镀锌铁皮锌镀层厚度的测定的教学设计

1镀锌铁皮锌镀层厚度的测定的教学设计王金文嘉高实验中学[内容提要]以“镀锌铁皮锌镀层厚度的测定的教学设计”为例，探讨实验化学教学模块的教学方法，明确撰写实验报告在实验化学教学中的重要作用。[关键词]镀锌铁皮锌镀层厚度的测定教学设计撰写实验报告一、设计背景：2006年，浙江省进入新课程实验，作为一个教育大省，省学科指导委员会把最具化学特色的选修模块《实验化学》作为每一位报考本科院校的理科学生必须选择的模块来学习，嘉兴市把该模块安排在高二第二学期的下半学期修习（上半学期学习《化学反应原理》模块）。作为一门独立的纯实验的模块课程，应该怎样教学，才能体现实验化学的学科特点，有效的培养学生的实验技能并进而提高学生的化学科学素养，是值得我们化学教学工作者去不断地探索和总结的。二、课题来源：江苏教育出版社的《实验化学》（2006年2月第1版，2007年11月浙江省第1次印刷）专题6-----物质的定量分析----课题2，教材第82页至第84页。三、教材分析：通过前面几个专题以及本专题课题1-----《食醋总酸含量的测定》的学习，学生基本了解了《实验化学》学习的一般思路，化学实验方案设计的一般过程，已经基本掌握化学实验的一般技能，掌握了定量化学实验方案设计的基本方法和步骤，以及如何撰写化学实验报告等等，这给本课题的学习带来了极大的方便也为本课题的自主探究学习提供了可能。因此，本课题主要通过在教师指导下，充分发挥学生的主观能动性，由学生自主设计并进行探究以获得最优实验方案，自主进行实验操作，记录实验数据并处理实验数据得出结论，通过小组合作讨论，加强同学之间的合作交流。教材一开始从减缓铁的电化学腐蚀方面介绍了常用金属材料“白铁皮”，进而指出测定“白铁皮”锌镀层厚度的现实意义，让学生体验物质的定量分析与我们的生活是紧密相关的，非常明确地向学生展示了学习化学的价值取向，提出了本课题的学习的要求。接着，通过“知识预备”栏目，回顾了与本专题有关的电化学知识，锌镀层厚度的测定原理，给出了一种实验方案，通过“检索咨询”栏目给出了其他实验方案，意在激发学生尽可能设计较多的测定方案，并通过实验比较、分析，优选操作最简、效果最好的实验方案。指导学生进行实验，记录实验数据并处理实验数据，得出结论。安排三课时进行教学：第一课时，实验方案的设计，在教室进行；第二课时，实验实施，获得实验数据，在实验室；第三课时，实验数据处理与反馈，在课后与教室进行。教学目标知识与技能：（1）学会用电子天平称量物质的质量。（2）学会用化学方法测定镀锌铁皮2的锌镀层厚度。（3）了解测定过程中产生误差的原因，会对实验数据进行处理。（4）掌握定量分析测定试验的化学实验报告的书写。过程与方法：了解实验方案设计的一般思路，掌握定量分析实验的一般方法，以及实验数据处理的一般方法。情感、态度、价值观：通过测定镀锌铁皮的锌镀层厚度的现实意义，明确定量分析实验的价值取向，通过多种分析实验方案的设计，亲身实验，培养学生勇于创新的精神，敢于时间的科学品质，提高学生的学习兴趣。教学重点第一课时：方案设计；第二课时：指导学生正确进行实验、记录实验数据；第三课时：实验结果和数据处理的反馈、误差分析教学设计第一课时内容板块教师活动学生活动设计意图引入(1)投影展示被腐蚀的钢铁制品(2)投影展示生活中常见的金属材料“白铁皮”制作的生活用品(时间1分钟)通过以上两例情境，提出以下问题（1）铁皮表面锌镀层的作用是什么？(2)锌镀层如何保护铁皮不被腐蚀？（3）锌镀层是否越厚越好？请从正反两方面加以评析。总结：锌镀层的厚度就成为镀锌铁板质量好坏的重要标志。（在此基础上提出学习任务）如何测量锌镀层的厚度呢？（3分钟）观看思考问题1，回答：铁的保护膜思考问题2，回答：形成原电池，使较不活泼的铁被保护思考问题3，（提示从商家和用户两个角度评析这个问从学生熟知的生活事例入手，明确镀锌铁皮锌镀层厚度测定的现实意义，从价值观角度理解学习锌镀层厚度测定的必要性，让学生体验化学与我们的生活是密切相关的，提高学生学习化学的兴趣。3题）回答建立理论模型理论模型假设，截取一小块长方体镀锌铁板(如图1所示)，若知道镀层锌的质量为m(Zn)，请同学们计算出锌镀层的厚度h，每个小组将计算结果写到黑板上。巡视学生的计算情况，学生反馈后对学生的计算情况进行评价，并将修改后的正确结果板书在黑板上。【板书】锌镀层厚度h的计算公式如下：其中a、b、h分别表示锌镀层的长、宽和厚度，单位是㎝，ρ是锌的密度，取值为7.14g/㎝3（时间大约3分钟）计算锌镀层厚度h的表达式(学生通过交流、讨论，将计算结果反馈并书写到黑板上，并向所有同学讲解公式的含义。大家共同讨论、交流得到一个正确的结果这个计算，学生是可以完成的，通过此计算，来激励学生的兴趣，让学生体验到成功的乐趣。以充分发挥学生的主观能动性方案设计总的思路【设问】（1）要计算h，需要测量哪些数据呢？（2）选择什么样的测量仪器来测量a、b的值？（锌镀层的厚度很小，通常以毫米作为单位，请选择合适的测量仪器）【回答】锌的质量，锌板的长和宽，即m(Zn)、a、b的值【回答】刻度尺、游标第一个问题，学生容易回答，第二个问题，学生一般知道用刻度尺，其他两个量具想不到，教师可以做适当地4（3）镀层锌的质量如何测量呢？（4）用托盘天平可以吗？原因？（学生回答用电子天平后，教师解释一下，由于我校只有物理天平，故我们采用物理天平，其精度是0.01g）（时间大约3分钟）卡尺或螺旋测微器，【回答】用天平称量【回答】不可以，精度低，必须用电子天平。提示（注意用不同量具测量时的精度），顺便复习一下两种测量仪器的使用。采用问答形式将问题推向高潮。具体方案设计【问】如何用物理天平来测铁片表面锌的质量呢？用刮刀把它刮下来称量吗？学生大笑活跃课堂、调节气氛大家的笑声已经说明了这种方法是行不通的，那么现在请大家想出一些可行的方法来，先请同学们阅读教材第82页预备知识1的部分和课题方案设计部分，看看二者之间有何关系？你能想清楚他们的关系吗？（时间大约5分钟）阅读、思考、讨论充分利用教材提供的方法，同时培养学生的自学能力下面请一个同学分析一下教材上所设计的方案以及该方案所依据的原理（3分钟）一个学生分析,其他学生倾听了解学生对知识的接受情况。和学生一起总结：方案一：利用原电池原理，将镀锌铁块置于一定浓度的盐酸溶液中，由于锌、铁、盐酸正好满足原电池的构成要件，故反应速率较快，当锌完全反应时，反应速率突然减慢，此时终止反应，经处理后称量，前后质量差即为锌的质量。（5分钟）和老师一起总结文字表述能力培养【问】方案中为何取A、B、C三块不【答】平行了解减小测量误5同的镀锌铁皮？测定，减小测量误差差的一种方法---平行测定，取其平均值【问】为了保证试验的精度，试验过程中应注意哪些问题？【讨论】使反应均匀、反应终点的判断要准确、冲洗速度要快、烘干时防氧化等好了，这个方案我们就讨论到这里，课后请大家把这个方案的实验报告写好，注意实验报告的格式。每个大组上交一份，经审核合格后下一堂课进行实验。（8分钟）记下要求，课后完成。通过实验报告的书写，培养学生认真预习、认真设计实验方案并将方案用报告的形式表述出来。拓展延伸方案设计【设问】除了采用电化学方法测量锌的质量以外，你还能想出哪些方法来测量锌的质量呢？请同学们认真思考，并将你的方法和本小组同学相互交流讨论。（5分钟）学生认真阅读书本，积极思考，相互讨论培养学生的创新意识，团体合作意识好，下面请每一组指定一位同学将你们组的讨论结果，告诉大家。学生上台用视屏展示仪逐组汇报，其他学生记录培养学生语言表达能力，训练学生的胆量，给学生提供展示自我的机会。老师边听学生的汇报，边将学生的汇报结果总结板书在黑板上。以利于总结这些方案是否合理，请同学们根据自记下要求通过让学生自己6己设计的方案，撰写实验报告，准备有关实验器材，下一堂课请你用电化学方法和你自己设计的方法来测定锌镀层的厚度。（8分钟）设计方案、自己准备器材、自己动手实验，培养学生严谨的科学作风和科学素养作业布置：两份预习实验报告，相关实验器材准备。第二课时（在实验室进行）要求每组同学完成两个实验，一个是以课本上提供的方案设计的实验，要求数据按照附件中的表格进行记录。还有一个是小组内共同商讨的其他方案，数据记录表格按自己设计的方式记录。第一个实验的准备工作由老师和实验员准备，其他实验方案经老师审核后由老师和实验员指导学生准备。根据学生上交的预习实验报告，主要集中在以下两种方案。方案一：根据教材第83页提供的锌与氢氧化钠溶液反应而铁不与之反应，称量反应前后的质量差，在代入公式计算，数据记录采用以上表格。方案二：将教材第83页提供的将锌铁看成是双组分混合物，使他们与酸完全反应，但测量的不是氢气的体积，而是反应前后体系的质量差，该质量差就是反应后产生的氢气的质量。所以设计方案如下：在同一块镀锌铁板上截取三块，分别测量其长和宽，用电子称称量其质量，在烧杯中加入适当过量的盐酸，称量盐酸和烧杯的总质量，将铁片放入烧杯中反应，当铁块完全溶解时，记录电子秤上的读数。计算锌的质量。再计算锌镀层的厚度。数据记录表个如下：镀锌铁片测量项目ABC镀锌铁皮长/cm[a]镀锌铁皮宽/cm[b]铁皮反应前质量/g［ｍ１］盐酸和烧杯总质量/g［ｍ２］反应后体系的总质量/g［ｍ3］反应后产生的氢气的质量/g［ｍ4］锌镀层质量/g[m(Zn)]7锌的密度ρ=7.14g/cm3锌镀层的厚度/cm[h]锌镀层的平均厚度/cm[h]相对偏差/％平均相对偏差/％实验结束后，要求学生处理实验数据，完成实验报告，并比较两种方法的优劣。作业：实验数据的处理和误差分析。第三课时【教师活动】导入：上一堂课，大家在实验室里做了一堂课的实验，收入颇丰，下面把部分小组的测定结果统计出来，让我们共同来分享。【教师活动】打出下列投影片：下列数据是抽取我们其中六个小组同学测定的结果组别123456h/mm(×10-3)7.366.917.008.236.9617.22从六个小组记载的数据看，第五组的数据比较特殊，能不能讲讲原因。【学生活动】学生1：有效数字不一样，可能测量的仪器有差别，第五组可能用的是螺旋测微器、其他组用的是游标卡尺。学生2：也可能是没注意计算结果的小数位。【教师活动】两位同学回答得都比较好，如果是1同学所说的情况，该同学非常细心，该同学值得表扬，如果是2同学的情况，请该同学再认真想一想。【设计意图】强调定量测量中有关数据的有效数字及计算【教师活动】为了计算锌镀层厚度的平均值，下面有两种计算形式：【投影两种计算】第一种：第二种：8你认为哪一种比较合理？【学生活动】积极思考和讨论。因8.23与其他数据相差较大，故因舍去，所以以第二种计算为准。【设计意图】注意偏异数据的取舍【教师活动】打出下列投影片，下面是某小组同学记录的数据及数据处理结果镀锌铁片测量项目ABC镀锌铁皮长/mm[a]49.450.550.5镀锌铁皮宽/mm[b]49.050.049.0铁皮反应前质量/g［ｍ１］2.462.512.50铁皮反应后质量/g［ｍ２］2.202.252.24锌镀层质量/g[m(Zn)]0.260.260.26锌的密度ρ=7.14g/cm3锌镀层的厚度/mm[h]0.007520.007210.00736锌镀层的平均厚度/mm[h]0.00736相对偏差/％2.22.00相对平均偏差/％1.4（注：长度和宽度的测量用游标卡尺(0.1mm）测量，质量用物理天平（0.01g)称量）你觉得该组同学数据记录和处理结果有无问题？【学生活动】积极思考、回答：由于该同学使用的是游标卡尺和物理天平，其记录的数据符合仪器的要求，处理过程中考虑到了有效数字的运算规则，所以这个结果是合理的。【设计意图】仪器精度和有效数字运算法则。【教师活动】打出下列投影片：下列表格是该小组同学用另一种不同的方法测定的值。方法二：用氢氧化钠溶解锌：镀锌铁片测量项目ABC镀锌铁皮长/mm[a]50.051.050.5镀锌铁皮宽/mm[b]50.050.050.5铁皮反应前质