Кристаллические и аморфные тела. Графен. Получение искусственных алмазов
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока различать кристаллические и аморфные тела по строению и свойствам, объяснять особенности графена и описывать физические основы получения искусственных алмазов, выполняя задания с результатом не менее ้น75% верных ответов.
- Сформировать представление о дальнем и ближнем порядке расположения частиц в веществах и связи внутреннего строения со свойствами тел.
- Научить сравнивать кристаллические и аморфные тела по форме, температуре плавления, анизотропии и способности сохранять форму.
- Развивать умение извлекать информацию из схемы, устанавливать причинно-следственные связи и аргументировать выводы в парной дискуссии.
- Воспитывать интерес к современным технологиям материаловедения, ответственное отношение к научным открытиям и уважение к инженерному труду.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к современным материалам, графену и технологиям создания алмазов.
- Осознают связь физических знаний с профессиями инженера, материаловеда, технолога и исследователя.
- Понимают значение доказательного объяснения свойств вещества, а не только его внешнего описания.
- Проявляют готовность уважать разные обоснованные точки зрения в обсуждении научной проблемы.
Метапредметные
- Извлекают информацию из текста, схемы и таблицы, преобразуют её в сравнительную характеристику.
- Устанавливают связь между строением вещества и его макроскопическими свойствами.
- Формулируют гипотезы, проверяют их по предложенным данным и корректируют вывод.
- Планируют работу в паре, распределяют роли и аргументируют ответ с использованием физических терминов.
Предметные
- Знать признаки кристаллических и аморфных тел, понятия дальнего и ближнего порядка.
- Уметь сравнивать кристаллические и аморфные тела по строению, форме и плавлению.
- Объяснять анизотропию кристаллов и изотропию аморфных тел на качественном уровне.
- Описывать графен как одноатомный слой атомов углерода и связывать его свойства со строением.
- Объяснять, почему для получения искусственного алмаза используют высокие давление и температуру.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают личную значимость изучения новых материалов для техники и будущей профессиональной деятельности.
- Проявляют самостоятельность при выборе уровня задания и формата аргументации.
- Оценивают ценность научного поиска и технологических решений.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель, сформулированную на основе проблемного вопроса.
- Планируют последовательность сравнения материалов по заданным критериям.
- Осуществляют самопроверку по эталону и исправляют ошибки.
- Оценивают степень достижения цели по листу самооценки.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки кристаллических и аморфных тел.
- Сравнивают модели расположения частиц и классифицируют вещества.
- Строят причинно-следственную цепочку «строение — свойство — применение».
- Работают с информацией о графене и искусственных алмазах, отделяя факт от предположения.
Коммуникативные УУД
- Формулируют точный ответ на проблемный вопрос и задают уточняющие вопросы.
- Распределяют роли в паре, слушают партнёра и дополняют его аргумент.
- Используют физические термины в устном сообщении.
- Корректно возражают и приходят к общему выводу на основе фактов.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить образцы или фотографии кварца, стекла, пластилина, металла, графита и алмаза; безопасно предупредить, что демонстрационные образцы не следует царапать или бросать.
- Распечатать сравнительные карточки трёх уровней — по одной на каждого ученика, всего по числу учащихся.
- Подготовить на каждую парту лист наблюдений с критериями: порядок частиц, форма, плавление, зависимость свойств от направления.
- Распечатать для групп информационные карточки о графене и способах получения искусственных алмазов — по одной на группу из 4 человек.
- Вывести на экран две схемы: упорядоченное расположение частиц в кристалле и беспорядочное расположение частиц в аморфном теле.
- Подготовить слайд с таблицей «Кристаллические тела — Аморфные тела» без заполненных выводов.
- Записать на доске проблемный вопрос: «Почему стекло можно нагреть и размягчить, а лёд плавится при определённой температуре?»
- Подготовить карточки для приёма «Светофор» и небольшие листы для билета на выход.
- Обеспечить проектор или интерактивную доску, компьютер и таймер; проверить отображение схем графена и кристаллических решёток.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и вызвать интерес к проблеме различий между материалами.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, готовы ли тетрадь, ручка и лист наблюдений. Сегодня мы будем работать как исследователи материалов: рассматривать модели, сравнивать свойства и объяснять их строением. В конце урока каждый сможет сделать вывод о том, почему один и тот же химический элемент способен образовывать столь разные материалы." | Проверяют готовность, записывают дату, настраиваются на исследовательскую работу. |
2 мин | Учитель показывает на экране фотографии стекла, кристалла соли, графена и алмаза: "Перед вами четыре материала. Внешне они очень различны, но физика подсказывает, что главное отличие скрыто внутри. Подумайте 30 секунд, затем обсудите с соседом: какие материалы, по вашему мнению, имеют строго упорядоченное строение?" Учитель принимает 2–3 версии, не сообщает правильный ответ. | Индивидуально формулируют предположение, затем обсуждают его в паре и отвечают: "У кристалла и алмаза частицы расположены упорядоченно"; "Стекло, вероятно, не имеет строгого порядка". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Ваши предположения различаются, и это нормально для начала исследования. Сейчас мы вспомним, как строение вещества связано с его свойствами, а затем проверим наши версии по физическим признакам."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о строении вещества, силах взаимодействия и тепловом движении частиц.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит короткий опрос: "Из чего состоят все вещества? Что происходит с частицами при нагревании? Почему твёрдое тело сохраняет форму? Назовите два свойства твёрдых тел." После каждого ответа уточняет: "Какая физическая причина стоит за этим свойством?" | Отвечают: "Вещества состоят из частиц"; "Частицы движутся быстрее"; "Частицы сильно взаимодействуют и колеблются около положений равновесия"; называют форму и объём. |
3 мин | Учитель демонстрирует две схемы: "Посмотрите на рисунки. На первой частицы расположены повторяющимся образом, на второй — беспорядочно, но на небольших расстояниях соседние частицы сохраняют взаимное расположение. В парах определите, где возможен дальний порядок, а где — ближний. Запишите по одному предположению о свойствах каждого тела." | Работают в парах с листом наблюдений, подписывают схемы: "дальний порядок — кристалл", "ближний порядок — аморфное тело"; предполагают различия температуры плавления и формы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что свойства твёрдого тела определяются взаимодействием и расположением частиц. Теперь выясним, какое затруднение возникает, если попытаться разделить все твёрдые тела только по внешнему виду."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить учебную проблему и совместно сформулировать цель урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель задаёт проблемный вопрос: "Представьте, что мы нагреваем кусок стекла и кусок льда. Оба тела твёрдые. Почему лёд превращается в жидкость при определённой температуре, а стекло постепенно размягчается? Можно ли по одному этому признаку разделить тела на группы?" Учитель фиксирует на доске слова «строение», «плавление», «форма». | Высказывают гипотезы: "У стекла нет единой температуры плавления"; "Внутри веществ разное расположение частиц"; формулируют затруднение: "Мы пока не знаем, как связать строение с наблюдаемыми свойствами". |
2 мин | Учитель предлагает сформулировать цель: "Закончите фразу: сегодня мы научимся… Вспомните также, какие современные материалы можно связать с темой углерода." Учитель объединяет ответы в план: сравнить два типа тел, изучить графен, объяснить получение искусственных алмазов. | Формулируют цель: "Научиться различать кристаллические и аморфные тела по строению и свойствам, узнать особенности графена и понять, как получают искусственные алмазы". Записывают тему и цель. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель определена: от наблюдаемых свойств мы должны прийти к модели внутреннего строения. Начнём с главного различия — порядка расположения частиц."
Этап 4. Открытие нового знания (12 мин)
Цель этапа: сформировать представление о кристаллических и аморфных телах, графене и физических условиях получения искусственных алмазов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель показывает схему кристаллической решётки: "В кристаллическом теле частицы располагаются упорядоченно, образуя повторяющуюся структуру. Такой порядок называют дальним. Кристаллы сохраняют форму, имеют определённую температуру плавления, а их свойства могут зависеть от направления. Это свойство называют анизотропией. Запишите определение и приведите пример кристаллического тела." | Записывают: «Кристаллические тела имеют дальний порядок в расположении частиц». Называют лёд, поваренную соль, кварц, алмаз; отмечают, что кристаллы плавятся при определённой температуре. |
3 мин | Учитель показывает модель аморфного тела: "В аморфных телах нет единого дальнего порядка, но сохраняется ближний порядок: ближайшие частицы взаимодействуют. При нагревании такое тело постепенно размягчается, а не переходит в жидкость скачком. Свойства аморфного тела одинаковы по разным направлениям; это изотропия. Сравните стекло и кристалл соли по двум признакам." | Заполняют две строки таблицы: «стекло — ближний порядок, постепенное размягчение, изотропия»; «соль — дальний порядок, определённая температура плавления, кристаллическая структура». Формулируют вывод: "Внешняя твёрдость не означает одинаковое внутреннее строение". |
3 мин | Учитель выводит изображение графена: "Графен — это слой атомов углерода толщиной в один атом. Атомы образуют прочную плоскую сетку из шестигранников. Подумайте, как такая структура может объяснить прочность, малую массу и высокую электрическую проводимость графена. Выберите одно свойство и обоснуйте его." | Рассматривают схему, обсуждают в парах, формулируют: "Прочная сетка объясняет высокую прочность"; "Свободное движение электронов в плоском слое связано с проводимостью"; "Один атомный слой объясняет малую толщину и массу". |
2 мин | Учитель показывает рядом схемы графита и алмаза: "И графит, и алмаз состоят из углерода, но их свойства различны из-за разного расположения атомов. Для получения искусственного алмаза создают условия, близкие к глубинным: очень высокие давление и температуру. В таких условиях атомы углерода перестраиваются в устойчивую кристаллическую структуру алмаза. Почему простого нагревания графита недостаточно?" | Отвечают: "Нужно не только нагревание, но и высокое давление, чтобы изменить расположение атомов"; записывают цепочку «углерод + высокие давление и температура → кристаллическая структура алмаза». |
Запись в тетрадях
- Кристаллические тела: дальний порядок, определённая температура плавления, анизотропия.
- Аморфные тела: ближний порядок, постепенное размягчение, изотропия.
- Графен — одноатомный слой углерода с плоской сеткой шестигранников.
- Искусственный алмаз получают при высоких давлении и температуре, обеспечивающих перестройку структуры углерода.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть модель, объясняющая различия материалов. Проверим её на конкретных примерах и выясним, сможете ли вы самостоятельно определить тип тела и предсказать его свойства."
Этап 5. Первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм распознавания типа тела и связь «строение — свойство».
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточку с объектами: кварц, стекло, воск, поваренная соль, пластилин, алмаз. Инструкция: "Распределите объекты на две группы и для каждого выбора укажите один признак. Не ориентируйтесь только на внешний вид; используйте понятия «дальний порядок», «ближний порядок», «плавление» и «анизотропия»." | В парах распределяют объекты: кристаллические — кварц, соль, алмаз; аморфные — стекло, воск, пластилин. Записывают аргументы. |
2 мин | Учитель организует взаимопроверку: "Обменяйтесь карточками с соседней парой. Найдите один сильный аргумент и одно место, которое требует уточнения. Используйте приём «Две звезды и пожелание»." | Проверяют классификацию, отмечают два верных объяснения и формулируют пожелание, например: "Уточнить, что воск размягчается постепенно". |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: "Как изменится форма кристаллического тела после разрушения кристалла? Почему стекло называют аморфным, хотя оно твёрдое? Как строение графена связано с его применением в электронике?" | Отвечают: "Осколок сохраняет кристаллическое строение"; "Стекло не имеет дальнего порядка"; "Проводимость и малая толщина делают графен перспективным материалом для электроники". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы научились классифицировать тела не по запоминанию списка, а по физическим признакам. Следующий шаг — проверить понимание индивидуально и увидеть, какие элементы объяснения ещё требуют коррекции."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание основных понятий и умение применять их в новой ситуации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней. Базовый уровень: "Укажите два признака кристаллических тел и два признака аморфных тел". Средний: "Объясните, почему кристалл соли имеет определённую температуру плавления, а стекло постепенно размягчается". Повышенный: "Предложите два свойства графена, которые делают его перспективным материалом, и свяжите каждое свойство со строением". Учитель напоминает: "Сначала составьте план ответа, затем запишите вывод". | Индивидуально выполняют выбранный уровень. В ответах используют термины «дальний порядок», «ближний порядок», «анизотропия», «изотропия», «кристаллическая решётка». |
3 мин | Учитель показывает эталон на экране: "Проверьте работу. За каждый верный признак поставьте один балл, за полное причинное объяснение — два. Ошибку не зачеркивайте молча: рядом запишите, какое понятие следует уточнить." | Сверяют ответы, подсчитывают баллы, исправляют формулировки. Поднимают карточку светофора: зелёная — могу объяснить, жёлтая — нужна тренировка, красная — требуется помощь. |
Эталон решения
Кристаллическое тело имеет дальний порядок расположения частиц, поэтому при переходе в жидкость разрушается определённая структура и наблюдается температура плавления. В аморфном теле дальнего порядка нет; при нагревании связи и взаимное расположение частиц изменяются постепенно, поэтому тело размягчается в интервале температур. У графена атомы углерода образуют прочную плоскую сетку, что связано с высокой прочностью; особенности электронной структуры обеспечивают высокую электрическую проводимость.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что главное — не просто назвать материал, а объяснить его свойство через строение. Осталось обобщить знания и ответить на вопрос, почему современная наука исследует и графен, и искусственные алмазы."
Этап 7. Рефлексия, подведение итогов и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: обобщить изученное, оценить достижение цели и определить направление дальнейшей работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель возвращает класс к проблемному вопросу: "Почему стекло размягчается постепенно, а лёд плавится при определённой температуре? Ответьте одним полным предложением, используя термин о внутреннем строении." | Формулируют: "Лёд — кристаллическое тело с дальним порядком и определённой температурой плавления, а стекло — аморфное тело, которое постепенно размягчается". |
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Одноминутка»: "Запишите: одно новое понятие, один объяснённый сегодня факт и один вопрос, который ещё остался. Затем оцените по шкале от 1 до 3, насколько уверенно вы различаете два типа тел." | Заполняют одноминутку, оценивают понимание, называют вопросы о применении графена и технологиях синтеза алмазов. |
2 мин | Учитель сообщает домашнее задание и контрольные вопросы: "Перед выходом ответьте устно: что такое дальний порядок, почему графен прочен, какие условия нужны для получения искусственного алмаза? Выберите уровень задания, но базовый уровень обязателен для всех." | Записывают домашнее задание, отвечают на контрольные вопросы, сдают билет на выход. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно классифицированы все предложенные материалы, приведены не менее четырёх корректных признаков, объяснена связь строения со свойствами графена или искусственного алмаза.
- «4» — верно классифицировано большинство материалов, приведены не менее трёх признаков, допущена одна неточность в объяснении анизотропии, плавления или строения графена.
- «3» — правильно определены основные группы тел, но объяснение неполное, использованы не менее двух верных физических терминов; требуется помощь при установлении причинно-следственной связи.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о различии кристаллических и аморфных тел? | Выявление осознания ключевого содержательного результата урока. |
Какой признак помог вам определить тип тела? | Проверка освоения алгоритма классификации. |
Почему графен обладает высокой прочностью и проводимостью? | Выявление умения связывать строение материала с его свойствами. |
Что осталось непонятным или требует повторения? | Определение индивидуальных точек затруднения и планирование коррекции. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы увидели, что свойства твёрдого тела определяются не только веществом, но и тем, как расположены его частицы. Мы различили кристаллические и аморфные тела, объяснили особенности графена и поняли, почему для получения искусственных алмазов необходимы высокие давление и температура. Типичная ошибка — называть тело кристаллическим только потому, что оно твёрдое или блестит; всегда ищите признак внутреннего порядка. На следующем уроке мы продолжим изучать свойства веществ и рассмотрим, как строение влияет на их применение в технике."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить сравнительную таблицу кристаллических и аморфных тел по четырём критериям: порядок расположения частиц, форма, плавление, зависимость свойств от направления. Привести по три примера. | Закрепляет основные признаки; при проверке обратить внимание на различение дальнего и ближнего порядка. |
Средний (повышающий) | Подготовить письменное объяснение объёмом 8–10 предложений: почему графен одновременно прочный, лёгкий и хорошо проводит электрический ток. Использовать схему его атомной структуры. | Развивает умение устанавливать связь «строение — свойство — применение»; проверить корректность физических терминов. |
Продвинутый (дополнительный) | Создать мини-сообщение или инфографику «Графит, графен и алмаз: один химический элемент — разные свойства». Сравнить строение, свойства и возможное применение трёх материалов. | Развивает исследовательское и креативное мышление; оценить точность сравнения и наличие причинных объяснений. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что называют дальним порядком? Чем аморфное тело отличается от кристаллического при нагревании? Почему графен считают перспективным материалом? Какие физические условия нужны для получения искусственного алмаза?»
