金屬材料教學設計金屬文物的前世一、教學目標（1）通過從金屬文物中認識金屬材料以及合金材料，感受金屬材料與人類文明的聯(lián)系，培養(yǎng)學生構建化學觀念核心素養(yǎng)；（2）通過對青銅器文物、鐵器文物等的制造探索合金材料的運用與優(yōu)勢，形成一定的證據(jù)推理能力，培養(yǎng)科學探究與實踐素養(yǎng)；（3）通過體會從金屬礦物中冶煉金屬的原理，學會利用化學方法與技術手段探究實際問題，進而培養(yǎng)學生的科學責任。二、教學重難點教學重點：了解從常見礦石中提煉鐵的原理；合金的用途及影響金屬材料用途的因素教學難點：冶煉金屬的原理三、教學環(huán)境教學方法：討論歸納法、實驗探究法實驗用品：純銅片、黃銅片、硬鋁片、純鋁片等四、教學流程五、教學過程情境導入：以宋大理國銀鎏金鑲珠金翅鳥、河北滄州鐵獅子、銅奔馬的視頻素材作為導入。教師向學生介紹銅奔馬、金翅鳥、鐵獅子三種金屬文物，駿馬“踏燕而飛”，金翅鳥“展翅欲飛”，歷經(jīng)前年，仿佛跨越時空，以美麗的身姿向我們訴說輝煌的過去，也更向世人表達著人對自然真誠的信仰；而鐵獅子的心頭記著古今風雨，眼底收盡是是非興亡，千年一瞬，如今已成為金屬文物的“昨天”?！咎岢鰡栴}】剛才看到這三件精美的文物，大家知道它們各自是用什么材料制成嗎？任務1：認識常見的金屬金、銀、銅、鐵等【學生】學生就三件文物各自的材料依次進行猜想并做出回答?！窘處煛繉W生做出的回答做出引導并及時指正，銅奔馬由青銅制成，宋大理國銀鎏金鑲珠金翅鳥由銀與金制成，滄州鐵獅子由金屬鐵制成。【提出問題】除了這些文物，大家還知道哪些文物是銅、鐵或是金銀加工而成呢？你是否了解過其他的金屬？金屬具有怎樣的物理性質？【學生】學生根據(jù)自己對金屬文物的了解情況暢所欲言，并就自己所了解的其他金屬總結金屬的物理性質。【教師】根據(jù)學生的發(fā)言情況作補充，引導學生進一步了解金、銀、鐵、銅金屬，了解其他金屬文物。圖11金屬文物與四類金屬在古代的運用介紹（設計意圖：激發(fā)學生對本章內容學習的興趣，為大單元教學提供情境，學生從金屬文物身上形成對不同金屬的化學觀念，初步認識到金屬材料的多樣性。）任務2：知道金屬資源在自然界的存在形式以及常見的金屬礦物【提出問題】古人應用的這些金屬是不是可以直接從大自然中獲取呢？這些文物的原材料究竟從何而來？【教師】引導學生了解金、銀兩種金屬在自然界的存在形式為單質，而地球上其余大部分的金屬資源均以化合物的形式存在。【學生】學生觀察金屬元素在地殼中的含量對比?！窘處煛恳龑W生進一步了解自然中的金和銀雖以單質形式存在，但含量極低，而鋁、鐵、銅元素的含量相對高很多。圖12金屬元素在自然界的存在形式【教師】以鐵元素為例，向學生展示自然界含鐵元素的不同礦物?！緦W生】學生通過閱讀課本了解我國的金屬礦物所含情況與人類每年使用金屬礦物狀況?！窘處煛恳龑W生深入感知自然界中金屬資源之豐富，認知常見的金屬礦物。圖13常見的金屬礦物（設計意圖：通過借助圖片的形式展現(xiàn)金屬資源的存在形式，增強學生對金屬礦物的理解，發(fā)展學生化學觀念素養(yǎng)。）任務3：體會常見金屬鐵的化學冶煉方法與重要作用【提出問題】既然自然界存在種類如此多的含鐵元素的礦物，同學們是否知道古人是如何從礦物制出滄州鐵獅子等鐵器的嗎？而從古代到如今，我們又是如何逐步制造出當今社會所需求的金屬鐵呢？【教師】引導學生了解我國古代在煉鐵方面的相關記載，如《天工開物》《農書》《熬波圖詠》等古籍中的記錄。圖14我國古代煉鐵技術相關記載【提出問題】在實驗室中又能如何制得金屬鐵呢？【學生】學生觀看教師呈現(xiàn)在演示文稿中的實驗儀器與實驗裝置圖片思考實驗室制鐵的原理?！窘處煛恳龑W生認識實驗室利用一氧化碳與氧化鐵制得鐵的實驗以及各儀器、藥品所起的作用：酒精噴燈用于提供高溫，澄清石灰水用于檢驗生成物二氧化碳，裝置最后的酒精燈尾氣處理。圖15一氧化碳還原氧化鐵實驗裝置圖【學生】學生觀看利用一氧化碳制備金屬鐵的實驗視頻，了解實驗操作并觀察實驗前后現(xiàn)象變化。【學生】學生以小組為單位，依據(jù)提供的實驗視頻嘗試總結實驗步驟?！窘處煛吭趯W生總結的基礎上引導學生將實驗步驟進行梳理，總結從檢查裝置氣密性到熄滅酒精燈的完整性操作?！咎岢鰡栴}】如何檢查裝置氣密性？【學生】學生參考已學知識類比表述利用一氧化碳制得金屬鐵實驗中裝置氣密性的方法。【提出問題】由哪位同學可以幫忙描述一下你所觀察到的實驗現(xiàn)象？【教師】引導學生描述實驗現(xiàn)象的同時總結各實驗現(xiàn)象所對應的化學方程式：試管中澄清石灰水變渾濁，尾氣燃燒生成淡藍色火焰，在硬質玻璃管中的紅棕色粉末逐漸變成黑色。發(fā)生的反應為Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O與2CO+O22CO2【提出問題】根據(jù)硬質玻璃管中的實驗現(xiàn)象與生成了二氧化碳氣體同學們是否可以將實驗的總反應方程式試著書寫出來呢？【學生】學生總結利用一氧化碳制得金屬鐵的化學方程式，教師根據(jù)學生書寫情況進行補充：【教師】同一氧化碳與氧化鐵反應一樣，含氧化合物中的氧被奪去的反應屬于還原反應，所以氧化鐵在高溫條件下被一氧化碳還原生成了鐵單質以及二氧化碳氣體?！咎岢鰡栴}】在此反應過程中，為什么通入的一氧化碳氣體要做到“早出晚歸”？要在實驗中先通入一氧化碳氣體，而實驗完成后，要繼續(xù)通入一氧化碳氣體直到硬質玻璃管冷卻的目的是什么？【學生】小組學生對一氧化碳在實驗中“早出晚歸”的原因展開探究并匯報猜想。【教師】對學生的猜想進行整合，即先通入一氧化碳氣體是要排出裝置內的空氣，防止加熱時一氧化碳氣體會與空氣發(fā)生混合導致爆炸；而實驗完成后，繼續(xù)通入一氧化碳氣體是為防止還原生成的鐵粉在較高溫度下被氧氣重新氧化，也防止石灰水倒流致使硬質玻璃管炸裂；并引導學生體會一氧化碳氣體對空氣造成的影響因而要將尾氣作點燃處理或收集后再利用。（設計意圖：從歷史發(fā)展的角度出發(fā)揭示從古代人民煉鐵技術開始遞進到實驗室中制備金屬鐵的實驗探究，以史為鑒，學生在感受華夏科學底蘊的同時以觀看實驗視頻為先，探究一氧化碳還原氧化鐵實驗過程，了解還原反應實質，提升科學態(tài)度與責任。）【教師】引導學生體會工業(yè)煉鐵的原理以及原料在整個煉鐵過程中所發(fā)揮的作用，體會化學方法在金屬冶煉中的重要性。任務4：了解合金與合金材料【提出問題】學習完金屬的冶煉后，我們終于了解金屬鐵的制備方法，揭開從含鐵礦物到制造成滄州鐵獅子的過程，請同學們思考，作為青銅文物代表之一銅奔馬，是否同樣也僅僅是由金屬銅制成呢？【學生】學生就問題展開個人闡述?！窘處煛垦a充并糾正學生的闡述，引導學生了解青銅器并不僅僅只含金屬銅，而是純銅與其他化學元素錫、鉛的合金。其實剛剛鑄造完成的青銅器會呈現(xiàn)金色，但之所以被后人成為青銅器，是因為歷經(jīng)時間流逝而產生銹蝕，因此呈現(xiàn)出現(xiàn)在我們所看到的銅奔馬的顏色，而被成為青銅。【提出問題】從銅奔馬的鑄造上我們是否能總結出合金的概念呢？【教師】合金是指一種金屬與其他金屬或非金屬熔合而成具有金屬特性的混合物，所以也說明了金屬材料不僅指純金屬，同時也包括純金屬所對應的合金。【學生】學生自行了解生鐵與鋼的相關特性與實際應用。（設計意圖：借助對銅奔馬的鑄造材料的探索既承接了之前針對制造金屬鐵的學習，又進一步幫助學生了解合金的相關概念，提升化學觀念。）任務5：展開對合金材料的性能探究【提出問題】類比生鐵與鋼同純鐵對比起來的優(yōu)缺點，為什么古人選擇使用青銅器，而不是純銅？青銅器究竟存在怎樣的優(yōu)點而被古人所利用？【教師】教師引導學生從銅鋅合金制的黃銅片與純銅片，硬鋁片與純鋁片四片金屬分別對比出發(fā)，通過逐一觀看教師實驗演示，探究金屬片的顏色與金屬光澤，并將其相互刻畫，比較純金屬與它們對應合金的硬度大小?！緦W生】學生根據(jù)實驗依次觀察并就四種金屬片的金屬光澤進行對比描述，純銅片有紫紅色金屬光澤，黃銅片有黃色金屬光澤；而純鋁片與硬鋁片均有銀白色金屬光澤。圖16探究四種金屬片金屬光澤【教師】比較完金屬光澤后，再次引導學生利用視頻對比金屬片的硬度大小，觀察金屬片經(jīng)刻畫后的劃痕深淺?！緦W生】根據(jù)視頻中各金屬片表面劃痕差異體會一般情況下合金硬度大于其組成金屬硬度的規(guī)律【教師】拓展古人之所以選擇使用青銅器是因為青銅鑄造性好，耐磨且化學性質穩(wěn)定?！咎岢鰡栴}】將純金屬鉛、鎘、鉍、錫的熔點與焊錫、武德合金的熔點進行比較，又能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？【學生】合金的熔點低于組成它們的純金屬的熔點?！窘處煛繋?/p>