Кремний: от песчинки до микрочипа
Цели и задачи
- Цель: изучить физические и химические свойства кремния и его соединений, выявить их роль в природе и технике через исследовательскую деятельность и ИКТ.
- Образовательные задачи: изучить положение кремния в ПСХЭ, рассмотреть аллотропные модификации, химические свойства простого вещества и оксида кремния(IV).
- Развивающие задачи: развивать навыки работы с цифровыми образовательными ресурсами, умение анализировать информацию и делать выводы на основе экспериментальных данных.
- Воспитательные задачи: формировать интерес к химии как к науке, определяющей технический прогресс (микроэлектроника, солнечная энергетика).
Планируемые результаты
Личностные
- Осознание ценности научного познания мира.
- Формирование мотивации к обучению через понимание практической значимости кремния.
- Развитие навыков экологического мышления при обсуждении производства силикатов.
Метапредметные
- Познавательные: умение использовать знаково-символические средства (химические уравнения), проводить поиск информации в ЭОР.
- Регулятивные: способность ставить цели урока, планировать исследовательскую работу, проводить самоконтроль.
- Коммуникативные: умение работать в группе, аргументированно отстаивать свою точку зрения.
Предметные
- Знать положение кремния в ПСХЭ и строение его атома.
- Уметь характеризовать физические свойства кремния и оксида кремния(IV).
- Владеть навыками составления уравнений реакций, характеризующих химические свойства кремния.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Установление связи между целью учебной деятельности и ее мотивом.
Регулятивные УУД
- Проектирование маршрута преодоления затруднений в обучении.
Познавательные УУД
- Смысловое чтение текстов естественнонаучного содержания, выделение главного.
Коммуникативные УУД
- Организация учебного взаимодействия в группе при выполнении виртуального лабораторного опыта.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить интерактивную презентацию (PowerPoint/Genially) с видеофрагментами свойств кремния.
- Распечатать рабочие листы для исследовательских групп (15 шт.).
- Проверить работу ноутбуков/планшетов для доступа к виртуальной лаборатории (например, VirtuLab или симуляции Phet).
- Подготовить демонстрационные образцы: кварцевый песок, горный хрусталь, кремниевая пластина (или процессор), силикатный клей.
- Настроить QR-коды на столах для быстрого перехода к ЭОР.
Ход урока
Этап 1. Мотивация и самоопределение (3 мин)
Цель этапа: создать эмоциональный настрой и вызвать интерес к теме через проблемный вопрос.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель: «Здравствуйте! Сегодня наш урок начнется не с формул, а с загадки. Посмотрите на экран. Здесь фото песчаного пляжа, величественных гор и современного смартфона. Что объединяет эти объекты? Один химический элемент является их основой. В Древности из него делали наконечники стрел, а сегодня — процессоры. Как вы думаете, о чем речь?» Учитель демонстрирует кремниевую пластину и обычный песок. | Ученики высказывают предположения. Большинство догадывается, что это кремний. Отвечают: «Это кремний. Он есть в песке и в электронике». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Верно, это кремний. Элемент, который называют "скелетом" земной коры и сердцем современных технологий. Но почему он такой разный? Давайте это выясним».
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: повторить положение кремния в ПСХЭ и сравнить его с соседом по группе — углеродом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель: «Прежде чем исследовать новое, вспомним паспортные данные нашего героя. Откройте таблицу Менделеева. Найдите кремний. Назовите его порядковый номер, период, группу. Кто является его ближайшим родственником по группе?» | Ученики называют: «Порядковый номер 14, 3 период, IV группа, главная подгруппа. Родственник — углерод». |
3 мин | Учитель: «Раз они в одной группе, значит, у них много общего. Нарисуйте в тетрадях схему строения атома кремния и углерода. Сколько электронов на внешнем уровне у обоих? В чем будет главное отличие?» | Ученики рисуют схемы. Отвечают: «У обоих по 4 электрона на внешнем уровне. Но у кремния 3 энергетических уровня, а у углерода 2. Значит, радиус атома кремния больше». |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Запись в тетрадях
Si (+14) 2e, 8e, 4e. Высшая степень окисления +4, низшая -4.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили теорию. Но химия — наука экспериментальная. Пора переходить к открытиям».
Этап 3. Выявление затруднения и постановка цели (3 мин)
Цель этапа: сформулировать проблему урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель: «Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Но в свободном виде в природе он не встречается. Почему? И как из обычного песка получить полупроводник? Сегодня вы станете исследователями в трех лабораториях. Наша цель — изучить свойства кремния и его соединений. Сформулируйте задачи нашего исследования.» | Ученики формулируют задачи: «Изучить физические свойства кремния, узнать, с какими веществами он реагирует, рассмотреть свойства оксида кремния и кислоты». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Цели ясны. Приступаем к работе в группах. Используйте рабочие листы и планшеты».
Этап 4. Открытие нового знания — Исследовательская работа (15 мин)
Цель этапа: самостоятельное получение знаний о свойствах веществ через ИКТ и виртуальный эксперимент.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель распределяет роли: «Группа 1 изучает физические свойства и аллотропию кремния по видеофрагменту (QR-код 1). Группа 2 исследует химические свойства кремния в виртуальной лаборатории (QR-код 2). Группа 3 изучает свойства оксида кремния(IV) и кремниевой кислоты. Я буду вашим консультантом». | Ученики делятся на группы, сканируют коды, смотрят видео и проводят виртуальные опыты (взаимодействие кремния с кислородом, щелочами). |
10 мин | Учитель: «Теперь каждая группа должна представить свои результаты. Группа 2, какие уравнения реакций у вас получились в виртуальной лабе? Группа 3, чем оксид кремния отличается от оксида углерода?» | Представители групп выступают. Группа 2 записывает уравнения на доске. Группа 3 объясняет, почему песок не растворяется в воде, в отличие от углекислого газа. |
Эталон решения (для группы 2)
1) $Si + O_2 \xrightarrow{t} SiO_2$ (горение кремния)
2) $Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2 \uparrow$ (растворение в щелочи — особое свойство!)
2) $Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2 \uparrow$ (растворение в щелочи — особое свойство!)
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Отлично! Вы самостоятельно открыли основные химические свойства. Теперь закрепим их в системе».
Этап 5. Первичное закрепление. Прием «Кластер» (7 мин)
Цель этапа: структурировать полученные знания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
7 мин | Учитель: «Давайте составим общую карту знаний. В центре — Кремний. От него ветки: Свойства, Соединения, Применение. Я буду добавлять ваши идеи на интерактивную доску. Кто готов назвать самое необычное применение кремния?» | Ученики по очереди называют ключевые понятия: полупроводник, атомная решетка, тугоплавкость, силикаты, производство стекла, солнечные батареи. Заполняют схему в тетрадях параллельно с учителем. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Наш кластер готов. Это ваш навигатор по теме».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: проверить уровень усвоения материала через интерактивный тест.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель: «Перейдите по ссылке в Quizizz (или Plickers). Вас ждут 5 вопросов на время. Будьте внимательны с вопросом про кремниевую кислоту — вспомните её растворимость!» | Ученики выполняют тест на планшетах/телефонах. Сразу видят свои баллы. |
2 мин | Учитель: «Посмотрите на экран с результатами. У кого возникли трудности с вопросом №4? Давайте разберем, почему $H_2SiO_3$ нельзя получить прямой реакцией оксида с водой.» | Ученики анализируют ошибки, фиксируют, что кислоту получают из солей (силикатов). |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Большинство справилось на "отлично". Те, кто ошибся — не расстраивайтесь, это зона вашего роста».
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: оценить свою работу на уроке и получить дифференцированное задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель: «Наш урок подходит к концу. Вспомните нашу цель. Мы узнали, почему кремний — основа технологий? Заполните короткую анкету в Google-форме или на листочках: "Три факта, которые меня удивили". И запишите домашнее задание.» | Ученики пишут рефлексию. Записывают ДЗ из таблицы на доске. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — ученик верно выполнил виртуальный эксперимент, составил все уравнения реакций, активно участвовал в создании кластера и набрал 90-100% в тесте.
- «4» — работа в группе выполнена верно, но допущены ошибки в коэффициентах уравнений или в 1-2 вопросах теста.
- «3» — ученик принимал пассивное участие в группе, тест выполнен на 50-70%, кластер заполнен частично.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое свойство кремния показалось самым необычным? | Выявление наиболее ярких когнитивных зацепок урока. |
Где в твоем доме «спрятан» кремний? | Проверка понимания практической связи химии с жизнью. |
В чем была главная трудность при работе с виртуальной лабораторией? | Диагностика навыков работы с ИКТ-инструментами. |
Завершающее слово учителя
«Ребята, сегодня вы убедились, что химия — это не только пробирки, но и высокие технологии. Кремний превратил песок в интеллект машин. На следующем уроке мы узнаем, как из него делают стекло и цемент — основу наших городов. Спасибо за ваши открытия!»
Домашнее задание
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый | Параграф учебника, упр. 1-3 | Прочитать текст, ответить на вопросы в конце параграфа. |
Средний | Цепочка превращений | Осуществить превращения: $Si \rightarrow SiO_2 \rightarrow Na_2SiO_3 \rightarrow H_2SiO_3$. |
Продвинутый | Мини-проект / презентация | Подготовить 5 слайдов на тему «Кремний в организме человека: польза или вред?» |