1、“金属矿物的开发利用”教学设计及反思摘要：本设计是以促进学生研究性学习为出发点，以矿产资源开发利用的真实生产情境为课程资源，帮助学生建立金属冶炼的实质和选择冶炼方法两个认识；同时运用可持续发展思想，帮助学生解决如何保护金属资源和合理开发利用金属资源这两个问题。关键词：金属矿物 开发利用 教学设计 反思 研究性学习一、 教学背景人教版化学必修 2 第四章化学与自然资源的开发利用是高中化学必修模块的结尾部分，其中第一节开发利用金属矿物和海水资源是实现元素化合物性质应用的学科内容，是体现化学学习价值、培养学生认识科学、技术和社会之间关系的重要组成，是落实科学发展观，树立可持续发展思想的重要一章，其中
2、“金属矿物的开发利用”是本节的前半部分内容。本课时是在学生学习了氧化还原反应概念以及钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物主要性质的基础上，在对金属冶炼知识有会意建构的前提下，进一步系统学习关于上述金属工业上冶炼方法的一节。本课旨在学会运用氧化还原反应的概念，了解利用化学变化实现物质之间的转化的基本方法，认识转化过程和产物在我们日常生活和社会发展中的重要作用。通过本课时的学习有利于学生将前面所学过的知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓展；有利于学生加深体会化学在综合利用自然资源中的作用，学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题。而且为学生进一步学习选修模块 2化学与技术中的第二单元化学与资
3、源开发做好知识准备，同时也将对学生选择自己未来升学和就业方向产生一定的积极影响。二、 教学设计思想 本案例是基于建构主义教学理论、奥苏贝尔的有意义学习理论，促进学生自主、合作、探究学习的教学设计。在领会课标要求的前提下，笔者以张家口市矿产资源开发利用的真实生产情境为课程资源，通过学生小组课前对我市金、铁、铜矿开发利用现状的调查研究，课上以学生汇报调查报告的形式展开，帮助学生提炼核心知识，引导学生完成有关性质知识的主动建构，达成自觉认识化学方法是由金属化合物转变成金属单质的惟一方式及金属活动性和氧化还原反应发生的条件是选择金属冶炼方式的主要依据两个本质观念，并学会运用可持续发展的思想，解决如何保
4、护金属资源和合理开发利用金属资源这两个问题。三、 教学目标1. 知识与技能知道金属元素在自然界的存在形态；了解金属冶炼的原理和方法；知道铝热反应及其应用。2. 过程与方法通过小组汇报本市优势金属矿物开发利用的调查报告，学会收集资料、分析资料、概括总结的方法；学会运用氧化还原概念归纳一般金属冶炼的实质和方法。3. 情感态度与价值观认同化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，形成对化学与可持续发展关系间的正确认识，树立资源保护及合理开发意识。四、 教学重点与难点教学重点：学会收集资料、分析资料、概括总结的方法；从氧化还原反应概念的角度，认识金属冶炼方法的不同，了解三种冶炼方法。教学难点：学会以金属
5、活动性和氧化还原反应发生的条件为依据，选择不同金属的冶炼方法。五、 主要教学过程知识主线物理筛选法热还原法冶炼的实质电解法和热分解法冶炼方法的总结认识发展了解本市优势金属矿藏的冶炼形成本质认识理论指导其它金属的冶炼形成对金属冶炼一般方法的认识问题主线怎么提取金?怎么炼铁、炼铜?金属冶炼的步骤和实质是什么？为什么金属的冶炼方法不同？如何合理开发利用?如何解决实际问题？总结金属冶炼的步骤和实质活动主线小组汇报我市金、铁、铜矿开发利用现状归纳金属冶炼的方法讨论合理开发利用的途径合理开发利用的途径 学以致用怎样冶炼铝和汞？讨论铝和汞的冶炼方法教师活动 学生活动 设计意图一、引出课题，组织小组汇报调查成
6、果【投影】家乡金属矿产的种类和分布图【讲述】我们的家乡张家口是矿产资源非常丰富的地区，尤其是有些金属矿产在河北省占有重要的地位，课前同学们以我市的优势矿藏金矿、铁矿、铜矿开发利用现状为题，进行了课题研究。下面请同学们分组汇报调查结果。【板书】金属矿物的开发利用一、金属的冶炼家乡矿产 1、金矿 2、铁矿3、铜矿1、各组分别以 PPT 和出示矿物标本为展示方式，对调查结果进行汇报。金矿组以张家口市金矿开发利用的现状为题，从金的存在形式、我市探明储量、东坪金矿冶炼流程、环境影响几方面扼要陈述研究报告。铁矿组以搜集和拍摄到的两个视频资料为汇报内容：一是宣化炼钢厂冶铁炼钢的视频资料，二是庞家堡矿区在开采
7、殆尽后的萧条景象。铜矿组以关于冶铜流程的总结为题，结合出示采集自赤城县、张北县、阳原县的铜矿石标本，展示学习成果。2、倾听、分享学习成果。通过课前组织学生上网查询家乡金属矿产的种类和分布情况，分课题展开小组研究性学习，力图使学生经历研究过程，学会调查法、文献法，学会合作、分享，在拓展学生的知识空间的同时，激发学生情感参与，提升建设家乡、建设祖国的责任感。二、回顾比较，概括核心【讲述】回顾刚才同学们的成果，请大家从金属元素的存在形式、冶炼流程、主要设备、核心反应几个方面对比总结金、铁、铜三种金属冶炼的异同。【提问】三种金属的冶炼方法有何异同？【板书】1、金矿物理法【投影】三种金属冶炼方法对比表。
8、【追问】那么铁和铜的冶炼流程上有什么共性？，回放宣钢炼铁视频后，结合铜矿组的研究成果，回答上面的问题。【回放】宣钢炼铁的部分视频1、分组讨论。2、填写三种金属冶炼方法比较表。3、回答问题。结合采集的高品位金矿样（采自赤城、崇礼县） ，指出由于金的存在形式是游离态，所以是物理筛选法，不需要用化学方法。铁和铜以化合态存在，所以需要用氧化还原反应实现由化合态向游离态的转变。4、观察，总结。5、讨论回答：工业冶炼金属的一般步骤。从氧化还原角度分析工业炼铁炼铜的原理，得出金巩固研究性学习的成果，经历梳理三组成果的过程，学会分析和加工资料；通过比较三种金属冶炼方法等的异同，形成概括总结的能力。 加深学生感
9、官认识，训练学生观察视频资料等的能力，通过实际与理论的验证，增强学生深入学习的自信心。【板书】金属冶炼的步骤：选矿富集-金属冶炼-金属的精炼金属冶炼的实质：M n+ne-=M铁矿（以赤铁矿为例） ： Fe2O3+3CO 高 温 2Fe+3CO2铜矿（以孔雀石为例）Cu2(OH)2CO3 CuO Cu【提问】那么实现CuO Cu 转变，需要什么样的还原剂呢？【追问】根据炼铁和炼铜的原理，总结出这类反应的特点引出热还原法【板书】热还原法【提问】金属也是常见的还原剂。教材上有关于铝热法炼铁的记述，能否将该反应用于工业炼铁？【表扬】大家这种求真精神，特别是不迷信教材权威的做法是值得在今后的学习研究中坚
10、持的。属冶炼的实质：M n+ne-=M6、小组讨论：从安全生产、成本核算以及反应条件等方面讨论得出进一步结论：工业上应该使用 CO。7、回答：反应都需要高温，都需要使用还原剂。8、回答：通过课题研究知道，从投入成本与产出成本之间的倒挂来看，工业上几乎不用铝热反应炼铁。9、回答：培养学生的观察能力、分析能力、口头表达能力、新知迁移能力，学会用热还原法冶炼铜。认识工业生产要综合考虑经济成本问题，对课本上的不妥之处进行纠偏，培养学生敢于质疑，敢于挑战权威的自信心。【反问】那铝热法在冶金工业就没有作为了吗？【讲述】铝热反应的其他应用以及铝热实验我留在实验课上和大家一起学习，期待你们仍以小组课题研究的形
11、式进行展示交流，更期待能够利用网络这个资源对实验进行改进，期待大家创新，期待超越我发表在 2010 年 9月化学教育上的改进方案。冶炼钒、铬、锰等熔点高的金属，这些金属的单位价格远高于铝。练习其他铝热反应原理Al+ MnO2 Mn+Al2O3 Al+ V2O5 V + Al2O3Co3O4+ Al Co+ Al2O310、倾听。教材上的铝热实验存在安全隐患，且无关现象的干扰，不利于学生观察学习。本环节是要将学生研究性学习引向深入，通过实验改进，培养学生实验评价、改进、创新的能力。三、拓展迁移，完整建构【讲述】铝是生产生活应用广泛的金属，我市没有铝矿藏，你能从前边的研究中得到启发，找出铝的冶炼方
12、法吗？【展示】其他地区的铝矿标本【激疑】刚才我们学习的物理法肯定不能用来获得单质铝，那么热还原法行吗？ 1、小组讨论：根据活泼金属具有强的还原性，否定热还原法并提出假设：使用比铝更活泼的金属钾、钠、镁来还原出铝单质，再考虑成本，肯定了该法批量冶炼 在“创设情景【投影】拿破仑时期铝比金贵的图片。【参与学生讨论】适时点拨。【提问】是否有别的途径能强迫活泼金属阳离子得电子发生还原反应？【讲述】以霍尔-埃鲁法电解铝图片引出电解法反应原理。【板书】铝矿-电解法2Al2O3 电 解 4Al+3O22NaCl 电 解 2Na+Cl2MgCl2 电 解 Mg+Cl2铝不具可能性。2、回答：外加电流。3、书写方
13、程式：2Al2O3 电 解 4Al+3O22NaCl 电 解 2Na+Cl2MgCl2 电 解 Mg+Cl2【投影】 史记关于秦陵以水银为江河的记载以及葛洪抱朴子中的一段文字：“丹砂烧之成水银”【提问】联想初中知识，你知道汞矿的冶炼原理吗？学生作答后引出热分解法【板书】热分解法，2HgO 2Hg+O2小组讨论，得出结论 HgSHgO Hg书写化学方程式：2HgO 2Hg+O2生成问题 进行活动”的过程中使探究层层递进，在加强氧化还原概念应用的同时，落实教学目标，促进认知螺旋上升，使学生的思维活动向揭示问题本质的深层次方向发展。四、归纳小结，理论提升【设疑提问】1、为什么不同金属的冶炼方法不同？
14、学生自己总结：金属活动顺序表中金属阳离子氧化性递变规律，归纳三种冶炼方法2、从金属冶炼的实质角度具体讨论金属活动性和冶炼方法之间的关系【板书】结合金属活动顺序表归纳总结金属的冶炼方法。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag五、情景回归，学以致用 【提问】金矿组、铁矿组同学的汇报中涉及了开采活动对周边环境的影响，那么怎样促使经济增长与环境友好齐头并进呢？【投影】铁矿石近年来进口量及价格涨幅；各种矿产资源的有效开采年限；我市庞家堡铁矿废弃后衰败场面。【激发小组讨论】如何合理开发利用金属矿产资源？【板书】二、合理开发和利用金属资源开源、节流小组讨论，表达交流，形成合
15、理开发利用金属矿产资源的小组方案（防止金属腐蚀；回收和利用废旧金属；开发海底矿物资源；寻找金属的代用品；合理开采矿物物尽其用） ，最终归结为两点：开源和节流并举。体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，揭示化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力，体会“知识就是力量”的深刻内涵。五、师生小结，布置作业提示选择冶炼方法要考虑的两个必要因素（金属活动性和氧化还原反应发生的条件）。【作业】1、以小组为单位，调查张北县蔡家营铅锌矿开采状回顾金属的冶炼方法以及选择冶炼方法要考虑的因素。方法提升，学以致用，培养学生的社会责任感、参与意识和决策
16、能力。电解法 热还原法 热分解法六、 教学反思优点：本课的教学设计重点放在了学生对知识获得过程的探索、对学习方法的探索上。力图从张家口市矿产资源的县域分布、开发利用的背景进行创新，找出与金属冶炼关联的问题，采用研究性学习的方法，利用本地金矿、铜矿、宣化钢铁厂炼铁这一身边的学习资源，通过小组进行研究成果的汇报，形成教学主线，然后依据这条线索，形成链条式问题串，在不断解决问题，完成任务的驱动下，较好达成三维目标。全课营建了交流、合作、探究的学习气氛，教会了学生收集加工信息的方法，提高了学生分析、对比、归纳、总结的思维能力。不足：由于学生小组的研究报告内容较多，所以，汇报时间较长，以至于学生在讨论合理开发和利用金属资源的方案时，时长不足，因此讨论交流不够充分，导致开源节流方案的出台有些仓促。改进措施：在研究性学习过程中，应该教会学生如何撰写研究报告，这样可避免出现冗长拖沓的现象，为学生讨论合理开发和利用金属资源这一环节赢得足够时间。况，设计冶炼方案。2、上网查询铝热反应的其他应用，对教材上的铝热反应实验提出改进方法。
