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篇1

關(guān)鍵詞：提取鋁的工業(yè)流程；能量變化；電價(jià)優(yōu)惠；節(jié)能減排；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005-6629（2013）3-0034-03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 教學(xué)設(shè)計(jì)思想

本課是蘇教版《必修1》專(zhuān)題3第一單元“從鋁土礦中提取鋁”。由于電解鋁是已知工業(yè)品生產(chǎn)中耗電量最大的，電力成本占到生產(chǎn)成本的30%～40%，國(guó)家的電價(jià)優(yōu)惠是電解鋁工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，所以一定要讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)該工業(yè)高耗能的特征，于是能量的綜合利用成為設(shè)計(jì)本課的一個(gè)初衷，也是貫穿課堂的主線(xiàn)之一。通過(guò)專(zhuān)題2中鎂的提取流程的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對(duì)工業(yè)流程的分析有了初步的認(rèn)識(shí)，如何在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)工業(yè)流程分析和設(shè)計(jì)的能力是筆者考慮的另外一個(gè)角度，同時(shí)為后續(xù)鐵、銅的獲取的學(xué)習(xí)埋下伏筆。于是就把解讀流程、改進(jìn)流程、創(chuàng)新流程作為了本課的另外一條主線(xiàn)。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）知識(shí)與技能：了解鋁元素的存在、含量及鋁的用途；理解從鋁土礦中提取鋁的化學(xué)原理；學(xué)會(huì)用化學(xué)流程圖表示和描述工藝操作及物質(zhì)變化的過(guò)程。

（2）過(guò)程與方法：解讀鋁土礦制備鋁的工藝流程，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力；通過(guò)對(duì)流程的完善，學(xué)會(huì)分析化工流程的一般方法；通過(guò)對(duì)新流程的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，提升問(wèn)題探究的能力；通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物質(zhì)的性質(zhì)，提高實(shí)驗(yàn)操作能力。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)方案解讀、驗(yàn)證、改進(jìn)、創(chuàng)新等活動(dòng)培養(yǎng)探究的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；從煉鋁方法的發(fā)展，體驗(yàn)化學(xué)科學(xué)的發(fā)展對(duì)人類(lèi)生活的影響；通過(guò)對(duì)最大耗能工業(yè)的分析，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)，對(duì)與化學(xué)相關(guān)的生產(chǎn)生活問(wèn)題做出合理分析。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)及流程

3.1 教學(xué)流程

3.2 自主學(xué)習(xí)

（1）通過(guò)查找相關(guān)資料，了解鋁及其合金的用途、鋁的冶煉發(fā)展史。

（2）知識(shí)準(zhǔn)備：金屬鈉和鎂的冶煉方法、鎂的提取的化工流程。

3.3 課堂教學(xué)

3.3.1 鋁的存在、含量、用途

[引課]鋁的存在、含量、用途。

2010年12月21日1 kg鋁和黃金的期貨價(jià)格分別為16.2元、29.6萬(wàn)元；1kg鋁的價(jià)格從1854年的1200盧布變化到了19世紀(jì)的1盧布。

[設(shè)問(wèn)]既然鋁元素在地殼中含量大，為什么19世紀(jì)中葉以前金屬鋁貴過(guò)黃金？19世紀(jì)末又發(fā)生了什么？

[介紹]霍爾發(fā)現(xiàn)電解鋁的過(guò)程。

設(shè)計(jì)意圖：用地殼中鋁元素的豐富、現(xiàn)實(shí)的便宜與曾經(jīng)的昂貴造成認(rèn)知沖突，引發(fā)學(xué)生思考，為尋找鋁冶煉的難處做好伏筆，同時(shí)也體會(huì)化學(xué)的發(fā)展對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)、生活發(fā)展的作用。

3.3.2 從鋁土礦中提取鋁的“流程解讀”

[過(guò)渡]雖然霍爾推動(dòng)了電解鋁工業(yè)的發(fā)展，但是至今電解鋁工業(yè)還是有一個(gè)很大的缺憾：高耗能。電解鋁是典型的高耗能工業(yè)，在所有工業(yè)產(chǎn)品中耗電量最大。所以我們今天從提煉鋁的物質(zhì)變化中去了解其耗能大戶(hù)的特點(diǎn)。

[問(wèn)題情境1]電解鋁在所有工業(yè)產(chǎn)品中耗電量最大，每生產(chǎn)1噸鋁的耗電量就高達(dá)1.5萬(wàn)度。自2010年6月1日起，國(guó)家繼續(xù)明確對(duì)大型電解鋁企業(yè)實(shí)行優(yōu)惠電價(jià)0.3元/度。每噸鋁的總生產(chǎn)成本是15000元左右。

[學(xué)生活動(dòng)1]算一算：耗電成本約占鋁生產(chǎn)成本的比例。

[提問(wèn)]電能消耗一般占成本的30%～40%，那么這些電能都消耗在了哪些環(huán)節(jié)？請(qǐng)大家閱讀下圖（蘇教版《必修1》P64），先了解一下從鋁土礦中制備鋁的工藝流程。

[學(xué)生活動(dòng)2]學(xué)生閱讀，提出困惑，指導(dǎo)解決。

設(shè)計(jì)意圖：讀懂整個(gè)流程，提出疑問(wèn)。

[過(guò)渡]流程中有兩個(gè)反應(yīng)沒(méi)有學(xué)過(guò)，請(qǐng)你按下表中的操作驗(yàn)證一下。

[學(xué)生活動(dòng)3]學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)；學(xué)生匯報(bào)。

設(shè)計(jì)意圖：驗(yàn)證反應(yīng)，并感受兩個(gè)反應(yīng)熱量變化不大，為下一步能量綜合分析做準(zhǔn)備。

[學(xué)生活動(dòng)4]根據(jù)課本介紹和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫(xiě)出相關(guān)化學(xué)方程式，展示、點(diǎn)評(píng)。

[提問(wèn)]認(rèn)識(shí)了流程中的物質(zhì)變化，下面請(qǐng)大家分析一下流程中的能量變化，看看哪一步耗能最大？

[學(xué)生活動(dòng)5]找一找：學(xué)生討論、學(xué)生分析。

設(shè)計(jì)意圖：掌握流程中的能量變化和物質(zhì)變化，為下一步流程中能量和物質(zhì)綜合利用的分析做準(zhǔn)備。

[小結(jié)]能量分析：第一步礦石的粉碎需電能；第二步鼓入CO2需電能；第三步反應(yīng)加熱需熱能；第四步加熱需熱能，電解需電能。

設(shè)計(jì)意圖：使學(xué)生對(duì)整個(gè)流程中的能量消耗有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。

[總結(jié)]一、從鋁土礦中提取鋁的工藝流程

（1）流程：兩個(gè)階段（提純和冶煉）。

（2）反應(yīng)原理：四個(gè)反應(yīng)。

（3）能量分析：電解氧化鋁步耗能最大氧化鋁熔點(diǎn)高加冰晶石可降低熔點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：使學(xué)生對(duì)流程形成一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。

3.3.3 從鋁土礦中提取鋁的“流程改進(jìn)”

[過(guò)渡]我們了解了提取鋁的物質(zhì)變化、能耗情況后發(fā)現(xiàn)，幸虧霍爾引入了冰晶石，否則能耗還更大，但即使是這樣，如果不是國(guó)家給的優(yōu)惠電價(jià)，電解鋁行業(yè)仍是無(wú)法生存的，特別是中小企業(yè)。

[問(wèn)題情境2]到2010年，我國(guó)萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗由2005年的1.22噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降到1噸標(biāo)準(zhǔn)煤以下，降低20%左右，已完成了十一五規(guī)劃的節(jié)能目標(biāo)。自2010年6月1日起，國(guó)家明確對(duì)淘汰類(lèi)和限制類(lèi)企業(yè)，取消優(yōu)惠電價(jià)，實(shí)行1.0元/度。據(jù)第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)2010年10月27日消息：電解鋁行業(yè)受沖擊最大，各地鋁廠在過(guò)去的五年中紛紛開(kāi)展了配套流程升級(jí)換代。

[學(xué)生活動(dòng)1]算一算：取消優(yōu)惠電價(jià)，耗能約占鋁生產(chǎn)成本的比例。

[提問(wèn)]如果你是鋁廠工程師，對(duì)這套經(jīng)典流程可以做哪些改進(jìn)？

[學(xué)生活動(dòng)2]改一改：能量的綜合利用（學(xué)生討論、匯報(bào)方案）；物質(zhì)的綜合利用（學(xué)生討論、匯報(bào)方案）。

[點(diǎn)評(píng)]主要是第三、四步的廢熱可以回收利用，轉(zhuǎn)化為電能；把一些物質(zhì)作為副產(chǎn)品或者是建構(gòu)物質(zhì)循環(huán)。

設(shè)計(jì)意圖：取消優(yōu)惠電價(jià)后電價(jià)成本已經(jīng)占成本的100%，進(jìn)一步讓學(xué)生感受其耗能大戶(hù)的特點(diǎn)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有流程從物質(zhì)和能量綜合利用兩個(gè)角度進(jìn)行分析，提高學(xué)生的分析問(wèn)題能力。

[總結(jié)]二、工業(yè)流程常見(jiàn)的綜合利用：能量的綜合利用節(jié)能；物質(zhì)的綜合利用減排。

設(shè)計(jì)意圖：在方法層面提升學(xué)生的認(rèn)識(shí)。

3.3.4 從鋁土礦中提取鋁的“流程創(chuàng)新”

[過(guò)渡]但是國(guó)家對(duì)高耗能工業(yè)的忍耐是有限的，已經(jīng)對(duì)徹底取消高耗能企業(yè)電價(jià)優(yōu)惠給出了時(shí)間表。很多有實(shí)力的企業(yè)紛紛加大對(duì)提取鋁的新方式的研究。

[問(wèn)題情境3]隨著資源價(jià)格越來(lái)越高，特別是低碳生產(chǎn)與生活的追求，高耗能的提取鋁的方式越來(lái)越顯出它的弊端。我國(guó)“十二五”規(guī)劃中節(jié)能減排的決心更為凸顯，國(guó)家十一五期間已經(jīng)加快了電解鋁行業(yè)的關(guān)停并轉(zhuǎn)，光是2010年前七個(gè)月就已淘汰落后產(chǎn)能電解鋁企業(yè)達(dá)到17家。很多有實(shí)力的企業(yè)紛紛加大了對(duì)提取鋁的新方式的研究。假如你是一位科研人員，請(qǐng)你思考設(shè)計(jì)一些從鋁土礦中提取鋁的新思路或者提出一些新的研究方向。（可以用物質(zhì)轉(zhuǎn)化流程表示）

[學(xué)生活動(dòng)]設(shè)計(jì)方案、匯報(bào)方案、評(píng)價(jià)方案。

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用本課剛學(xué)的流程分析和綜合利用分析的一般方法設(shè)計(jì)新的思路，培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新的能力。

[引導(dǎo)準(zhǔn)備]可從礦石中提純、冶煉兩個(gè)方面去思考；冶煉方法選擇可類(lèi)比學(xué)過(guò)的金屬冶煉；提供學(xué)生需要的含鋁物質(zhì)的性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)分析、設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)更多鋁及其化合物性質(zhì)的激情，為本單元后兩課時(shí)的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。

[總結(jié)]三、設(shè)計(jì)提取金屬的工業(yè)流程的一般思路：冶煉方法選擇（依據(jù)金屬活動(dòng)性）物質(zhì)提純（依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)）綜合分析（從物質(zhì)和能量綜合利用兩個(gè)角度）。

設(shè)計(jì)意圖：提升學(xué)生對(duì)分析和設(shè)計(jì)金屬提取工業(yè)流程的方法的認(rèn)識(shí)。

3.3.5 課堂總結(jié)

從鋁土礦中提取鋁的工業(yè)流程；提取金屬工業(yè)流程設(shè)計(jì)的一般思路。

設(shè)計(jì)意圖：從知識(shí)和方法兩個(gè)方面對(duì)課堂進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)一步完善學(xué)生對(duì)提取金屬鋁的工業(yè)流程的認(rèn)識(shí)。

4 教學(xué)反思

4.1 課堂回顧

課堂上學(xué)生積極主動(dòng)，思維活躍，參與度很高，學(xué)生的表現(xiàn)讓筆者明顯感受到三維目標(biāo)基本達(dá)成，他們學(xué)到了從鋁土礦提取鋁的知識(shí)，通過(guò)解讀流程、改進(jìn)流程、創(chuàng)新流程切實(shí)提升了閱讀、分析、設(shè)計(jì)工業(yè)流程的能力，能量綜合利用這一主線(xiàn)強(qiáng)化了他們珍惜資源、愛(ài)護(hù)環(huán)境、合理使用化學(xué)物質(zhì)的觀念，順利地把學(xué)生的視線(xiàn)引向了與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)問(wèn)題、國(guó)家政策，初步形成了主動(dòng)參與社會(huì)決策的意識(shí)；教學(xué)設(shè)計(jì)得以順利實(shí)施，提取鋁及其化學(xué)工藝流程圖這一重點(diǎn)充分突出，化工流程的分析和設(shè)計(jì)這一難點(diǎn)得以有效突破；整節(jié)課比較流暢、緊湊，但是時(shí)間偏緊，拖堂三分鐘。

4.2 原因分析

4.2.1 成功之處分析

選擇化學(xué)史和生產(chǎn)生活實(shí)際引入使學(xué)生興趣盎然；抓住鋁冶煉工業(yè)是耗電大戶(hù)的特點(diǎn)、高耗能工業(yè)的國(guó)家政策展開(kāi)課堂的教學(xué)，學(xué)生感到非常特別、新穎；流程學(xué)習(xí)因?yàn)橛辛他u素、鎂的提取的基礎(chǔ)，學(xué)生具備了―定的流程分析能力。

4.2.2 不足之處分析

本課最大的不足是時(shí)間緊，究其原因，首先是引課時(shí)在鋁的用途、含量處用時(shí)過(guò)多，這些內(nèi)容是為了激發(fā)興趣、引發(fā)沖突，但是難度不大，用時(shí)6分鐘偏多；其次流程解讀板塊中增加了兩個(gè)學(xué)生驗(yàn)證性分組實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證流程中涉及的兩個(gè)新學(xué)反應(yīng)，為后續(xù)分析、改進(jìn)作鋪墊，但讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、匯報(bào)、分析，用時(shí)過(guò)多；再有就是第三板塊創(chuàng)新流程要求比較高，以學(xué)生的基礎(chǔ)，需要更多時(shí)間思考。

4.2.3 改進(jìn)思考

（1）第一個(gè)不足的改進(jìn)方案：既然鋁的用途、含量學(xué)習(xí)起來(lái)比較容易，可以更多地放在自主學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生在課前完成，課堂上的引課用2～3分鐘即可。

（2）第二個(gè)不足的改進(jìn)方案：由課程標(biāo)準(zhǔn)和教材安排來(lái)看，沒(méi)有這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的安排，可見(jiàn)本課重點(diǎn)是側(cè)重在工業(yè)流程的學(xué)習(xí)，所以上完之后筆者有以下兩個(gè)改進(jìn)思路：

①兩個(gè)新學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化以信息形式告知學(xué)生。

②改學(xué)生分組驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為教師課堂演示，對(duì)于溫度變化可以采用DIS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)投影清晰顯示，教學(xué)效果也應(yīng)不錯(cuò)。

（3）第三個(gè)不足的改進(jìn)方案：