从“铁和铜的发展史”中领悟化学——“从自然界获取铁和铜”的教学设计，本文主要内容关键词为：发展史论文,自然界论文,教学设计论文,化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、教材分析
“从自然界获取铁和铜”一节是《普通高中课程标准实验教科书·化学1（苏教版）》中专题3第二单元铁和铜的获取及应用第一课时的教学内容。专题3的特点是以从矿物资源获得重要基础无机材料为主线，从基础无机材料中所包含的铝、铁、铜、硅等常见元素单质的冶炼出发，探究它们的单质及化合物的性质和用途，使学生进一步了解化学研究的方法和途径，体验科学探究，更深入地认识化学在充分、合理利用自然资源造福人类方面所发挥的重要作用，提高自身的科学素养。
本节内容包括铁、铜在自然界的主要存在形式，高炉炼铁的原理和简单介绍几种工业炼铜的方法。
学生在初中已进行湿法炼铜、氧化铜及氧化铁的性质和专题2的学习，已经了解了从自然界中提取钠、镁、铝这类活泼金属的基本方法，为铁和铜的获取提供了思维基础。同时也将为本单元紧接着的“铁、铜及其化合物的应用”及《化学2》等后续模块中的铜的电解精炼、应用广泛的金属材料等知识的学习作准备。
二、教学目标
（一）知识与技能
了解自然界铁、铜的存在形式及其矿石的主要成分和冶炼方法；掌握高炉炼铁的主要反应和原理；了解生铁和钢的主要区别。
（二）过程与方法
通过对比分析铜、铁的存在及发现、获取，使学生初步形成探索问题的基本思路；运用氧化还原反应原理归纳总结从自然界中提取铁、铜的原理。
（三）情感态度与价值观
通过介绍及探究铁、铜的获取，关注生活生产中的化学问题，体会铁、铜的冶炼对人类文明的影响。
三、教学重点和难点
（一）教学重点
自然界中铁、铜的存在形式和铁、铜的冶炼。
（二）教学难点
高炉炼铁的原理。
四、教学设计思路
根据新课程的教学理念和确定的三维教学目标，按如图1所示的三条教学主线进行设计。
五、教学过程
第一阶段：历史的荣耀——从铁、铜的发现及使用，引出铁、铜在自然界的存在形式。
[情景引课]人类社会在4000多年前进入铜器时代，在2000多年前进入铁器时代。请看投影：
[情境1][投影]
1.青铜时代，我国古代著名的青铜器图片，如青铜器之冠——司母戊鼎、越王剑、河北省文物研究所藏的“三牺鼎”等。
2.铁器时代，我国春秋战国早期的几件铁器。
[提出问题]自然界是否大量存在单质铁和铜呢？铁和铜在自然界中主要以什么形式存在呢？
[情境2]结合落在新疆北部阿勒泰地区、重达30 t的世界第三大铁陨石（陨铁）图片投影，介绍铁、铜的发现故事：
1.最早知道的铁是陨石中的铁，古代埃及人称之为神物。地球上是不存在纯铁的，偶尔发现从天上坠下的宇宙来客——铁陨星。
2.5000多年前的新石器时代晚期，人们在采取石块做工具时，无意中发现了一种与普通石料不同的美丽石块，当用力摩擦、刻画或敲打时，表面锈迹脱落，奇迹般地出现灿烂夺目的紫红色金属。这就是天然纯铜。
[指导学生阅读]铁和铜在自然界中的存在。（教材71页图3-10）
[情境3][投影]色彩斑斓的常见的铁矿石和常见的铜矿石。
[交流与讨论]自然界中铁和铜的存在。
设计意图：通过我国古代著名的青铜器等图片展示，铁、铜的发现故事和人类社会对铁、铜早期利用的史实的介绍等，引导学生通过自学教材内容，提供自主学习的时间和空间，展示丰富多彩的铁矿石和铜矿石图片等，即可激发学生的学习兴趣，又能使学生在不知不觉中知道了自然界中存在的几种常见的铁矿、铜矿的主要成分。
[提出问题]人类社会在4000多年前已进入铜器时代，在2000多年前已进入铁器时代，这说明了什么问题？你知道我们的祖先是怎样获得铁和铜的吗？
[情境4][投影]先人的足迹。
1.古代炼铁图及其简单说明——古代炼铁的设备：土窑；原料：铁矿石和木炭。
2.公元前约3800年，开始将铜矿石（孔雀石）和木炭混合加热，得到了金属铜。
3.我国西汉时的炼丹家刘安所著《淮南万毕术》中记载“曾青得铁，则化为铜”。意思是说铜盐遇到铁时，就有铜生成。这种炼铜方法在我国最早出现，比西方国家早1700多年，是湿法冶金的先驱。
[提出问题]从以上提供的图像、文字信息分析，古代炼铁、炼铜方法中所包含的化学原理分别是什么呢？
[讨论交流]铁和铜冶炼的基本原理是用还原剂还原法获取金属单质的方法之一。
设计意图：从化学史实中体会我国古代人民的智慧，探究我国古代冶炼铁和铜的原理。为引导学生进一步深入探讨冶炼铁、铜的方法作铺垫。
第二阶段：氧化还原反应规律的运用——探究从铁、铜的化合态中提取游离态铁、铜的原理及可能途径。
[小组讨论、交流]
1.根据“先人的足迹”和已经学过的知识，四人小组讨论：将铁、铜从“化合态”转化为“游离态”的可能途径有哪些？
2.根据已学过的知识，你能写出多少种上述转化的化学方程式。（即完成教材72页交流与讨论。）
[交流分析]用实物投影将学生练习的结果有选择性地给予展示并进行讨论、评价。
（1）湿法炼铜。（2）热还原剂法：①铝热反应；②用
、C、CO作还原剂。（3）电解法。
3.上述反应中，在实验室或在工业上实际应用的有哪几种？
[说明]（1）对学生给出的结果，从原料来源、反应难易、成本高低和产品质量等方面进行分析讨论。
（2）明确活泼金属、、C作还原剂的不足，得出CO作还原剂是最佳选择的结论。
（3）在讨论、总结的基础上，使学生对为何用CO作还原剂有了明确的认识。为后续在讨论“高炉炼铁”原理时，容易理解和接受“还原剂是CO，而焦炭是用于制备还原剂和提供热量”的结论。
设计意图：通过回顾学生已经掌握的把铁、铜从“化合态”转化为“游离态”的化学方程式，用归纳的方法，帮助学生理解用还原法获取金属单质的原理。结合实际生产的各种限制因素，分析寻找实际可用于提取铜、铁的方法，得出并掌握最佳的冶炼提取方法，培养学生对知识的迁移运用能力和对信息的接受、吸收和整合能力，掌握化学学科思想方法。
第三阶段：现代的生产——引导学生探究高炉炼铁的原理。
[问题探讨]根据上述讨论的工业炼铁的原理，设计一个简易的实验室模拟装置，完成一氧化碳还原氧化铁的反应。
[情境5][播放视频]根据学生设计情况，选择典型的如图2所示装置，进行一氧化碳还原氧化铁的实验视频。
[思考并讨论]
1.实验室炼铁的原理、现象和处理尾气的方法是什么？
2.你还有哪些处理尾气的方法？请列举出来。
设计意图：“设计实验室模拟工业炼铁的原理——CO还原
的模拟装置及尾气处理”这一教学环节，设置认知台阶，降低学习难度，同时为后续解决高炉煤气的处理埋下伏笔。
该实验有初中的基础，通过视频播放代替现场操作，可以节省时间。将重点内容划分为两个问题加以突破，使学生能独立思考，生生交流，师生交流，找出解决方案，达到合作探究的目的。
[情境6][投影]现代的成就：1.我国纪念1996年钢铁产量超亿吨而发行的邮票图片。2.重达42000 t的钢结构立于地面，总用钢量11万吨的鸟巢和用钢量80万吨可再造7个鸟巢的杭州湾跨海大桥等具有震撼力的图片。
[过渡]在实际生产、生活中这样大量使用的铁、铜，在工业上是如何生产得到的呢？宁波钢铁公司就是利用图中的设备进行生产的。
[情境7][投影]宁波钢铁公司的一号高炉照片。
[讲述]即使科技水平发展到现在，目前所用的冶炼方法还是利用此原理，只不过设备更先进，生产规模化，冶炼的水平已大幅度提高，生产工艺得到了改进，冶炼出来的铁的质量更高，对空气的污染大大减少。
[问题探究]请同学们带着下列问题阅读教材72页“高炉炼铁”反应的原理、炼铁高炉结构图（图3-11）和观看“高炉炼铁”视频。
1.工业炼铁的主要原理是什么？
2.主要设备和原料有哪些？
3.CO是怎样形成的？铁矿石是如何被还原的？
4.石灰石的作用是什么？
5.高炉煤气的主要成分是什么？如何处理？
[情境8][播放视频]高炉炼铁原理。（说明：从优酷网下载的视频，根据高炉结构图，清晰地介绍了高炉炼铁的原料及其作用、生产过程中的主要反应和炼铁产品等。）
[情境9][投影]炼铁高炉结构图。
[学生活动]观看视频，并借助炼铁高炉结构图，通过讨论上述问题，总结归纳现代工业铁的冶炼。
[交流总结]由学生上讲台，对照投影的炼铁高炉结构图讲解、板演。
5.产品：生铁，炉渣、高炉煤气
[讨论交流]高炉炼铁产生的高炉煤气、炉渣可利用吗？请提出尾气处理的各种设想。
[结论]高炉煤气是含有大量一氧化碳的混合气体，是一种气体燃料，可回收利用，如用于冶金企业或民用，防止污染大气，是一种环保节能的生产方式。炉渣也可以用于制造水泥等。
[过渡]现代又是如何从自然界获取铜的呢？
[阅读教材、小组交流汇报]铜的冶炼方法有哪些（如下页图3所示）。
[总结]
设计意图：“现代的成就”进一步激发学生的探知欲望，紧接着通过对教材内容的阅读、对高炉炼铁原理的视频观看及对炼铁高炉结构图的展示与分析等不同形式的信息呈现，避免了单一刺激造成的学生认知疲劳，提振精神和学习积极性。形象化的知识呈现，也可以增强学生对教学内容的理解和记忆。有第二阶段的探究基础，本环节的学习只要稍加推动，就水到渠成了。
第四阶段：未来的展望——增强学习动力，培养学生的创新意识。
[提出问题]利用高炉炼铁所生产的铁是纯铁吗？为什么？
[学生交流]用热还原法冶炼出来的不是纯铁，是生铁。生铁的含碳量在2%～4.3%之间，将生铁进一步炼制，降低其中杂质的含量，得到含碳量在0.03%～2%之间的是钢，钢的用途更广泛。即所谓“只有千锤百炼，才能成好钢”。
[教师归纳]生活中的钢和铁是两个易混淆的概念，二者差异：含碳量不同，且是导致性能差异的原因。
[讲述]我们知道科学技术是处在不断的发展变化之中，新的技术、新的冶炼方法会逐渐地被发现。希望同学们努力学好化学，今后不断钻研、设计出更好的技术冶炼铁和铜。
[情境10][投影]从自然界获取铁、铜、锡、金和银，我们还有多少年？
[提出问题]从全球石材网（http://qqscw.com）查阅得到如下信息：从主要金属矿产的静态保证年限看，铁矿石储量可生产128年，铜矿储量可生产32年。从这个信息中你能感悟到什么？你能谈谈自己的想法吗？
[学生交流]保护地球资源，是我们共同的责任。应该采取的措施有：（1）减少：在不影响使用的前提下，减少金属的使用量；（2）循环：废旧金属循环利用；（3）替代：寻找替代品，使铜、铁发挥其核心作用等。
如，钛被称为“未来的钢铁,21世纪的金属”。如果冶金工业追求的目标——大规模生产高纯度的钛实现后，钛将成为金属材料界居于统治地位的金属。
设计意图：最后设计“对未来的展望”这一环节，将真实情境的教学情境设计贯穿于教学的全过程，使学生形成新的学习欲望，用发展的眼光看化学、学化学、用化学，感受学习化学的意义，符合新课改理念和要求，有效提高了课堂效果和教学质量。
六、教学反思
本课以明晰的“以我国铁和铜的发展历史”为主线的教学思路，通过青铜时代和铁器时代的文物图片的展示，引发学生对“人类如何获取这些物质”“它们在自然界如何存在”等问题的思考，进而产生探究的欲望；引导学生在了解古代冶炼铁、铜的基础上，抓住初中学过的湿法炼铜原理，用C、CO、还原氧化铜，CO还原氧化铁等相关知识，运用基本化学原理归纳总结从自然界中获铁、铜的氧化还原反应原理。通过教材的阅读和图片的展示以及视频的播放等，帮助学生掌握铁和铜的冶炼的内容，在不断地提出问题、解决问题的过程中将探索引向深入。这样的设计，不仅让学生了解了从自然界中提取铁、铜的发展历程，使学生对提供的鲜活素材和问题饶有兴致，产生求知欲，从而深入探究；而且有利于使学生在更广阔的视野下，认识在生产生活中有广泛应用的元素及其化合物的相关知识，从而了解化学在资源利用和保护中所起的作用，认识到化学学科与人类生活、社会发展的紧密联系，培养学生运用化学知识解决与化学相关的社会问题的能力。