《项目式学习制作天气瓶测定溶液电导率实验促进概念理解》说课稿全国实验说课大赛获奖案例.docx

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《项目式学习制作天气瓶测定溶液电导率实验促进概念理解》说课稿全国实验说课大赛获奖案例

《项目式学习：

制作天气瓶——测定溶液电导率实验促进概念理解》说课稿

一、使用教材

北京出版社九年级化学下册第9章“溶液”。

二、项目式学习中实验设计思路

（一）天气瓶的介绍

图1天气瓶

天气瓶又称风暴瓶（StormGlass）见图1，是一种天气预报工具。

密闭的玻璃容器中装入蒸馏水、乙醇、硝酸钾、氯化铵和樟脑等物质混合而成的透明溶液。

这种独特的配方是在1834〜1836年间由作为“小猎犬”号的指挥官的罗伯特·菲茨罗伊陪同查尔斯·达尔文进行航行时发明的。

根据外界温度的改变，瓶内会呈现出不同形态的结晶，预报天气的变化。

天气瓶可以作为一种美丽的装饰品，也可作为有趣的科学教育素材，学习溶液的概念、配制与结晶。

（二）项目学习中的实验教学整体规划

该项目学习围绕制作天气瓶展开，具体拆解成以下四个主要任务。

化学实验教学贯穿项目学习的整个过程，既是认识天气瓶中溶液组成的重要手段，又是探究温度对物质溶解情况影响的主要活动，还是完成天气瓶制作的必要环节。

教学实施过程中，综合运用定性与定量实验、传统化学仪器与现代传感器技术实验、教师演示与学生实验、教材实验与新增实验，化学实验成为达成本项目学习教育教学目标的主要内容和方式。

表1“制作天气瓶”项目中化学实验汇总表

制作天气瓶

实验名称

呈现方式

说明

任务一初步认识天气瓶的功能和构成

1.观察不同类型的混合物，总结其特点。

学生分组实验

教材实验

2.溶解硝酸钾研究溶液形成过程。

学生分组实验

教材实验

3.应用电导率传感器认识溶液形成。

教师演示实验

创新实验

任务二配制天气瓶所需溶液

4.配制一定溶质质量分数的溶液。

学生分组实验

教材实验

任务三探究天气瓶受温度影响的原理

5.以硝酸钾在水中的溶解为例，探究影响固体物质溶解的因素。

教师演示实验

改进实验

任务四完成天气瓶的制作

6.探究1:

1:

13的硝酸钾氯化铵溶液和24%樟脑乙醇溶液的最佳体积比。

学生分组实验

创新实验

通过开展“制作天气瓶”的项目式学习，以科学实验和实践活动为载体，能有效地促进学生化学观念的建构和发展、证据推理和科学探究能力的提升。

因此，在教学过程中，以制作天气瓶为核心拆分成4个任务，共设计并实施了6组化学实验，包含2个创新实验，1个改进实验。

通过实验1、2和3的递进探究过程，使学生对于溶液的认识从宏观定性发展到微观动态的水平；通过实验4的学生分组实验，训练了学生基本实验操作技能；通过实验5的探究实验，促进溶解度概念的理解；通过实验6的实验设计和实施，帮助学生应用控制变量的科学方法

三、实验创新/改进要点

（一）“制作天气瓶”项目是开展溶液学习的适宜载体

天气瓶的历史悠久、外形精美、变化神奇，是网上热销的小工艺品，很容易激发学生的学习兴趣和探究动机。

其制作原理主要是有关溶液的认识，包括溶液的特征、组成、饱和溶液、溶解度和结晶等概念，涉及一定浓度溶液的配制、影响物质溶解情况因素的探究等化学实验，是开展溶液主题学习的适宜载体。

（二）新增实验“测定溶液电导率”促进溶液概念的深度理解

在认识天气瓶中溶液的教学中，学生的学习难点在于无法将宏观现象与微观本质相联系，不能清晰的认识物质溶解过程及溶液的特征。

所以，本节课增加了数字传感器实验——测定溶液电导率，为展现物质溶解微观过程提供更有利的证据，帮助学生突破从微粒角度理解物质溶解和“消失”这一认识难点。

实验研究过程：

初中化学课程中首次使用电导率实验装置，为了保证实验教学效果，提前进行了多次实验和探索，对电导率仪的放置方式、药品选择、固定装置、课堂演示实验过程、实验数据预处理等进行了细致地研究。

1.电导率仪的放置方式

图2电导率仪的不同放置方法

【研究结果】垂直放置和水平放置的测定效果均较好，但水平放置时加入的KNO3晶体可能会有少量粘在电极表面，使局部离子浓度过大，影响实验数据的准确性和稳定性。

因此，本实验选用垂直放置的方式来完成实验。

2.药品选择

图3对比食盐和硝酸钾溶解过程图

【研究结果】发现食盐溶解过程的曲线波动较大。

分析原因主要为电导率测定原理的本质是电解，氯化钠中的氯离子放电能力强于氢氧根离子会参与电解产生氯气。

为了避免氯离子的干扰。

所以选择硝酸钾作为溶质配制溶液。

此外，依据天气瓶中溶液组成，在KNO3和NH4Cl中选择了KNO3。

因为本节课是先组织学生分组实验观察KNO3加入水中的情况，可与电导率实验进行联系和对比。

天气瓶中溶液还有樟脑，本节课还同时测定了樟脑溶于水和酒精的电导率数据。

3.传感器固定装置

图4不同角度的传感器固定装置

【研究结果】自制的传感器固定装置分为两层，上宽下窄,可将传感器的探头嵌入容器内，以增加稳定性。

从俯视图可以看到上方打有3个圆孔，孔与孔之间相距3厘米。

两层中间加油橡胶层，可以较好的固定电导率仪。

实验用品：

三个电导率传感器，带有传感器固定装置的长方形容器，磁力搅拌器，电脑。

实验装置图：

图5测定溶液电导率实验

实验步骤：

1.连接好仪器（相邻电导率仪高度差为3cm），长方形容器中加入700mL，40℃的蒸馏水。

打开数据采集器

2.缓慢加入KNO3晶体，观察曲线变化。

3.测定200s后打开磁力搅拌器，观察曲线变化。

4.形成溶液后关闭磁力搅拌器，继续测定120s后关闭数据采集器。

实验数据分析：

图6电导率测定硝酸钾溶于水的过程图

分析结果：

0-20s为蒸馏水的电导率。

20-230s是无外力作用下形成的曲线，证明溶质在水中有自发扩散的现象。

230-250s的搅拌过程中曲线的剧烈波动，使学生认识外力作用确实能加快溶液的形成。

停止搅拌后持续测量120s，三线没有明显变化，说明形成的溶液具有均一性和稳定性。

深化理解：

1.溶质的自发扩散

图7对比实验数据理解溶质自发扩散

展示实验3数据和课前实验数据对比，课前将KNO3加入水中，连续测定7天并没有形成均一的溶液。

帮助学生认识自发扩散过程十分缓慢。

2.溶液的稳定性

图8对比实验数据理解溶液的稳定

展示实验3数据和课前实验数据对比，课前搅拌后继续测定24h的数据几乎不变。

帮助学生更好的体会溶液的稳定性。

（三）探究最佳配比提高精准设计实验能力

图9探究最佳体积配比

制作天气瓶的最后环节是探究两种溶液混合的最佳配比。

学生依据已有资料先确定配比大致范围，然后通过设计等差数列的实验组进行对比，判断结晶效果。

通过逐渐缩小等差数据（从10mL、3mL到1mL）,最终确定最合适的体积比。

通过这个探究实验，提升了学生设计实验的能力，尝试更精准、更有效的实验方法。

四、实验教学目标

1.通过对天气瓶中液态混合物组成、性质的认识，初步建立溶液的概念；通过探究温度对天气瓶的影响，初步了解饱和溶液与固体溶解度等概念；在了解溶液相关概念和原理的过程中，归纳形成研究溶液——这种混合物的一般过程，即从静态到动态、从定性到定量，发展化学基本思想和观念。

2.通过分析电导率测定溶液形成实验的数据曲线剖析宏观现象背后的微观本质，，培养科学推理能力和宏观辨识与微观辨析的核心素养。

3.通过探究天气瓶中溶液最佳配比，强化控制变量的实验设计方法，发展实验探究的设计能力。

4.在制作天气瓶的活动中，发展实践能力和创新精神，发展合作交流能力。

五、实验教学内容

任务1通过研究天气瓶的功能和构成来认识溶液。

任务2在配制天气瓶所需溶液的过程中，认识溶液的定量表示方法。

任务3借助饱和溶液及溶解度相关知识的学习，理解天气瓶的变化原理。

任务4亲手制作天气瓶，体验科学探究过程，形成科学研究的思路和方法。

六、实验教学过程

本次项目学习设计了四课时，主要是学生探究天气瓶的奥秘并制作天气瓶

第一课时：

任务一初步认识天气瓶的功能和构成

环节一：

情景引入

图10介绍天气瓶

观看天气瓶的介绍视频，回答问题1描述天气的要素有哪些？

天气瓶能预测哪些要素

呢？

【设计意图】学生感受到各个学科的知识是融合的，培养学生提取信息能力。

环节二：

初识溶液

问题2：

天气瓶由哪几部分构成？

包含学生【实验1】对比试管架中的混合物，判断混合物类型并总结其特点。

图11观察不同混合物的特征

【设计意图】通过猜测天气瓶中的物质分类，培养学生大胆猜想，获取证据的意识。

对混合物进行分类、对比，体验的过程帮助学生宏观定性的认识溶液。

环节三：

认识溶解过程

问题3：

溶液是怎样形成的？

以天气瓶中的硝酸钾为例。

实验2：

溶解硝酸钾研究溶液形成过程

图12溶液的形成过程

【设计意图】学生动手实验观察实验现象体会溶解过程中物质的变化和能量的变化。

从宏观角度认识溶液的动态形成过程。

学生活动3：

画出硝酸钾的溶解过程微观示意图。

图13学生错误的微观过程图

通过微观示意图发现，学生的理解是不同的，个别学生居然认为溶解后硝酸钾就不存在了，大部分同学对于溶解过程不十分理解，他们认为溶液的均一性是一步到位的。

只有少部分同学能将宏观现象与微观本质结合起来，比较准确的表示出溶解的过程及结果。

这种情况我是有经验的，上届学生此处理解也有相似的问题。

所以我备好了创新实验。

【设计意图】通过画微观图的方法展现学生是否能从微观角度清晰准确的认识溶解过程。

结果表明将宏观现象与微观本质相联系是学生的学习难点。

学生活动4：

你有哪些方法知道溶质微粒在水中的运动情况？

实验3：

测定溶液电导率实验

图14:

测定溶液电导率实验方案设计

我的实验虽然备好了但并不直接给学生，而是让他们小组讨论，提出方案。

结合电导率相关信息，展示测定溶液电导率实验。

教师演示实验，获取硝酸钾溶解过程的电导率曲线。

学生结合实验过程分析推理出溶液形成的微观过程。

图15:

硝酸钾溶于水的实验数据图像

分析结果：

0-20s测定的是蒸馏水。

20-170从图像上可以看出三条曲线均在上升，并且最下方1号传感器得电导率最大。

说明硝酸钾的溶解增强了溶液的导电性，溶质离子在水中有自发扩散的现象。

170-190的搅拌过程中曲线的剧烈波动，说明外力作用确实能加快溶液的形成。

停止搅拌后持续测量60s，三线没有明显变化，说明形成的溶液具有均一性和稳定性。

深化理解：

为了帮助学生更加深入体会溶质的自发扩散和溶液稳定性，展示课前连续测定数据作为课上实验数据的补充。

图16:

课前实验数据

学生活动5:

学生再画出硝酸钾的溶解过程微观示意图。

图17:

学生正确的微观过程图

【设计意图】创新应用现代化电导率传感器直观展现物质溶解的微观过程，将宏观现象与微观本质相联系，突破学生学习难点。

在分析数据过程中培养学生的证据推理能力。

学生活动6：

学生分析电导率传感器测定樟脑在乙醇中的溶解过程为什么是三线合一的直线呢？

图18:

樟脑溶于乙醇电导率测定曲线

学生分析电导率大小与离子浓度有关，判断樟脑乙醇溶液中可能没有离子，而是樟脑分子和乙醇分子，所以测得结果始终是0.

【设计意图】学生理解构成物质的微粒不仅有离子还有分子或原子。

不同微粒的测定方法是不同的，培养学生解决实际问题的能力。

第二课时：

任务二配制天气瓶所需溶液

图19:

配制一定溶质质量分数

【设计意图】这部分教学是任务一中溶液组成的深化和发展，强调了定量认识溶液组成的重要性，帮助学生建立从定性到定量的认识混合体系的方法。

学生认识了质量比和溶质质量分数两种定量表示溶液组成的方法。

小组合作完成定量配制溶液的任务，训练实验基本技能，为任务4的探究活动准备好实验药品。

第三课时：

任务三探究天气瓶受温度影响的原理

图20:

探究影响固体物质溶解性的因素

通过一系类的实验，学习了饱和溶液、不饱和溶液以及溶解度的相关知识。

学生应用所学知识了解到天气瓶受温度影响的原因是温度不同物质的溶解度也不同。

【设计意图】任务三在前两个任务的基础上，认识新的物理量——溶解度。

从定量的角度认识物质的溶解能力，从动态的角度认识溶解能力可变性，并应用其解决一些实际问题。

第四课时：

任务四完成天气瓶的制作

【问题1】制作出既美观又准确的天气瓶。

你们会如何制作，还有什么需要解决的问题？

【问题2】简化探究过程，获取最佳实验效果的设计思路是怎样的？

【活动】合作完成实验，两人一组制作指定体积比的天气瓶。

图21:

天气瓶制作过程

教师给出要求，学生思考并发现问题。

小组合作讨论实验设计方案，先大间隔取值找到比较合理的范围，在初步实验的基础上细化取值，最终找到精确配比。

这样研究过程需要几轮的实验，全部在课堂上完成，耗时太多。

项目规划时我已经预设到这种情况，所以将大间隔取值的实验过程，放在课前由化学兴趣小组同学完成。

我和他们一起进行了升温和降温实验。

课上向全体同学汇报。

课前经历了两轮实验：

第一轮实验确定樟脑乙醇溶液的最佳取值在30mL到40mL范围内。

在此基础上进行第二轮实验，确定樟脑乙醇溶液的最佳取值在34mL到40mL范围内。

我们在课堂上进行了第三轮实验，按照体积相差1mL取值进行实验。

通过与成品对比和感温实验验证，最美观感温的效果最好一组32mL硝酸钾氯化铵溶液和38mL樟脑乙醇溶液混合而形成的，圆满完成本次项目式学习。

同学们还提出了更多想探究的问题，例如：

天气瓶中硝酸钾和氯化铵的作用是什么？

还有其它种类的天气瓶吗？

圆满完成本次项目式学习。

【设计意图】制作天气瓶项目的最后的制作环节，增加了实验探究活动：

探究两种溶液的最佳体积配比。

讨论确定科学的实验取值方法为了培养学生的科学创新意识和科学探究能力。

全体合作完成最终确定最佳配比的过程不仅提升了团队合作意识，还体会到科学探究的严谨性。

七、实验教学效果评价

当学生们再次面对天气瓶时，可以很自信的应用化学知识解释其中的奥秘，介绍制作方法。

整个教学过程是以制作天气瓶为载体，帮助学生自然形成对溶液的多角度整体认识。

学生体会到学习的路径不仅仅是课堂上知识的宣讲，更多的是主动探究式的学习，也就是终身学习。

将知识目标和素养目标互相渗透，也能让学生明白“简单原理”到“商品制备”的差异，让学生体会解决实际问题的过程中，需要扎实的基础知识、理性思维、大胆创新、科学的研究方法。

使用数字化电导率传感器测定溶液形成，使学生体会先进科学技术对科学的促进作用，搭建起宏观现象与微观本质的桥梁。

本项目将教材实验与改进实验、创新实验相结合，为学生构建了科学探究的过程，在“经历”中提高科学素养，发生真实性的学习，有效发展了宏观辨识与微观探析等化学学科核心素养，发展了科学价值观。

学生确实体会到了科学的本质在于探索真理，提升了化学学科核心素养，落实立德树人的根本任务。