1、第第一一单元单元 物质的变化物质的变化 一、一、单元设计意图单元设计意图 1.1.本单元主题的提出本单元主题的提出 自然界的事物处在不停的变化中，这些变化与人们的生产生活密切相关。物质的变化可以 给人们带来益处，如食物消化、海水晒盐、冶炼金属等；物质的变化也可以给人们带来危害， 如食物腐烂、铁器生锈、工厂排放有害气体和粉尘等。研究各种物质变化，能够帮助学生建立 “世界是物质的，物质是变化的，变化是有规律的”的科学自然观，形成“人类所有活动都是 利用了物质变化”的认识；研究物质变化的学问，有助于了解科学家的工作，明白科学家的科 研成果改善了人们的生活，促进了社会的进步。 学生经过几年的科学学习，
2、 积累了大量关于物质变化的经验和认知， 但对物质变化的认知 大多停留在表面。在此基础上，本单元将学生对物质变化的认知进一步引向深入，帮助学生学 会按照“是否有新物质产生”的标准对物质变化进行分类，为中学从分子、原子角度解释物理 变化、化学变化的本质奠定基础。 本单元力图通过动手制作、实验验证、查找资料等多种活动，带领学生了解更多关于物质 变化的知识及其在日常生活中的应用， 体会技术包括人们利用和改造自然的方法、 程序和产品。 本单元在研究铁钉生锈的原因时， 特别安排学生经历完整的“提出问题作出假设设计方案 搜集证据得出结论”的科学探究过程，并力图在探究的过程中，让学生充分体会合作、交 流、分享
3、的重要意义，从而提升科学探究能力和高阶思维能力，养成尊重事实、尊重数据的科 学态度。 2.2.本单元对课程标准的落实本单元对课程标准的落实 (1)本单元通过一系列动手制作、实验验证、查找资料等活动，落实课程标准高年段 的课程目标。 科学知识 初步了解常见的物质的变化。 科学探究 能基于所学的知识， 从事物的结构、 功能、 变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题。 能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出有针对性的假设， 并能说明假设的依据。 能基于所学的知识， 制订比较完整的探究计划， 初步具备实验设计的能力和控制变量的意 识，并能设计单一变量的实验方案。 能基于所学的
4、知识， 通过观察、 实验、 查阅资料、 调查、 案例分析等方式获取事物的信息。 能基于所学的知识，运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论，判断结论 与假设是否一致。 能对探究活动进行过程性反思， 及时调整， 并对探究活动进行总结性评价， 完善探究报告。 科学态度 表现出对事物的结构、功能、变化及相互关系进行科学探究的兴趣。 在尊重证据的前提下，坚持正确的观点；当多人观察、实验结果出现不一致时，不急于下 结论，而是分析原因，再次观察、实验，以事实为依据作出判断。 能大胆质疑，从不同视角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、设计 与制作，培养创新精神。 科学、技术、社会与
5、环境 了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力， 技术的发展和应用影响着社会发展。 (2)本单元学习内容基于课程标准课程内容中“物质科学领域” “技术与工程领域”的 高年段要求。 1.5 物体在变化时，构成物体的物质可能改变，也可能不改变。 3.2 空气是由氮气、氧气、二氧化碳等组成的混合物质。 16.2 工程和技术产品改变了人们的生产和生活。 17.2 技术包括人们利用和改造自然的方法、程序和产品。 认识生活中保温、防霉、防锈等技术的应用。 3.3.本单元在整套教材中与其他单元的关系本单元在整套教材中与其他单元的关系 4.4.本单元次级主题的构成及逻辑关系本单元次级主题的构成及逻辑关系
6、 本单元由四课组成，分别是蜡烛的变化 铁钉生锈 制作汽水 化学家的研究 。第 一课，总体认识物质变化的种类。第二课，具体探究铁钉生锈的条件，进一步理解铁钉生锈产 生了新物质， 并通过控制变量实验， 提升学生科学探究水平。 第三课， 以自制汽水活动为载体， 通过探究白醋和小苏打混合产生二氧化碳的现象，进一步认识产生新物质的变化。第四课，从 科学家分工的角度，介绍化学家研究物质成分、性质、用途等方面的学问，加深学生对人类生 产生活中的很多活动都是利用了物质变化的认识。 二、二、单元目标单元目标 能够从蜡烛熔化和燃烧的现象中，描述两类变化的特征。 能够借助控制变量实验，归纳铁钉生锈的条件，解释防锈的
7、道理。 学会制作汽水， 能够分辨制作过程中产生了哪类变化， 意识到人类生产生活可以利用物质 变化。 在阅读科学资料和模仿科学家活动的过程中，了解化学家的发现和发明， 体会科学研究的 重要性。 三三、单元活动框架单元活动框架 四、四、单元课时建议单元课时建议 序号序号 课题课题 课时课时 1 蜡烛的变化 1 2 铁钉生锈 2 3 制作汽水 1 4 化学家的研究 1 总课时 5 五、分课分析五、分课分析 1.1.蜡烛的变化蜡烛的变化 1.教学内容 学生经过几年的科学学习，已经认识了大量的诸如水、空气、土壤、动植物、天体等物质 变化的具体事实。本课以学生日常生活中非常熟悉的蜡烛为例，进一步研究物质的
8、变化，通过 探究发现物质的变化可以分为不产生新物质的变化(物理变化)和产生新物质的变化(化学变化) 两大类。(不提专业名词) 本课教学内容分三部分。第一部分，做一支蜡烛。通常学生见到的蜡烛都是买来的，对于 蜡烛是怎么做出来没想过，更没有做过。本环节让学生亲手做一支蜡烛，在感受制作快乐的同 时，认识到蜡烛形态发生了变化，但没有产生新物质。第二部分，先做蜡烛燃烧实验，通过观 察干燥的烧杯内壁、涂有澄清石灰水的烧杯内壁和白瓷碗底部的变化， 认识到蜡烛燃烧后产生 了水、 二氧化碳、 炭黑等新物质。 再通过对蜡烛熔化和蜡烛燃烧生成物的比较， 认识物理变化、 化学变化的特征。(条件允许，可以再做纸片燃烧实
9、验，让学生加深认识)第三部分，让学生用 所学知识判断生产生活中常见的物质变化属于哪一类，加深对两类变化的理解， 同时意识到物 质变化与我们的生活密不可分。 2.教学目标 能从制作蜡烛和燃烧蜡烛的过程中，发现两类变化的不同。 能够说出判断物质变化属于哪一类的证据。 能举出物质变化的实例，体会人类生产生活对物质变化的利用。 3.重点与难点 重点：认识物质的两类变化。 难点：寻找证据判断物质的变化属于哪一类。 4.教学准备 教师材料：教学课件。 学生分组材料：蜡块、硬纸板、小刀、酒精灯、三脚架、蒸发皿(或铁盒、易拉罐)、试管 夹、模子、棉芯、蜡烛、烧杯、澄清石灰水、白瓷碗。 2.2.铁钉生锈铁钉生锈
10、 1.教学内容 钢铁生锈是一个普遍现象，据估计，全世界每年生产的钢铁大约有 1/4 被锈“吃掉” 。不 仅如此，还会因为设备锈蚀，引起停工停产，产品质量下降，造成巨大的经济损失。因此，研 究铁生锈的原因及防锈方法具有重要意义。本课以学生熟悉的铁钉生锈为例， 让学生探究铁钉 生锈的过程，明白铁钉生锈的原因，进而理解各种防锈方法中蕴含的科学道理。 本课教学内容分四部分。第一部分，首先以铁钉为引子，让学生用眼看手摸的方法，初步 认识铁锈在颜色、光滑度、软硬等方面的特征，知道铁锈是红褐色、比较松软、容易脱落的一 种物质。其次，引导学生说说在哪里见过生锈的铁制品，从而了解生锈现象广泛存在及生锈与 铁制品
11、所处的环境有关。第二部分，研究铁锈和铁的不同。教材提供了用锤子敲、用砂纸磨的 方法，让学生进一步发现铁锈与铁的不同，从而确定它们不是同一物质。第三部分，运用实验 的方法，帮助学生认识铁生锈的原因。这部分内容由两个活动组成：第一个活动是探究铁生锈 的条件，第二个活动是做铁锈生成实验。教材提供了范例，意在引导学生按照科学探究的过程 进行，即从提出问题“铁在什么条件下容易生锈?”开始，到作出假设“铁在水里容易生锈” ， 然后制定实验方案，在观察现象和交流研讨的基础上，得出结论“铁在有水和空气的条件下容 易生锈” 。这个活动非常重要，它不仅让学生经历完整的科学探究过程，更重要的是落实本单 元科学探究能
12、力目标，培养学生分析、综合、评价等高阶思维能力。第四部分，教材提供五幅 图片，介绍各种防锈方法及蕴含的科学道理。 2.教学目标 能用多种方法比较铁和铁锈的不同，知道铁锈是不同于铁的新物质。 能够设计实验方案并进行验证，理解铁制品生锈的原因。 能够理解生产生活中各种防锈方法及其原理，愿意将防锈方法运用到生活中。 在方案设计和修改的过程中， 愿意与同伴合作交流， 积极反思自己的不足， 吸取他人长处。 3.重点与难点 重点：探究铁生锈的原因。 难点：设计实验方案，坚持长时间观察实验现象。 4.教学准备 教师材料：教学课件、量筒、大烧杯、试管夹、细铁丝。 学生分组材料：铁钉、生锈铁钉、锤子、砂纸、试管
13、、蒸馏水、食用油、干燥剂。 3.3.制作汽水制作汽水 1.教学内容 炎热的夏天，各种汽水成为学生最喜欢的降暑饮品。虽然学生常喝汽水，但他们从未想过 自己制作，更没有认真思考过其中发生了哪些物质变化。本课带领学生制作汽水，就是在玩中 巩固对物质变化的认识。 本课教学内容分三部分。第一部分，让学生思考“汽水中的气体是如何产生的”，引起学 生对气泡产生原因的猜想，通过不同物质混合实验，判断气泡是白醋和小苏打混合产生的二氧 化碳气体。第二部分，介绍制作柠檬汽水的方法，引导学生在有趣的体验活动中，感受制作过 程中发生了哪一类变化，使学生进一步理解两类变化的特征。在此基础上，要求学生比较自制 汽水与买来汽
14、水的不同，为后续了解工厂制造的汽水做铺垫。第三部分，先介绍工厂怎样制造 汽水，帮助学生认识工厂制造汽水与自制汽水的原理不同。然后说明汽水中含有调味剂、咖啡 因、色素等，经常饮用会影响健康。 2.教学目标 能用实验证明汽水中的气泡是二氧化碳，知道白醋和小苏打混合产生二氧化碳。 知道制作汽水的原料和方法，学会自制汽水，感受制作的快乐。 通过阅读资料了解工厂制造汽水的方法，感受科学技术的发展改善了人们的生活。 3.重点与难点 重点：制作汽水的原料和方法。 难点：制作汽水的原理。 4.教学准备 教师材料：教学课件、可乐(或其他碳酸饮料)、果粒橙(或其他果肉饮料)、柠檬、菜板(或 榨汁机)、烧杯、过多饮
15、用碳酸饮料害处图片。 学生分组材料：纸杯、吸管、白醋、小苏打、锥形瓶、带胶塞的导气管、烧杯、澄清石灰 水、干净的饮料瓶、冷开水、柠檬片、白糖、食用色素、汽水配料表(从饮料瓶外包装撕下)。 4.4.化学家的研究化学家的研究 1.教学内容 在前三课学生认识了物质怎样变化的基础上， 本课要带领学生认识“为什么要研究物质变 化”。课文以众多科学家中的一类化学家为例，介绍了他们如何研究物质变化的学问，使 学生从更高层次认识研究物质变化的价值。 本课教学内容分三部分。第一部分，介绍众多科学家中，有一类是化学家。课文利用一幅 化学家做实验的图片，试图告诉学生，化学家的工作就是研究物质的性质、成分，并制造新物
16、 质。第二部分，指导学生模拟化学家的工作，做研究二氧化碳的性质和分析黑色圆点成分的实 验， 进一步理解化学家研究什么及化学家做学问的意义。 第三部分， 介绍化学家的发明和发现。 教材首先以合成橡胶和阿司匹林为例，说明化学家通过研究物质的性质和成分，采用提取、合 成等方法，发明了许多新物质。然后以人体需要的营养素及它们的存在、空气成分及各自的比 例，说明化学家的发现。最后，要求学生查找资料，了解油漆、塑料、不粘锅等化学家更多的 发现和发明， 其目的是让学生感受化学家研究物质变化的意义和价值，体会科学研究成果为社 会发展和人类进步所做出的巨大贡献。 2.教学目标 知道化学家研究物质的成分、性质、用
17、途并制造新物质。 能够用验证性实验的方法，研究二氧化碳的性质和用途。 能够用探索性实验的方法，分析某种混合物质(黑色圆点)的成分。 了解化学家的某些发现和发明，体会科学家及其研究成果的价值。 3.重点与难点 重点：知道化学家研究物质变化的学问。 难点：把我们做的实验同化学家的实验建立联系。 4.教学准备 教师材料：教学课件。 学生分组材料：白醋、小苏打、锥形瓶、带胶塞的导气管、烧杯、澄清石灰水、蜡烛、吸 水纸、黑色水笔。 六六、参考资料参考资料 物理变化和化学变化物理变化和化学变化 物理变化：指物质的形态虽然发生了变化，但一般说来物质本身的组成成分却没有改变。 例如：位置、体积、形状、温度、压
18、强的变化，以及气态、液态、固态间相互转化等。还有物 质与电磁场的相互作用，光与物质的相互作用，以及微观粒子(电子、原子核、基本粒子等) 间的相互作用与转化，都是物理变化。物理变化的实质：保持物质化学性质的最小粒子本身不 变，只是粒子之间的距离发生了变化，没有生成新的物质。 化学变化：是指产生了新物质的变化，如铁钉生锈、节日的焰火、酸碱中和、木条的燃烧 等。从宏观上可以看到各种化学变化都产生了新物质，这是化学变化的特征。从微观上可以理 解化学变化的实质：化学反应前后原子的种类、个数没有变化，仅仅是原子与原子之间的结合 方式发生了改变。化学变化常伴有光、热、气体、沉淀产生或颜色、气味改变等现象发生
19、。但 要注意跟物理变化的区别。物理变化也常伴有发光(电灯)、发热(摩擦)、放出气体(开启汽水 瓶盖)、颜色变化(氧气变成液氧)、产生沉淀物(明矾净水)等，只是没有新物质生成，这是物 理变化与化学变化的根本区别。物质在化学变化中表现出来的性质是化学性质。化学变化里一 定包含物理变化，物理变化里一定没有化学变化。 蜡烛燃烧蜡烛燃烧 蜡烛的主要成分是石蜡，石蜡是从石油分馏制得的，是几种高级烷烃的混合物。石蜡易熔 化，受热熔化为液态，轻微受热易挥发。我们看到的蜡烛燃烧并不是石蜡固体的燃烧，而是点 火装置将棉芯点燃， 放出的热量使石蜡固体熔化， 再汽化， 生成石蜡蒸气， 石蜡蒸气是可燃的。 蜡烛充分燃烧
20、时，燃烧的产物是二氧化碳和水。 生锈与防锈生锈与防锈 锈通常指金属(包含合金)表面所产生的氧化物，常见的有铁锈、铜锈、铝锈等。但未必所 有金属的氧化物都称为“锈” 。概言之，常见的金属才会用“锈”来指示其氧化物。另外，同 一种金属的氧化物可能不止一种，所以同样叫作铁锈，但可以是三氧化二铁、氢氧化铁或其混 合物等。 生锈是一种化学变化，本质上是金属的氧化反应。若只视生锈为金属氧化的话，大部分金 属都会生锈；部分金属如铝氧化后会产生致密氧化物，反过来可保护内层金属。 铁锈是铁氧化物的统称，通常为暗红色，由铁和氧气进行氧化还原反应生成。不同情况下 会生成不同形式的铁锈。铁锈主要由三氧化二铁的水合物
21、Fe2O3nH2O 和氢氧化铁(FeO(OH)， Fe(OH)3)组成。足够的时间后，在氧气和水充足的情况下，铁会完全氧化成锈。锈没有致密的 组织，水和氧气会穿透锈，继续使内部的铁生锈。若要防锈，就需要有可以防止生锈的致密表 层。不锈钢的表面是一层不易反应的三氧化二铬。若使用镁、钛、锌、铝，也会产生类似不易 反应的致密氧化物表层。镀锌是一种常见的防锈处理方式，在要保护的物品上，利用电镀或热 浸镀锌的方式镀上一层锌。若在腐蚀性更强的环境中(例如盐水中)，会用镉来代替锌。 生锈会造成钢铁制品结构的劣化。锈的体积比相同质量的铁大， 因此锈会挤压相邻未生锈 的部位，从而造成损坏。例如 1983 年美国
22、康涅狄格州的 MianusRiverBridge 倒塌事件就是锈 蚀造成的。其中使用的轴承内部生锈，使得吊杆从栓销上滑脱，其中一角没有支撑，造成桥面 倒塌。 二氧化碳二氧化碳 二氧化碳是一种碳氧化合物，化学式为 CO2，常温常压下是一种无色无味的气体，也是一 种常见的温室气体，还是空气的组分之一(约占大气总体积的 0.03%)。在物理性质方面，二氧 化碳的熔点为-78.5C，沸点为-56.6C(527kPa 下)，密度比空气密度大(标准状况下)，能 溶于水。 在化学性质方面， 二氧化碳的化学性质不活泼， 热稳定性很高(2000C 时仅有 1.8%分解)， 不能燃烧，通常也不支持燃烧，属于酸性氧
23、化物，具有酸性氧化物的通性，因与水反应生成的 是碳酸，所以是碳酸的酸酐。 二氧化碳一般可由高温煅烧石灰石或由石灰石和稀盐酸反应制得。其他制法：小苏打(主 要成分是碳酸氢钠)和白醋混合在一起时，发生复分解反应，放出二氧化碳气体，相应的化学 反应方程式为： NaHCO3+CH3COOH=CH3COONa+H2O+CO2 收集方法： 由于二氧化碳密度比空气大， 能溶于水且能与水反应， 所以采用向上排空气法。 检验方法：将生成的气体通入澄清的石灰水，石灰水变浑浊，证明该气体为二氧化碳。验满方 法：将燃着的木条放在集气瓶口(不能伸入瓶内)，如果火焰熄灭，证明已集满。 高纯二氧化碳主要用于电子工业、医学研
24、究及临床诊断等。固态二氧化碳广泛用于冷藏奶 制品、肉类、冷冻食品和其他转运中易腐败的食品，在许多工业加工中作为冷冻剂。气态二氧 化碳用于碳化软饮料、水处理工艺的 pH 控制、化学加工、食品保存等。液态二氧化碳用作致 冷剂，飞机、导弹和电子部件的低温试验，提高油井采收率，橡胶磨光以及控制化学反应，也 可用作灭火剂。 汽水及消暑原理汽水及消暑原理 汽水就是带有气体的饮料，汽水中的气体是二氧化碳。市场上销售的汽水，大约是 1 体积 水中溶有 14.5 体积二氧化碳。当然大部分汽水中除含二氧化碳外，为了改善口味，还加入适 量白糖、果汁和香精。二氧化碳在汽水中主要起两个作用：(1)二氧化碳溶解于水成为碳
25、酸， 使液体产生酸味，碳酸对人略有刺激，口感好。有些汽水饮料，如可乐，会在汽水中加入磷酸 以增强酸性。(2)二氧化碳会使饮料中各种原料风味更协调。汽水中溶解的二氧化碳越多，汽 水的质量越好。二氧化碳在水中的溶解度主要取决于温度和压力两个因素。二氧化碳在低温时 溶解度更大，在标准大气压下，20C 时，1 升水可以溶解 0.88 升二氧化碳；0C 时，1 升水 可以溶解 1.71 升二氧化碳。此外，二氧化碳的溶解度随压力增加而增加。汽水工厂制造汽水 时，通过加压的方法来增加二氧化碳的溶解度。 二氧化碳无毒，且不能被人吸收。饮用时，在嘴里由于温度高使一部分二氧化碳从溶液析 出，产生刺激带走口中热量，
26、所以给饮用者以清凉感。进入胃中后，肚子里的温度比较高，二 氧化碳就会从口腔中排出来。 当二氧化碳被排出来的时候，热量也被带了出来，于是人会感觉一身凉爽。二氧化碳不仅 会让人感觉凉爽，而且对胃壁有刺激作用。在二氧化碳的刺激下，胃液分泌加快，从而加快消 化。加之果汁果味的适量添加及酸甜味道适当，因此碳酸饮料常盛不衰。喝冰镇汽水时，由于 汽水的温度更低， 溶解的二氧化碳更多， 有更多的二氧化碳要从体内排出， 能带走更多的热量， 所以降低肠胃的温度更加明显。因此，千万不能大量饮用冰镇汽水，以免对肠胃产生强烈的冷 刺激，引起胃痉挛、腹痛，甚至诱发肠胃炎。此外，过量的汽水会冲淡胃液，降低胃液的消化 能力和
27、杀菌作用，影响食欲，甚至加重心脏、肾脏负担，引起身体不适。 化学和化学家化学和化学家 “化学”一词，若单从字面解释就是“变化的科学” 。化学是一门以实验为基础的自然科 学，是在分子、原子层次上研究物质的组成、性质、结构与变化规律、创造新物质的科学。化 学是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它的成就是社会文明的重要标志。 化学家是专修于物质变化的学问及其应用的研究工作者。化学家研究化学元素、原子、分 子及它们如何相互作用。化学家也研究并测试药物、炸药及其他的东西。化学是一门十分重要 的科学， 现在大多数的新药物都是通过化学技术而研制出的。一个化学家与其他人做事的不同 之处是他们通常
28、都会很小心地检查身边每一种物质的变化。他们的工作， 大部分是研究怎样可 以大量生产各种药用或者工业用化学品，造福大众。 拉瓦锡测定空气成分拉瓦锡测定空气成分 拉瓦锡把少量汞放在密闭容器中加热 12 天，发现部分汞变成红色粉末，同时容器中空气 体积减少了 1/5 左右。通过对剩余气体的研究，他发现这部分气体不能供给呼吸，也不助燃， 他误认为这全部是氮气。拉瓦锡又把加热生成的红色粉末收集起来， 放在另一个较小的容器中 再加强热，得到汞和氧气，且氧气体积恰好等于密闭容器中减少的空气体积。他把得到的氧气 导入前一个容器，所得气体跟空气性质完全相同。通过实验，拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气 组成，氧气占其中的 1/5。在测定中，装置中剩余的气体约占空气体积的 4/5，该实验从另一 方面说明该气体具有的性质是不能燃烧或不能支持燃烧。19 世纪前，人们认为空气中仅有氮 气与氧气。后来陆续发现了一些稀有气体。目前，人们已能精确测定空气成分。