使人们认识到可以将电用于化学研究。许多科学家纷纷用电做

总结氢气的化学性质

学生认真倾听、思考

通过氢气的燃烧实验，让学生了解氢能源的优点，逐步明晰物质的性质和用途之间的辩证关系，为后面介绍光催化分解水的应用前景做好知识铺垫！

让学生感受和认识到研究物质组成的一种重要方法—合成！

通过梳理“水的组成”的发现史，将科学家研究的历程和思维展现在同学面前，从而帮助学生认识到：在化学研究中科学方法的使用非常重要，但同时谁能首先同束缚科学发展的传统观念决裂，敢于提出新思想、新见解，谁就可能做出突破性的发现。

通过对拉瓦锡研究空气成分实验的再认识，深度挖掘其研究物质成分的思想方法，提升化学史料的教学价值！

学生认真倾听

学生回忆拉瓦锡的经典实验

学生阅读资料、积极思考

学生认真倾听

让学生体会科学家勇于探索和不断创新的精神！

第

3 页

共

6 页

各种实验。

［过渡］下面我们就一起来利用水电解器，模拟尼克尔森的实验来电解水！

［师］介绍霍夫曼电解器的构造并强调注意点

［演示实验］水的通电分解

通电

［板书］水

氢气+氧气

［师］化学反应前后元素的种类不变。据此我们就能推断出水的组成元素。

［资料介绍］光催化分解水

随着科学技术的发展，1972年开始科学家已经着手研究用光来催化分解水。但是人们所研究和发现的光催化剂仍然存在诸多问题，如光催化剂大多仅在紫外光区稳定有效，能够在可见光区使用的光催化剂能量转化效率低等，这些阻碍了光解水的实际应用。光解水的研究是一项艰巨的工作，虽然取得了一些进展，但是科学家还有很多工作需要进一步研究。但是一旦研究成功，氢能源得到大规模推广使用的话，将会解决世界能源危机。

［师］人们对事物的认识总是从定性进入定量，从宏观逐渐走向微观，水的组成也不例外！1805年，法国化学家盖·吕萨克通过实验定量研究了水的合成。

［史料介绍］盖·吕萨克的定量实验。

［师］但是当时由于道尔顿的原子论深入人心，按照他的理论，这个反应是2个氢原子和1个氧原子反应生成2个“水原子”，也就是说一个“水原子”里有1个氢原子和0.5个氧原子，那么问题来了：不可分的氧原子是如何变成半个的呢？直到1811年另一位化学家阿伏伽德罗引进了“分子”的概念，这一问题才得到圆满解释。原来气体是以分子状态存在的，不同的分子由不同数量的原子构成。在同温同压下，气体的体积比为分子个数比。这一定律也被后人称之为阿伏伽德罗定律。

［师］因为氢气、氧气、水蒸气的体积比为2:1:2，所以它们的分子个数比也为这个比值。化学反应前后原子的种类和个数是不变的，据此，我们可以推断出

学生观察实验、讨论汇报并记录在学案。

积极思考

对史料教育价值的挖掘，让电解水这个实验活动有理可循。

通过对比分解水的不同方法，拓展学生的视野，让他们感受到化学的发展与实验条件、技术的进步密不可分！同时和前面氢能源利用的优点相呼应，让学生体会到化学发展对于人类社会的意义，从而增强学习化学的兴趣！

学生认真倾听、积极思考、参与分析。

通过展现科学家对水分子研究的史实，逐步培养学生的逻辑思维能力和推理分析能力，让学生进一步感受化学家研究化学的方向和思路---从定性逐渐转到定量，从宏观逐步进入微观。同时认识到化学理论在创立的过程中，在某一特定时期会具有一定的局限性，但是由于实验的支撑，它也在不断的得到纠正和完善。

第

4 页

共

6 页

一个水分子中应该含有几个氢原子和几个氧原子？水的化学符号应该怎么表示？

［板书］H2O ［师］到这里水的真面目才真正被揭开！

［师］前面我们已经学习了分子和原子的相关内容，同学们能不能说说看化学反应的微观本质是什么？

［师］据此，同学们能不能尝试来分析一下水通电分解的微观过程！

［动画播放］水通电分解的微观过程［师］在这个过程中，哪一种微粒发生了改变？哪一种微粒没有变化？

［师］所以说原子是化学变化中的最小粒子！

［师］最后我们再来研究一下黑板上的这几种物质。氢气、氧气、水是纯净物还是混合物？

［师］氢气、氧气分别由几种元素组成？

［师］在化学上，我们把类似于氢气、氧气这些由一种或者说同种元素组成的纯净物称之为单质。

［投影］单质：由同种元素组成的纯净物

［师］想想看，我们学过的物质中哪些属于单质？

［师］再来看水。水由几种元素组成？

［师］在化学上，我们把像水这类由不同种元素组成的纯净物叫做化合物。

［投影］化合物：含有不同种元素的纯净物

［师］再来想想看，我们学过的物质中又有哪些属于化合物呢？尽可能多举些例子。

［板书］P2O5、KMnO4、KClO3、MnO2、SO2、CO2 ［师］水中除了氢元素之外，还有一种元素是什么？

［师］在化学上，我们把水这类由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物称之为氧化物。

［投影］氧化物：由两种元素组成，其

学生回忆分子、原子的相关知识

学生思考、讨论、交流

动画的播放可以丰富教学形式和手段，帮助学生更直观的理解水通电分解的微观过程！

小组内交流，相互合

作，回顾已经认识的

物质，结合物质的化

学符号，判断其组成。

写出答案。

运用比较的方法从物

质组成的角度对纯净物进

行分类。

汇报答案

第

5 页

共

6 页

中一种是氧元素的化合物

学生讨论、交流

［师］刚才老师在黑板上写的这些物质都属于氧化物吗？为什么？

［师］到目前为止，我们已经学习了纯净物、混合物、单质、化合物、氧化物这五类物质，那么这五类物质之间有怎样的联系呢？请同学们思考一下，并在学案上将这些物质填入对应的方框。

［实物投影］学生讲义。

［师］俗话说：物以类聚，人以群分！分类是一种重要的科学方法，可以使复杂物质简单化，对研究化学物质具有重要的意义！运用分类的方法，可以帮助我们更好的认识这些物质。

［师］今天我们沿着科学家的脚步，从学生讨论、交流

定性到定量完整地揭秘了水的宏观组成和微观构成，我们可以看到科学家分别从“合成”和“分解”的角度进行了研究。物质的组成是化学研究的一个很重要的方面，以后我们研究陌生物质的组成也可以从“合”与“分”的角度进行辩证思考。最后再请同学们思考一个问题：你觉得水的组成的研究历程，带给我们哪些启示？

［总结］同学们说的非常好，通过梳理相关史实我们发现，在我们今天看来很简单的一个常识性知识，其发展历程却非常的漫长而艰辛。这也启示我们化学发展的每一步都和化学家的不断努力息息相关，化学理论在创立的过程，需要不断地突破束缚，勇于探索！

通过辨析氧化物的概念，进一步加深学生对这一概念的认识和理解。

分类的思想是中学化学中一种基本的、重要的思想方法。在化学知识的学习中逐步渗透这种思想，不但可以丰富学生对物质的认识视角，也可以培养学生的核心素养！

让学生体悟科学家勇于探索和百折不挠的科学精神！

三、教学反思：

美国著名科学史家萨顿曾说：“科学史能够帮助我们达到教学的主要目的，它能够说明科学之意义，科学之功能和方法，科学之逻辑的、心理的和社会的含义，科学之深刻的人性以及科学对于思想净化和文化整体化之重要意义。”化学史是科学史的一部分，是人类发展史的重要组成部分，我国著名化学家傅鹰先生也有句名言：“化学给人以知识，化学史给人以智慧”。这些著名科学家的论述告诉我们：化学史是化学教育的重要资源，生动的历史史实,对培养学生的探究精神具有重要价值。学生学习化学理论、化学概念的过程与化学科学形成和发展的过程类似。因此，巧妙借用化学史，将相关教学内容与科学发展过程恰到好处地融为一体，将化学理论形成的来龙去脉中关键的几步清晰的重现，有利于学生在学习中感悟尊重事实,百折不挠的科学精神；体会勇于质疑,大胆创新的科学态度；形成严谨求实，科学系统的思维方式！

第

6 页

共

6 页