课堂内外·中等教育
《金属矿物的开发利用》教学设计
王琪1李琴2
(1.重庆市南开中学校，重庆沙坪坝400030;2.重庆市第一中学校，重庆沙坪坝400030)
摘要：结合化学史，让学生了解金属元素在自然界中的存在及人类冶炼金属的发展历程，通过分析化学原理在金属冶炼中的应用，渗透生涯教育，使学生体会化学与生产的密切关系，树立ST SE意识。
关键词：金属材料；化学史;ST SE教育；生涯教育
一、教材分析
本节内容选自人教版《高中化学必修二》第四章《化学与自然资源的开发利用》第一节《开发利用金属矿物和海水资源》，本节课属于第一课时，主要内容是金属矿物的开发利用。教材在学生学习了氧化还原反应概念以及钠、铝等金属及其重要化合物主要性质的基础上，在金属冶炼知识的构建的前提下，进一步系统介绍了金属工业冶炼方法。
二、学情分析
本阶段的学生已经了解了金属在自然界中的存在形式，部分金属的冶炼方法和氧化还原反应的本质，这些都是学习本节课的内容基础，但是学生缺乏将理论知识应用于实践的能力，因而在教学过程中适当的引用前面学习的知识，有利于降低他们的学习难度。
三、教学目标
(一)知识与技能
1.通过历史事实及相关文献资料，了解金属元素在自然界的存在形态及人类冶炼金属的历史;
2.知道根据金属的活动性不同，可分别采用电不同方法冶炼金属，并能够书写相关的化学方程式;
3.了解金属资源的可持续发展，渗透金属材料、环境保护在生涯规划的应用。
(二)过程与方法
1.通过人类使用及冶炼金属的时间先后及差异，了解金属冶炼的原理和方法，初步建立不同金属冶炼方法的认识模型;
2.通过分类、归纳的方法，学会利用已有知识经验解释和归纳相关问题，提升建构知识网络的能力;
3.通过实验，提升观察能力、分析现象的能力。
(三)情感态度与价值观
1.通过学习化学原理在冶炼金属中的应用，感受化学对人类的贡献，体会化学与生产的密切关系;
2.能运用分类方法并联系金属活动顺序对常见金属的冶炼知识作出初步判断，形成利用证据进行推理的素养;
3.通过对化学在自然资源开发和利用中的意义和作用的认识，形成对化学与可持续发展关系间的正确认识，树立STSE意识。
四、教学重难点
1.重点：金属冶炼的方法和原理；学生素养的形成和发展。
2.难点：金属冶炼的方法和原理。
五、教学方法
讲授法、讨论法、多媒体辅助教学法、直观演示法。
六、教学流程
七、教学过程
环节一：情景引入问题，介绍矿石资源(金属→矿物)
【播放视频】《走近科学：寻找超级钢》节选
师：金属是怎么来的?对的生活有怎样的影响?这就是今天的主题。
【板书】金属矿物的开发与利用
设计意图：内容丰富且与生活生产实际紧密相关、视觉冲击力强的视频，引起学生兴趣。
98
【图片展示】各种金属矿石
生:(观看矿石的图片，感受金属在自然界中主要存在的形式)
师：大多数金属都来自于这些矿石，这些矿石中金属元素多数是以化合态的形式存在，极少数是游离态的。【图片展示】重庆的矿产资源
师：重庆有丰富的金属矿产资源，比如大足、铜梁有锶矿，城口有钡矿，秀山有锰矿，南川有铝土矿等。
设计意图：介绍家乡金属矿产种类和分布情况，激发学生情感参与，鼓励学生关注与化学有关社会问题，增强建设家乡、建设祖国的责任感，建立热爱家乡的美好情怀。体现了STSE教育中重视科学技术在社会生产的作用。同时体现金属材料在现实生活的重要应用，为今后的生涯种下材料化学的种子。
环节二：金属冶炼方法和金属冶炼原理(矿物→金属)
师：这些矿石是怎么变成金属的呢?
【板书】一、金属的冶炼方法
(一)回眸历史，寻找方法
师：要说金属的冶炼还得从一万年以前说起。那时，人们就发现了黄金。
【诗词展示】刘禹锡的《浪淘沙》
师：诗人刘禹锡在《浪淘沙》中是这样写的:“美人首饰侯王印，尽是沙中海底来”，意思是说：美人的黄金首饰，皇帝的玉玺等都是来自于沙里。“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”，也就是从沙里淘出来的。【图片展示】人类淘金的画面
师：这是人们淘金的画面。这种方法称为物理法(富集法)。
【板书】1.物理法
师：时间来到8000年前，人们发现了银。【图片展示】《天工开物》冶炼银的图片
师：在古代文献《天工开物》中，描述了炼银的原理：银矿受热发生分解反应。请大家完成学案上的活动1：写出氧化银受热分解的化学方程式。
生:(学生独立完成方程式；学生上台板书:2Ag2O △4Ag+O2↑)。
师：这种方法，叫热分解法。
【板书】2.热分解法
师：后来，人们发现了铜、铁等金属。
【图片展示】司母戊鼎和越王勾践剑
师：我国在西汉时期就已经掌握了冶炼生铁的方法。
【诗词展示】李白的《秋浦歌》
师：李白在《秋浦歌》中把金属冶炼的场景写的有声有色：炉火照天地，红星乱紫烟。“炉火”说明古代也是用炉子炼铁,“照天地”形容冶炼的温度很高,“乱紫烟”描述了烟、尘四处飞散，现在会认为这污染了环境。炼铁工艺得到了巨大发展，但炼铁的原料、原理始终没有变。很明显，这里的CO作还原剂。这种方法叫做——
—热还原法。
【板书】3.热还原法
(二)了解今天，活用方法
师：大家回忆初中知识，哪些物质可作炼铁的还原剂呢?
生:(集体回答)C、H2；完成活动2：写出工业上炼铜(原料为氧化亚铜和一氧化碳)、炼钨(原料为三氧化钨和氢气)的方程式。
师：除了这几种还原剂，那就是金属，尤其是比较活泼金属。
【演示实验】铝热反应
师：介绍药品和仪器、点燃、试验熔融物。
生:1.对实验器材、实验方法、实验过程和实验现象等进行观察和记录。
2.完成小组讨论1:
(1)镁条、氯酸钾的作用分别是什么?
(2)说一说你观察到的现象。根据现象得出什么结论?
(3)写出反应方程式。(学生上台板书:2Al+Fe2O3高温Al2O3+2Fe)
师:(总结)这个反应叫铝热反应。由于它的条件是高温，因此需要用镁条来做引燃剂，氯酸钾分解产生氧气让反应温度更高，所以作助燃剂。
【图片展示】铝热反应的应用
师:(介绍)铝热反应在现实生活有非常重要的作用：不但可以冶炼难熔金属，还能焊接钢轨。
师：地壳中含量最多的金属是?
生：铝。
师：但是铝曾经非常的昂贵，远胜黄金白银。这说明什么呢?
生：冶炼很困难。
师：时间来到1807年。英国化学家戴维第一次用电解的方法制得了活泼金属K，从而开启了电解法的序幕。来看一段视频并请大家完成活动3：请写出电解熔融的K Cl、Al2O3的化学方程式。
化学教研
99
课堂内外·中等教育
参考文献:
[1]
邢启华.基于学生化学核心素养发展的教学实践———以
“开发利用金属矿物”为例[J].化学教与学,2019(11):14-16+5.
[2]
吕咏玉.访古论今趣学化学———以“金属矿物的开发利用”
为例[J].文理导航(中旬),2019(10):73.
(责任编辑：汪旦旦)
【播放视频】工业上金属铝的制备
生:1.观看视频。2.完成方程式书写:2K Cl 电解
2K +Cl 2↑,2Al 2O 3
电解
4Al+3O 2↑
设计意图：通过图片，文献史料，视频，引导学生了解金属冶炼的发展历史，感受金属材料在人类社会发展中的地位和重要作用，培养学生尊重历史、尊重科学的基本素养。展示各种金属冶炼及使用时间的文献资料，时间由远及近，金属活动顺序由弱到强初步建立起时间轴和金属活动顺序表的关系，建立科学与历史的关联。体现了STSE 教育中重视科学技术在社会生产和社会发展中的作用。
(三)归纳总结
师：综合以上内容，请大家相互讨论完成活动4:1.金属冶炼的本质是什么?
2.几种冶炼方法条件有什么不同?说明什么问题?
3.推测金属汞、锡、镁的冶炼方法。生:(小组讨论)
1.金属冶炼的本质是什么?(将金属离子得到电子变成金属单质的过程)
2.几种冶炼方法的条件有什么不同?说明什么问
题?(金属性非常不活泼的用物理法，不活泼的用热分解法，活泼的用电解法，其余用热还原法)
[追问]为什么不同金属有不同的方法呢?(因为金
属越活泼，金属阳离子越难得电子，冶炼也就越困难)3.推测金属汞、锡、镁的冶炼方法。(汞：热分解法、
锡：热还原法、镁：电解法)师:(总结)引导学生完善金属活动顺序与金属冶炼
方法的关系
。
设计意图：归纳总结、分析推理体现科学的思维方法；在解决问题中发现归纳，建立认知模型，完善金属活动顺序与金属冶炼方法的关系。
环节三：金属冶炼与可持续发展(冶炼→环境)师：开发金属矿石是人类向大自然的索取，但索取的同时还得认真考虑一些负面的因素。
金属的冶炼给自然界带来了哪些影响呢?下面让我们进入:
【板书】二、金属矿物的开发利用与可持续发展
师：金属矿物的开发利用与可持续发展，它们也是一对矛盾。矛盾一,【板书】1.金属冶炼的影响
师：冶炼厂的污染包括废渣、废水、废气、噪音、生态、安全等等；同时冶炼厂还是高耗能。那么建冶炼厂，应该考虑哪些方面的问题?
生:(小组讨论)离人口少的地方、离矿产资源近的地方、交通方便、不能在风景名胜区等。
师：矛盾二,【板书】2.金属矿物有限
师：据估计银矿最多还能开采16年，即使含量比较多的铝矿，也只能继续开采257年。所以要保护自然资源。那么，要保护自然资源，我们能做些什么呢?
生:(小组讨论并汇报交流)
师：地球上的金属矿物资源是有限的、不能再生的，必须学会合理开发利用这些矿物资源，使人类社会走和谐、可持续发展之路。要牢记青山绿山就是金山银山。
设计意图：了解金属资源的可持续发展，认识、体会金属资源开发利用和可持续发展的关系，体会保护金属资源的重要性。体现了STSE 教育理念中科学、技术与社会、环境的相互关系。让学生思考环境保护的重要应用，进而今后能为环保做出自己的贡献。
八、板书设计
九、教学反思
“金属矿物的开发与利用”对于学生来讲，这部分
知识很简单。基于上述观点，本堂课，以金属冶炼方法为知识载体、贯穿化学发展史教育，拓展学习领域，丰富学生的认知视野，渗透科学素养与人文素养，进行价值引领、思维启迪、品格塑造，努力达成素养形成与发
展目标，并在教学中渗透材料化学、环境保护的思想。
100
