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陈伯瀚
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北京市-北京市-海淀区 县级优课]
地区： 北京市 - 北京市 - 海淀区
学校：首都师范大学附属中学
共1课时
课题1 金刚石、石墨和C60… 初中化学 人教2011课标版
1指导思想与理论依据
STS 教育是科学(Science)、技术(Technology)、社会 (Society)教育的简称，STS 教育的基本思想是强调的是科学、技术与社会的关系和科学技术在社会生产、生活中的应用，在科学、技术、社会的背景下学习科学，在学习科学中理解科学、技术、社会的互动关系。学生在 STS 教育中将他们对自然界的理解（科学）与人造世界（技术）和他们的日常生活经验（社会）结合起来，如图（1）所示。 在STS 教育的基本思想的指导下，STS 教育的总目标如下：(1)满足个人的需要。应当使学生能够应用科学技术提高自身的生活质量，并使他们适应有科技发展带来的社会变化。 (2)解决社会问题。应当使学生学会认识和处理与科学技术有关的社会问题。 (3)有助于职业选择。应当使能力兴趣各异的学生认识到各种与科技有关的职业性质和类别。 (4)为了学习做准备。应当使那些有可能直接从事科学研究的学生获得学术知识，以适应进一步的学习需要。
图1.科学、技术、社会与学习者的关系
2教学背景分析与学情分析
本设计针对教材为人教版九年级化学，第六单元碳和碳的氧化物的课题1的第一课时。通过前五个单元的学习，1）学生已对化学学科的研究角度和学科特点有所了解，但对于化学学科在生产生活中的应用角度和应用方式并不了解；2）学生初步建立了的微粒观和反应观，具备了基本的实验能力。但对于具体物质的研究思想以及科学探究方法并不熟悉。 针对上述问题，一方面本设计结合STS教育思想，将大量社会素材及科学技术素材贯穿课程始终，让学生熟悉结构-性质-用途之间的联系这一化学学科思想的同时，将学科知识和工业技术以及社会生活联系起来，感受到化学知识在生产生活的不同领域都发挥着巨大的作用，了解化学学科对人类社会的价值，如图（2）所示。一方面本设计设置大量课前的问题解决任务，让学生运用之前所学的化学知识去自主设计实验完成实验，研究碳单质的物理性质从而培养学生自主学习的能力和实验探究能力。 图2.碳的物理性质教学设计中科学、技术、社会与学生的关系
3教学目标
知识与技能 1.通过实验和相关资料查阅，了解金刚石，石墨，活性炭的物理性质及应用，并通过电子显微镜图以及物质的微观结构模型了解其结构。 2.理解物质结构决定性质，性质决定应用；应用反映性质，性质反映结构。 过程与方法 1.通过课前任务，小组讨论实验方案以及实验操作，体验化学实验从设计到实施的全过程。 2.通过课上的小组汇报，展示实验成果，交流学习，加深对知识的记忆和理解。 情感态度价值观 1.通过课前在中国科技馆的参观和对碳纳米管性质用途的猜想，让学生感受新型碳单质材料在生产生活中的应用，也感受到前沿科研工作离自己并不遥远，激发学生对化学学科的兴趣，了解化学学科对人类社会的价值。
4重点难点
教学重点 金刚石，石墨，活性炭的物理性质及用途 教学难点 调动学生自主设计实验，验证或探究碳单质的物理性质； 理解物质结构，性质，应用之间的关系
5教学反思
1.教学效果评价 首先，在课堂实施过程中，学生对大量社会素材和科学技术素材承载知识的的课堂呈现方式反映强烈，兴趣十足，尤其是进入实验室亲手做自己设计的实验和去中国科技馆学习的内容，极大的激发了学生的学习热情，调动了学生自主学习的积极性。 其次，这种大量素材承载知识的方式确实在让学生获取知识的同时，提升能力。本节课利用碳单质的相关知识让学生理解结构决定性质，性质决定用途这一化学学科思想，进而让学生尝试应用这一学科思想大胆猜测C60和碳纳米管的性质和用途，以此培养学生的创新能力，使学生体验科学研究的魅力，也体会到科学研究离我们并不遥远，只不过是在正确理论指导下的异想天开。此外，学生有大量的学生课前活动，如：团队协作设计和实施实验，准备汇报实验，上网看书查阅资料，参观科技馆等，这些课堂以外的学习方法能够培养学生自主学习终身学习的能力。 最后，通过课后对学生的调查发现，这些不同领域的素材除了能承载知识本身，也让学生感受到了化学知识在不同领域的存在以及对人类社会的价值，很多同学表示更热爱化学学科也更明白化学是做什么的，更有一些同学表示愿意将化学作为自己未来的职业。 2.如何提高课前活动有效性 关于课前活动进行的有效性，我有几点感触。通常的学生活动存在学生玩得开心，知识没学会；或者是组长干活，组员看热闹等问题。同时学生设计的活动经常会想不到或想不准，使得结果不令人满意。如何使课前学生活动更为有效呢？ 首先教师任务布置要明确，对学生的分工要明确。例如本次活动中组长只负责组织安排，具体每一项任务都必须有专人负责，责任到人，如实验设计员，实验操作员，实验记录员，实验汇报员。再如任务布置中将问题设置成‘设计实验验证活性炭的吸附性’就不如‘想一想，活性炭的吸附性和哪些因素有关，试着选择一两个因素验证你的猜想’学生的执行效果要好。 其次，教师在学生活动中必须给与指导，例如学生在用竹炭包吸附可乐中色素时，猜想可乐中二氧化碳会对吸附有影响，但不知道如何除去，此时教师给与指导就十分必要也十分有意义。再如学生利用在家中存放很久的竹炭包来做实验，效果很差，教师立刻给与建议，将竹炭包加热后再使用，最终实验非常成功。这一建议极大的激发了学生的求知欲，立即上网查阅相关资料，自主学习。
6教学过程
6.1 第一学时
教学活动
活动1【导入】课前布置预习任务
| 教师活动 |
学生活动 |
设计意图 |
|
布置预习任务
1.自学书106-109页，填写学案
2.分六个小组自行设计实验，分别验证金刚石，石墨，活性炭的物理性质
3.参观中国科技馆，自学和碳的同素异形体以及碳纳米管有关的科普内容 |
1.完成预习任务
2.小组成员按要求分为：组长，实验设计员，实验操作员，实验记录员以及实验汇报员。利用自习课时间和老师讨论实验方案并进行实验
3.各组选择的任务
一组：利用实验室药品验证活性炭的吸附性，并探究木炭的吸附性
二组：利用生活中材料探究活性炭吸附性
三组：验证金刚石的硬度大并查找硬度的评价标准
四组：探究石墨的润滑作用
五组：验证石墨的导电性并比较不同铅笔芯的导电性区别
六组：组织参观中国科技馆并记录汇报碳纳米管及C60的相关知识 |
通过课前任务，小组一起讨论实验方案，并进行实验，体验化学实验从设计到实施的全过程，并锻炼学生团队合作能力，也体会化学知识在生活中的应用。
通过参观中国科技馆，丰富学生学习内容，激发学习兴趣，让学生在玩中自主学习。 |
活动2【活动】活性炭的物理性质
| 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
|---|
【问】请同学回忆预习学到的碳单质种类？
【讲】请大家注意：石墨，金刚石，C60都属于碳单质，其中活性炭，木炭，炭黑都是含有杂质的碳单质。
【问】活性炭有什么物理性质？
【讲】请一组二组同学汇报有关活性炭的研究成果
【问】活性炭为什么具有吸附性？ 【讲】用冻豆腐和豆腐入味程度不同打比方，解释疏松多孔结构
【展示】活性炭和木炭的电镜图 【介绍】这是微米级拍摄的活性炭和木炭的电子显微镜照片，利用电子显微镜我们可以看到物质在微米级别，纳米级别甚至更小的结构。
【小结】结合活性炭的例子，物质的结构，性质，用途三者之间存在什么关系？ | 【回答】
【观察】活性炭 石墨 木炭 炭黑 等物质
【回答】
【学生汇报】 一组： 设计实验一：《研究活性炭和木炭的吸附性》 设计实验二：《探究吸附时间对活性炭的吸附效果影响》 二组：介绍活性炭的用途，并介绍用买自超市的竹炭包吸附可乐中色素的实验结果。 【讨论】其它同学针对汇报提出问题
【回答】 【观察】冻豆腐和豆腐，因为冻豆腐的多孔结构，能吸收味道，所以更入味
【观察】
【回答】由于活性炭的疏松多孔结构，使得它有吸附性，正是由于它有吸附性，人们才把它用于除味剂和脱色剂等。 |
通过打比方，利用生活中熟悉实物，帮助学生理解结构和性质的关系
通过电子显微镜照片的帮助，使学生感受活性炭的结构
小结结构决定性质，性质决定用途 |
| 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
|---|
【问】请同学回忆预习学到的碳单质种类？
【讲】请大家注意：石墨，金刚石，C60都属于碳单质，其中活性炭，木炭，炭黑都是含有杂质的碳单质。
【问】活性炭有什么物理性质？
【讲】请一组二组同学汇报有关活性炭的研究成果
【问】活性炭为什么具有吸附性？ 【讲】用冻豆腐和豆腐入味程度不同打比方，解释疏松多孔结构
【展示】活性炭和木炭的电镜图 【介绍】这是微米级拍摄的活性炭和木炭的电子显微镜照片，利用电子显微镜我们可以看到物质在微米级别，纳米级别甚至更小的结构。
【小结】结合活性炭的例子，物质的结构，性质，用途三者之间存在什么关系？ | 【回答】
【观察】活性炭 石墨 木炭 炭黑 等物质
【回答】
【学生汇报】 一组： 设计实验一：《研究活性炭和木炭的吸附性》 设计实验二：《探究吸附时间对活性炭的吸附效果影响》 二组：介绍活性炭的用途，并介绍用买自超市的竹炭包吸附可乐中色素的实验结果。 【讨论】其它同学针对汇报提出问题
【回答】 【观察】冻豆腐和豆腐，因为冻豆腐的多孔结构，能吸收味道，所以更入味
【观察】
【回答】由于活性炭的疏松多孔结构，使得它有吸附性，正是由于它有吸附性，人们才把它用于除味剂和脱色剂等。 |
通过打比方，利用生活中熟悉实物，帮助学生理解结构和性质的关系
通过电子显微镜照片的帮助，使学生感受活性炭的结构
小结结构决定性质，性质决定用途 |
活动3【活动】金刚石和石墨的物理性质
| 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
|---|
【讲】请三组四组五组的同学汇报有关金刚石和石墨的知识。
【问】金刚石和石墨分别有哪些用途？这些用途反映出各自具有什么性质？
【讲】石墨和金刚石都是碳元素组成的物质，但物理性质差异非常大。请大胆预测二者的结构会有什么区别？
【展示】两张电子显微镜照片，一张是石墨，一张是金刚石，猜猜两张照片分别是哪种物质么？为什么你会这样猜测？ 【讲】性质的不同能够一定程度上反映出结构的不同
【展示】展示金刚石和石墨的微观结构实物模型，猜一猜这两个模型分别是哪一种物质么？为什么你会这样猜测？
【小结】两种物质虽然都是碳单质，但由于原子排列方式不同，物理性质差异极大。可见：结构能决定性质，同时物质的性质也可以反映其结构。 | 【学生汇报】 三组：1.介绍金刚石的用途以及金刚石的物理性质2.介绍硬度的比较方法3.介绍本组实验《金刚石和多种金属以及石墨硬度的比较》；演示金刚石玻璃刀切割玻璃 四组：1）介绍石墨的用途以及石墨很软，滑的性质。2）介绍本组实验《研究石墨的润滑作用》 五组：1）介绍石墨的用途以及具有导电性。2）介绍本组实验《研究石墨的导电性》
【讨论】其它同学针对汇报提出问题
【回答】金刚石-切割-坚硬 石墨-电极-导电性 石墨-润滑剂-软，滑
【猜测并解释理由】金刚石可能是三角形，因为三角形最稳定
【猜测并解释理由】
【猜测并解释理由】 |
让学生体会用途反映性质
通过电子显微镜照片和原子排列模型的辨别，让学生感受性质与结构之间的关系
让学生体会性质反映结构 |
活动4【活动】C60和碳纳米管的介绍
| 教师活动 |
学生活动 |
设计意图 |
|
【讲】请六组介绍在中国科技馆学习到的有关C60和碳纳米管的知识。
【讨论活动：异想天开】通过这节课的学习我们知道了物质的结构，性质，用途之间存在的关系。现在请同学看着C60和碳纳米管的结构，大胆的发挥想象，你觉得它们还可能有哪些性质或者是用途呢？异想天开，我们不必在乎对错！
【展示】对于和科研文献相类似的想法，教师展示科研文献图片。（图见下段）
【讲】通过本节课的学习，我们知道了结构决定性质，性质决定用途这一化学学科思想，同时通过这个活动我想告诉大家科学研究并不遥远，只不过是在正确理论思想指导下的异想天开。而化学学科正是在这种严谨的异想天开中，将科学知识转化为技术，最终服务社会，体现着它对人类社会的价值！ |
【学生汇报】
介绍C60和碳纳米管的结构，性质，用途。展示动手组装碳碳纳米管的照片。
【回答】圆形滚动，笼状装载，多孔吸附等等 |
利用课上所学的结构性质用途的关系，让学生发挥想象，知道科学研究除了要有正确的理论指导，还要有丰富的想象力，激发学生对化学学科的兴趣。同时体会化学学科对人类社会的价值。 |
C60笼内装入其它分子 C60上连接F/Cl原子
用途：储存小分子；超导 用途：润滑材料
碳纳米管多孔结构 碳纳米管容器——最小的试管
用途：吸附剂 用途：观测和进行纳米级别的化学反应
碳纳米管在单层石墨上的滚动
课题1 金刚石、石墨和C60
课时设计 课堂实录
课题1 金刚石、石墨和C60
1第一学时
教学活动
活动1【导入】课前布置预习任务
| 教师活动 |
学生活动 |
设计意图 |
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布置预习任务
1.自学书106-109页，填写学案
2.分六个小组自行设计实验，分别验证金刚石，石墨，活性炭的物理性质
3.参观中国科技馆，自学和碳的同素异形体以及碳纳米管有关的科普内容 |
1.完成预习任务
2.小组成员按要求分为：组长，实验设计员，实验操作员，实验记录员以及实验汇报员。利用自习课时间和老师讨论实验方案并进行实验
3.各组选择的任务
一组：利用实验室药品验证活性炭的吸附性，并探究木炭的吸附性
二组：利用生活中材料探究活性炭吸附性
三组：验证金刚石的硬度大并查找硬度的评价标准
四组：探究石墨的润滑作用
五组：验证石墨的导电性并比较不同铅笔芯的导电性区别
六组：组织参观中国科技馆并记录汇报碳纳米管及C60的相关知识 |
通过课前任务，小组一起讨论实验方案，并进行实验，体验化学实验从设计到实施的全过程，并锻炼学生团队合作能力，也体会化学知识在生活中的应用。
通过参观中国科技馆，丰富学生学习内容，激发学习兴趣，让学生在玩中自主学习。 |
活动2【活动】活性炭的物理性质
| 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
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【问】请同学回忆预习学到的碳单质种类？
【讲】请大家注意：石墨，金刚石，C60都属于碳单质，其中活性炭，木炭，炭黑都是含有杂质的碳单质。
【问】活性炭有什么物理性质？
【讲】请一组二组同学汇报有关活性炭的研究成果
【问】活性炭为什么具有吸附性？ 【讲】用冻豆腐和豆腐入味程度不同打比方，解释疏松多孔结构
【展示】活性炭和木炭的电镜图 【介绍】这是微米级拍摄的活性炭和木炭的电子显微镜照片，利用电子显微镜我们可以看到物质在微米级别，纳米级别甚至更小的结构。
【小结】结合活性炭的例子，物质的结构，性质，用途三者之间存在什么关系？ | 【回答】
【观察】活性炭 石墨 木炭 炭黑 等物质
【回答】
【学生汇报】 一组： 设计实验一：《研究活性炭和木炭的吸附性》 设计实验二：《探究吸附时间对活性炭的吸附效果影响》 二组：介绍活性炭的用途，并介绍用买自超市的竹炭包吸附可乐中色素的实验结果。 【讨论】其它同学针对汇报提出问题
【回答】 【观察】冻豆腐和豆腐，因为冻豆腐的多孔结构，能吸收味道，所以更入味
【观察】
【回答】由于活性炭的疏松多孔结构，使得它有吸附性，正是由于它有吸附性，人们才把它用于除味剂和脱色剂等。 |
通过打比方，利用生活中熟悉实物，帮助学生理解结构和性质的关系
通过电子显微镜照片的帮助，使学生感受活性炭的结构
小结结构决定性质，性质决定用途 |
| 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
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【问】请同学回忆预习学到的碳单质种类？
【讲】请大家注意：石墨，金刚石，C60都属于碳单质，其中活性炭，木炭，炭黑都是含有杂质的碳单质。
【问】活性炭有什么物理性质？
【讲】请一组二组同学汇报有关活性炭的研究成果
【问】活性炭为什么具有吸附性？ 【讲】用冻豆腐和豆腐入味程度不同打比方，解释疏松多孔结构
【展示】活性炭和木炭的电镜图 【介绍】这是微米级拍摄的活性炭和木炭的电子显微镜照片，利用电子显微镜我们可以看到物质在微米级别，纳米级别甚至更小的结构。
【小结】结合活性炭的例子，物质的结构，性质，用途三者之间存在什么关系？ | 【回答】
【观察】活性炭 石墨 木炭 炭黑 等物质
【回答】
【学生汇报】 一组： 设计实验一：《研究活性炭和木炭的吸附性》 设计实验二：《探究吸附时间对活性炭的吸附效果影响》 二组：介绍活性炭的用途，并介绍用买自超市的竹炭包吸附可乐中色素的实验结果。 【讨论】其它同学针对汇报提出问题
【回答】 【观察】冻豆腐和豆腐，因为冻豆腐的多孔结构，能吸收味道，所以更入味
【观察】
【回答】由于活性炭的疏松多孔结构，使得它有吸附性，正是由于它有吸附性，人们才把它用于除味剂和脱色剂等。 |
通过打比方，利用生活中熟悉实物，帮助学生理解结构和性质的关系
通过电子显微镜照片的帮助，使学生感受活性炭的结构
小结结构决定性质，性质决定用途 |
活动3【活动】金刚石和石墨的物理性质
| 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
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【讲】请三组四组五组的同学汇报有关金刚石和石墨的知识。
【问】金刚石和石墨分别有哪些用途？这些用途反映出各自具有什么性质？
【讲】石墨和金刚石都是碳元素组成的物质，但物理性质差异非常大。请大胆预测二者的结构会有什么区别？
【展示】两张电子显微镜照片，一张是石墨，一张是金刚石，猜猜两张照片分别是哪种物质么？为什么你会这样猜测？ 【讲】性质的不同能够一定程度上反映出结构的不同
【展示】展示金刚石和石墨的微观结构实物模型，猜一猜这两个模型分别是哪一种物质么？为什么你会这样猜测？
【小结】两种物质虽然都是碳单质，但由于原子排列方式不同，物理性质差异极大。可见：结构能决定性质，同时物质的性质也可以反映其结构。 | 【学生汇报】 三组：1.介绍金刚石的用途以及金刚石的物理性质2.介绍硬度的比较方法3.介绍本组实验《金刚石和多种金属以及石墨硬度的比较》；演示金刚石玻璃刀切割玻璃 四组：1）介绍石墨的用途以及石墨很软，滑的性质。2）介绍本组实验《研究石墨的润滑作用》 五组：1）介绍石墨的用途以及具有导电性。2）介绍本组实验《研究石墨的导电性》
【讨论】其它同学针对汇报提出问题
【回答】金刚石-切割-坚硬 石墨-电极-导电性 石墨-润滑剂-软，滑
【猜测并解释理由】金刚石可能是三角形，因为三角形最稳定
【猜测并解释理由】
【猜测并解释理由】 |
让学生体会用途反映性质
通过电子显微镜照片和原子排列模型的辨别，让学生感受性质与结构之间的关系
让学生体会性质反映结构 |
活动4【活动】C60和碳纳米管的介绍
| 教师活动 |
学生活动 |
设计意图 |
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【讲】请六组介绍在中国科技馆学习到的有关C60和碳纳米管的知识。
【讨论活动：异想天开】通过这节课的学习我们知道了物质的结构，性质，用途之间存在的关系。现在请同学看着C60和碳纳米管的结构，大胆的发挥想象，你觉得它们还可能有哪些性质或者是用途呢？异想天开，我们不必在乎对错！
【展示】对于和科研文献相类似的想法，教师展示科研文献图片。（图见下段）
【讲】通过本节课的学习，我们知道了结构决定性质，性质决定用途这一化学学科思想，同时通过这个活动我想告诉大家科学研究并不遥远，只不过是在正确理论思想指导下的异想天开。而化学学科正是在这种严谨的异想天开中，将科学知识转化为技术，最终服务社会，体现着它对人类社会的价值！ |
【学生汇报】
介绍C60和碳纳米管的结构，性质，用途。展示动手组装碳碳纳米管的照片。
【回答】圆形滚动，笼状装载，多孔吸附等等 |
利用课上所学的结构性质用途的关系，让学生发挥想象，知道科学研究除了要有正确的理论指导，还要有丰富的想象力，激发学生对化学学科的兴趣。同时体会化学学科对人类社会的价值。 |
C60笼内装入其它分子 C60上连接F/Cl原子
用途：储存小分子；超导 用途：润滑材料
碳纳米管多孔结构 碳纳米管容器——最小的试管
用途：吸附剂 用途：观测和进行纳米级别的化学反应
碳纳米管在单层石墨上的滚动
Tags：课题,金刚石,石墨,C60,教案
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