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 | 9.5×109 | 2.2×108 | 43年 |
| 美洲 | 1.8×1010 | 8.0×108 | 22.5年 |
| 欧洲 | 3.6×109 | 1.4×108 | 25.7年 |
| 中东 | 6.1×1010 | 6.1×108 | 100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•10H2O Na2SO4•nH2O＋(10－n)H2O （n＜10） 白天放在阳光下暴晒，当温度达到25℃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。 | 练习（演示方程式，解释用幕布遮住） | ||
| 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：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） | 书写 方程式（幕布遮住） | ||
| 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！ | |||
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