太阳能、生物质能和氢能的利用教学设计(常州市朝阳中学,张志辉)

太阳能、生物质能和氢能的利用常州市朝阳中学张志辉一、教材依据版本苏教版必修2专题2化学反应与能量转化第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用第一课时太阳能、生物质能和氢能的利用二、设计思想《太阳能、生物质能和氢能的利用》是苏教版必修2专题2第四单元的教学内容。本单元密切联系社会热点问题和生产生活实际，与化学、物理、生物等学科知识联系紧密，对于复习巩固所学的学科知识，提高社会责任感、提高科学素养具有重要作用。本节教学内容也是培养学生发现问题、解决问题和批判性思维极好的素材。鉴于此，本单元所涉及的教学内容在教材中虽然属于常识内容，但在教学中我们依然很重视本单元的教学，在教学中充实自己的知识储备，更新教学观念，实现教学目标。根据课程标准和本单元内容的特点，根据“以学生的发展为核心”的课程理念，为在教学设计中充分体现出“以学生的学为主”和“把学习的主动权交给学生，不用预设的问题约束学生”的教学指导思想，着重解决以下几个问题：1．立足于现代生活和未来发展的需要，激发学生的求知欲。通过世界和我国的能源消费结构及其变化趋势，让学生以方面看到人类面临的能源危机；另一方面也看到太阳能、生物质能、氢能等新能源的开发和利用有着有人前景。鼓励青少年关心能源问题，让学生感悟研究开发新能源的重要性，为全人类的幸福努力学习。注意从学生已有的经验和知识出发，使学生领悟新能源的开发利用与日常生活的密切联系，学习新能源开发利用需要化学等自然科学知识，进一步认识学习化学的重要性，增强学习化学的自信心。例如，从绿色植物的光合作用利用太阳能为地球上的生物提供食物、为人类提供大量的生产原料，看到农业生产的重要性，看到研究光合作用机理、模拟光合作用进行农业生产工业化的前景。从人类对太阳能利用技术的研究，联想到要直接利用太阳能转化为光能、热能、化学能，需要解决转化的材料（如吸收储存太阳能的材料）问题，这无疑是化学科学的任务，以此激发学生学习化学的责任感。学习生物质能的利用，联系沼气池的建设、沼气发电，用植物秸秆等生产酒精，用乙醇汽油代替化石燃料汽油等事例，了解这些措施对解决能源紧缺问题，消除污染，变废为宝的重大意义。2．注意引导学生运用所学的化学知识，分析太阳能、生物质能、氢能利用的化学原理，设想解决开发利用中尚存在问题的方法与途径，以此提高学生运用化学知识的能力，激发学生的创造意识和创新精神。例如，学习生氢能源的开发利用时，可以发动学生讨论氢气来源的途径和方法，联系各种可能的从水制氢气的方法，了解氢气储运和利用的合理方法。3．组织好学习活动，发挥学生学习的主动性。例如围绕学习主题，组织专题课堂讨论。发动、鼓励学生收集有关能源问题的文字、图像资料，联系并综合运用物理、生物等学科的知识，在讨论中大胆阐述自己的见解，互相启发交流，取得共同提高。三、教学目标知识与技能：简单了解太阳能、生物质能、氢能的开发和利用的现状；了解开发利用能源的广阔前景和一些尚未攻克的技术难题。能力与方法：培养学生的创造能力，学科知识和社会生产实际相结合的能力。情感态度和价值观：认识开发利用高能、清洁能源的重要性和迫切性；培养学生节约能源的观念；激发学生学习化学的兴趣，培养学生学习科学知识的责任感与使命感。四、教学重点 认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研究新型电池的重要性。五、教学难点太阳能收集和利用的方式六、教学准备教学资源的准备学习活动的准备在课前老师布置了三个研究性学习的课题让学生开展研究性学习，为本科学习做知识准备。布置的课题为：1、人类对生物质能的认识和利用；2、人类对光能的认识和利用；3、人类对氢能的认识和利用。七、教学过程教师活动学生活动引入：有人说，二十一世纪是一个信息爆炸的时代，有着许许多多人类关注的热点和焦点问题。在这里有一组新闻中经常出现的一些内容，相信大家耳熟能详。你能告诉我在这些标题的背后说明着人们正在关注着怎样一个问题。伊朗核问题、电力改革、水源污染、全球化与中国能源、供热体制改革、煤电之争、五年规划、京都议定书、小排量汽车解禁、官煤勾结、节约型社会与循环经济、油价上涨思考能源问题已经成为当今社会的焦点问题。小到平民百姓关心的油价，大到国家之间的竞争甚至战争，无一不说明这一切。同学们知道，现在人类所利用的能源大都来自于什么吗？以煤、天然气、石油为主。然而这些化石燃料要历经几百万年才能演变而成，是不可再生资源。那么这些资源还能维持多久呢？在这里有一些数据，让我们一起动手算一算人类赖以生存的石油还能维持多少年。计算（使用白板计算器，直接计算，用笔写出）煤：227年，天然气61年，石油40年用灯光效果，引起警示。算一算：人类赖以生存的石油还能维持多少年？石油蕴藏量/t年平均耗油量/t可供使用年限非洲9.5×1092.2×10843年美洲1.8×10108.0×10822.5年欧洲3.6×1091.4×10825.7年中东6.1×10106.1×108100年（另外）科学家对全球化石燃料何时会被耗尽作了估计，其预测结果是——煤：227年，天然气61年，石油40年。 谈一谈：这些数据给你怎样的启示？看来大家共同的想法是：节约能源，寻找新能源。思考讨论想一想：除了化石燃料，还有其它形式的能源吗？思考回答刚才大家提供了很多形式能源（如太阳能、风能、水能等）。画一画：能否结合人类利用这些能源的具体实例和能量的转移，以2人为一组，共同建构一张能量转化的网络图吗？图例：合作建构（图例用笔直接演示画出）找一找：在你所建构的图中（1）哪些能量间的转化是人类直接利用的，哪些是间接利用的？（2）在能量被利用的过程中哪些又是与化学有关的？汇报交流在这里我也建构了一张能源能量循环网络图。太阳能可以转化为其它各种形式的能源，其它各种形式的能源可以相互转化。从这张图中你能看出在人类利用的能源中，太阳能处于怎样的地位吗？太阳能是地球上最基本最重要的能源。看图小结太阳能是地球上最基本最重要的能源。用变色笔强调。过渡：其实太阳能的利用在生活中是无处不在的。你见过这些吗？太阳能电板太阳能热水器在高速公路和郊区经常见到的太阳能警示灯……过渡：接下来我们再具体的看一些太阳能利用的实例，边看边请你想一想利用过程中能量的转化方式是怎样的。 太阳辐射能直接利的实例实例1：地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉等转化形式：光能转化为热能。基本原理是将太阳辐射能收集起来。实例2：太阳能电池转化形式：光能转化为电能。利用光电效应，将太阳辐射能转换成电能。实例3：光解水制得氢气，利用太阳辐射能和催化剂，使水分解。转化形式：光能转化为化学能，这是一种很有前途的光→化学转换方式。思考回答过渡：下面让我们共同看一个相关的问题。练一练：能源可划分为一级能源和二级能源。自然界以现成方式提供的能源称为一级能源；需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取：H2O(1)＝2H2(g)+O2(g)。该反应要吸收大量的热。根据上述内容回答下列问题：(1)下列叙述正确的是(AC)A．电能是二级能源B．水力是二级能源C．天然气是一级能源D．太阳能是二级能源(2)关于用水制取氢能，以下研究方向不正确的是(AC)A．构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可研究在水不分解的情况下，使氢气成为二级能源B．设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气C．寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能量D．寻找特殊催化剂，用于开发廉价能源，以分解水制取思考回答（用笔分析，得出答案）间接利用太阳能的实例实例1：水力发电太阳辐射能使地表水分蒸发形成云雨，下雨之后江、河上游的水位提高形成落差，推动水轮机而发电。转化方式：太阳能间接转化为机械能和电能实例2：化石燃料由远古时代的生物能转化而来，归根到底是由太阳能转化而来转化方式：太阳能间接转化为化学能思考回答过渡：这里还有一个有关太阳能利用的问题，请同学们试一试自己来揭开其中的奥妙。试一试：芒硝（Na2SO4•10H2O）可调节室内温度，它是科学家利用太阳能的方法之一，是将装有芒硝的密闭聚乙烯管安装在房屋的外墙上。当太阳照射时，它将太阳能转化为化学能，达到蓄热作用，使室内保持较低温度；晚上，它又能将化学能转化为热能放出，使室内保持温暖，你知道其中的奥妙吗？试用化学反应方程式来表示。Na2SO4•10H2ONa2SO4•nH2O＋(10－n)H2O（n＜10）白天放在阳光下暴晒，当温度达到25℃练习（演示方程式，解释用幕布遮住） 时，硫酸钠水合晶体失去结晶水，溶解吸热。夜里气温下降，袋里的硫酸钠溶液结晶，重新析出水合晶体，释放热量，用于取暖。由于芒硝随环境温度的变化，得失结晶水，在得失结晶水的过程中伴随能量变化，因此，芒硝可作储能材料。这是利用太阳能的一种简易方法。过渡：看了这么多太阳能利用的例子，我不禁想问问大家：你知道大自然利用太阳能最成功的方式是什么吗？世界上最重要的一个反应、一个作用——植物的光合作用。提问：光合作用我们并不陌生，就你的了解，你能谈谈光合作用是怎样的一个过程吗？回答讲解：在太阳能的作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素，把能量转化为化学能。在食物链的作用下。动物摄入体内的淀粉、纤维素能水解转化为葡萄糖，葡萄糖氧化成二氧化碳和水，同时释放出热量，供给生命活动所需。（图表用幕布遮住）过渡：接下来让我们一起了解在光合作用中涉及到的一些化学反应。光合作用反应方程式学生写。提问：书写方程式（幕布遮住） 了解了这样一个循环中的化学反应请大家想一想，在这4个反应中哪个反应需要吸收能量，吸收什么能量，那个反应放出能量，放出的能量做什么用？你觉得太阳能对生命体活动起着怎样的作用。（决定性）小结：不错，从这张图我们不难看出太阳能在维持动植物的生命活动的过程中，起着相当重要的作用。可以说没有太阳能也就没有生命。所以人类在寻找外星生命的时候，往往想先寻找到新的太阳。议一议：人类大量的直接的利用太阳能的过程中，还存在的问题有哪些？（1）太阳能吸热装置的费用较昂贵（2）太阳能利用受季节和天气影响（3）太阳能的利用率和转化率问题交流讨论（灯光效果）可见在人类利用能源的道路上，还有许许多多的问题没有得到解决，所以今天留给大家的课后问题就是：课题研究你将来希望从事有关开发和利用能源的课题研究吗。你会选择怎样的课题进行研究呢，请你能谈谈它对人类发展的意义。最后送给大家一句话，能源是人类的命脉，期待着你的探索和研究！