設計“三化”教學　提升教學效益——“鋁及鋁合金”的教學展示與反思

黃宏（常州市北郊高級中學　江蘇常州　213031）

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設計“三化”教學提升教學效益——“鋁及鋁合金”的教學展示與反思

黃宏
（常州市北郊高級中學江蘇常州213031）

摘要：情境既是知識的載體，又是教學問題的原點和科學探究的起點。設計課堂生活化、教學實驗化、問題過程化的“三化”課堂教學，以生活化、實驗化的化學課堂教學情境，引發學生在情境中體驗、體驗中質疑、質疑中探究、探究中思維，從而構建情境、問題、探究、思維的課堂教學場，以此促進課堂教學效益的最大化。

關鍵詞：課堂生活化；教學實驗化；問題過程化；高效課堂

“三化”課堂教學設計是指凸顯課堂生活化、教學實驗化、問題過程化教學特征的課堂教學設計范式。本文以“鋁及鋁合金”的課堂教學為例，對此教學設計加以展示，供參考。

一、教材分析

“鋁及鋁合金”是蘇教版必修1專題3第一單元第一課時的教學內容，鑒于鋁及鋁合金是當今社會應用甚為廣泛的金屬材料，而鋁的性質指導著它在生產生活中的實際應用，因此，這一節是本單元的重點內容之一。而本節教材是安排在學生學習了活潑非金屬氯、溴和活潑金屬鈉、鎂性質之后重點介紹鋁的性質，這樣不僅能使學生理解鈉、鎂和鋁的活潑性差異，還會為后面學習元素周期律的知識建立基礎，從而為知識的連貫性起到了承上啟下的作用。此外，本節課內容的學習不僅可以促進學生建立和體會研究物質性質的一般方法和程序，也為學生后續研究元素的單質及其化合物的性質奠定基礎，還會促進學生知道運用所學知識解決生活中的問題，從而達到學以致用。

二、設計思想

創設情境、激發興趣是本節課教學設計的出發點。生活中蘊含著豐富的化學知識，通過創設符合學生生活實際的生活情境，激發學生構建化學知識的生活價值觀和學習價值觀。通過用化學知識解決生活中的實際問題，激發學生“從生活走向化學，從化學走向社會”的思想意識。通過學生情境感知以及問題解決的課堂學習體驗，激發學生的化學學習興趣，從而為提高學生化學課堂學習質量奠定心理基礎。

突出實驗教學、發揮實驗功能是本節課教學設計的著力點。化學實驗可以對教材中相對“裸露”的知識進行“包裝”，它既是化學知識的載體，又是化學知識形成和發展的生長性土壤。化學實驗的直觀性、奇異性、生動性是激發學生學習興趣的源動力。為此，本節課力求做到既有演示實驗，又有分組實驗，既有改進實驗，又有創新實驗，并通過實驗探究，讓實驗教學的作用在本節課的教學中表現得淋漓盡致。

三、教學目標

1.知識與技能

了解鋁的性質，并能運用鋁的性質解釋生產生活中的一些實際問題。

2.過程與方法

通過實驗方案設計、實驗現象的分析等活動，增強學生分析問題和解決問題的能力。

3.情感態度價值觀

通過對實驗異常現象的真實記錄、分析，形成實事求是崇尚嚴謹的科學態度和精神。

四、教學過程

［情境導入］（環節一：生活小疑惑）冬天到了，又到了吃火鍋的季節，很多火鍋店都喜歡選用鋁鍋而不用鐵鍋，你覺得可能是什么原因？

［學生］因為鋁鍋質輕、導熱快、不易生銹。

［教師］鋁鍋是不是真的不生銹呢？

［教師］下面就請大家根據周轉箱中提供的試劑（鋁片、硫酸銅溶液、鹽酸溶液、硫酸溶液）設計實驗證明鋁片表面是否已經被氧化。（友情提醒：1、前后4位同學一組，先設計實驗方案，再進行實驗；2、鋁片的大小要適中。）

［學生］設計方案并實驗。

［教師］你們做了什么實驗？觀察到什么現象？得出什么結論？

［小組1］我們做了打磨過的鋁片和未打磨的鋁片分別與硫酸銅溶液的反應。現象是：打磨過的鋁片表面有紅色物質析出，而未打磨的鋁片表面無現象，說明鋁表面形成了致密的氧化膜。

［小組2］我們做了打磨過的鋁片和未打磨的鋁片分別與鹽酸反應。現象是：打磨過的鋁片表面有氣泡，未打磨過的鋁片在鹽酸中開始沒有明顯現象后來有氣泡。同樣可以說明未打磨的鋁片表面形成了致密的氧化膜。

［教師］有沒有其他小組做這些實驗時觀察到的現象與匯報過的小組不一樣？

［小組3］打磨過的鋁片與硫酸銅反應時除了有紅色物質析出外，還觀察到了氣泡。

［教師］鋁和硫酸銅反應，觀察到有氣泡產生的原因很多，我們將在今后的學習過程中逐步找到答案。

［小組4］打磨過的鋁片與硫酸反應時沒有觀察到氣泡。

［教師］你覺得可能的原因是什么？

［學生］沒有打磨。

［小組4］打磨過了。

［教師］這一組同學我給的是濃硫酸。鋁放在濃硫酸中無明顯現象，是不是說明鋁和濃硫酸不發生反應呢？

［教師］請一位同學和我一起來完成一個實驗（學生打磨一小塊鋁片），現在請這位同學將他打磨過的鋁片和我課前在實驗室里處理過的鋁片（一小塊打磨過的鋁片放在冷的濃硫酸中浸泡了40分鐘左右），同時浸入CuSO4溶液中（注：鋁片的大小和形狀基本相同），請大家觀察現象。

［學生］浸泡過濃硫酸的鋁片表面有很少量紅色物質析出，未浸泡濃硫酸的打磨過的鋁片有大量的紅色（銅）析出。

［教師］可能是什么原因？

［學生］在濃硫酸里浸泡過的鋁片表面形成了致密的氧化膜。

［教師］給出鈍化的定義。利用鋁的這個性質，我們可以用來儲存、運輸濃硫酸、濃硝酸。鋁在空氣中形成致密的氧化膜可使鋁制品具有良好的抗腐蝕性。

設計意圖：通過讓學生設計實驗，培養學生的實驗設計能力、實驗現象的觀察能力以及比較思維能力；培養學生敢于推測、尊重實驗事實的科學態度，以此培養學生的科學精神和提高學生的科學素養。

［過渡］說明鋁能與氧氣反應。

［教師］鐵在純氧中劇烈燃燒，火星四射，那么鋁能不能在純氧中燃燒呢？

［演示實驗］鋁粉在氧氣中燃燒。這是盛有二氧化錳的廣口瓶，加適量的雙氧水可產生氧氣，用棉花包裹鋁粉，點燃。

［教師］劇烈不劇烈？

［學生］板演方程式。

設計意圖：這是一個改進實驗，用雙氧水和二氧化錳來制取氧氣，鋁粉能在其中迅速燃燒，發出耀眼的強光，給學生產生強烈的視覺沖擊。在激發學生興趣的同時，引發學生對實驗現象的化學原理以及鋁的化學性質的進一步認識。

［教師］在享受完火鍋美食后，我們需要對鋁鍋進行清洗，你覺得應該注意什么？

［學生］不能用鋼絲球擦鋁鍋。

［教師］為什么？

［學生］鋁鍋表面的氧化膜會被破壞。

［過渡］（環節二：生活小困難）不但清洗鋁鍋的過程中有時候會碰到煩心事，在生活中還會經常有一些其他方面的煩心事，如：下水管道堵塞。我們在家中也會遇到下水管道堵塞的情況，給生活帶來不便。如果下水管道堵塞，你準備怎么辦？

［學生］用水拔子或手搖螺旋鋼絲。

［教師］這些辦法都是使用了物理方法使下水管道達到了疏通的效果，能否通過化學方法來解決這樣的生活問題呢？

［視頻］下水管道堵塞和疏通實驗（用頭發模擬下水管道堵塞，見圖1）。

［展示］今天給大家帶來了“管道疏通劑”——愛屋氏，見圖2，主要成分是鋁粉和氫氧化鈉固體。

Figure 1 Simulation sewer blockage圖1　模擬下水管道堵塞

Figure 2“Love,s”PiPeline dredging agent 圖2　“愛屋氏”管道疏通劑

［教師］既然氫氧化鈉本身已經能起到管道疏通的作用，為什么還要加鋁粉呢？我們來模擬一下這個實驗。

［演示實驗］鋁粉與固體氫氧化鈉溶液的反應。一組同學依次感受溫度（由于溫度是慢慢上升的，所以當第一組摸完后再回到這組的第一個人。）

［教師］請大家談談為什么要加鋁粉？

［學生］加入鋁粉，可以與氫氧化鈉反應放出大量的熱，可以加快反應速率。且此反應產生大量的氣體，可以產生機械驅動力。

［教師］該實驗說明鋁具有怎樣的化學性質？

［學生］鋁可以與氫氧化鈉溶液反應。

［教師］板書方程式：Al+NaOH+H2O—NaAlO2+？偏鋁酸鈉

設計意圖：創設管道堵塞的問題情境，通過讓學生觀察鋁粉和氫氧化鈉溶液反應的現象以及通過觸摸試管感受溫度的體驗，使學生感知管道疏通劑能使管道疏通的原理。意在既使學生認識鋁具有能和堿反應的化學性質，又能激發學生構建化學知識的生活價值觀和學習價值觀。

［教師］鋁與氫氧化鈉溶液反應生成了一種鹽叫偏鋁酸鈉，實驗中我們觀察到有氣體產生，你覺得產生的氣體是什么？

［學生］從元素守恒看，應該是氫氣。從化合價角度來看，鋁元素從0價升高到+3價，水中的氫元素應該下降，說明是氫氣。

［教師］是不是氫氣呢？下面我們用實驗來驗證一下。

Figure 3 Test of hydrogen Production by aluminum and sodium hydroxide solution圖3　鋁和氫氧化鈉溶液反應產生氫氣的檢驗

［演示實驗］鋁粉與氫氧化鈉溶液反應實驗。

［教師］從剛才的實驗中，我們聽到了爆鳴聲，看到了氣體在安靜燃燒（見圖3），說明的確是氫氣。

［教師］完成前面的方程式：2Al+2NaOH+2H2O= 2NaAlO2+ 3H2↑？

設計意圖：讓學生學會從元素守恒和化合價升降兩個角度分析反應可能的產物，以及會用實驗的方法加以驗證。以此在體現科學探究要素的同時，使學生掌握理論、實驗、理論和實驗相結合的科學探究方式，以及科學探究的基本方法。

［教師］我們再來看看這個反應，該反應的還原劑是什么？氧化劑是什么？

［學生］在此反應中，鋁元素的化合價從0價升高到+3價，即鋁是還原劑。水中氫元素的化合價為+1價，降低到0價，所以是氧化劑。

［教師］有沒有不同意見？

［學生］氧化劑可能是氫氧化鈉，因為氫氧化鈉中氫的化合價為+1價，化合價也在降低；也有可能是氫氧化鈉和水。

［教師］究竟誰是氧化劑呢？我們一起來看兩段視頻。視頻①：播放鋁與水的視頻（見圖4），你觀察到了什么現象？

Figure 4 Aluminum and water reaction圖4　鋁與水的反應

［學生］有大量的氣體產生。

［教師］說明什么？

［學生］說明鋁能與水反應產生氫氣。

［教師］視頻②：鋁與氫氧化鈉固體加熱實驗［2］，你觀察到了什么現象（見圖5）？

Figure 5 The reaction of aluminum and molten sodium hydroxide圖5　鋁和熔融氫氧化鈉的反應

［學生］導管里出現了倒吸現象。

［教師］可能是什么原因？

［學生］鋁與氧氣反應時消耗了氧氣，試管里的壓強減小。

［教師］這樣的現象說明什么？

［學生］說明鋁與熔融氫氧化鈉不反應。

［信息提示］1.氫氧化鋁不溶于水，2.Al（OH）3+NaOH =NaAlO2+2H2O

［教師］結合信息提示，請說明鋁和氫氧化鈉溶液反應的實質。

［學生］鋁先和水反應生成氫氧化鋁和氫氣，氫氧化鋁再和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和水。

［教師］板演：2Al+6H2O=2Al（OH）3+3H2↑

Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O

［教師］將化學方程式疊加即可得鋁和氫氧化鈉反應的總反應：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，氧化劑是什么呢？

［學生］水。

設計意圖：鋁和氫氧化鈉溶液的反應是本節內容的一個重難點，通過兩段視頻鋁和水的反應以及鋁和熔融氫氧化鈉的作用，讓學生分析出鋁和氫氧化鈉溶液反應的實質是鋁先和水反應，生成的氫氧化鋁再和氫氧化鈉反應，力求在分析過程中培養學生的思維能力。

［教師］你覺得我們在使用鋁鍋時還應該注意什么呢？

［學生］鋁鍋不能盛酸性和堿性食物。

［過渡］（環節三：生活小視野）吃火鍋最重要的是食材一定要新鮮，為了保障新鮮，就需要有強大的物流。Al又會有怎樣的作用呢？

［圖片展示］焊接鋼軌（圖片）。

［教師］圖片中焊接鋼軌用到的那桶試劑今天我帶來了，（主要成分是鋁粉和氧化鐵的混合物）下面我來模擬這個實驗。

［演示實驗］鋁熱反應（大試管中放一半沙子，放入兩根鐵釘，倒入一半鋁熱劑，設置一個凹槽，加入少許高錳酸鉀固體粉末，滴入4滴甘油引發。用包裹保鮮膜的鐵桶罩住鋁熱反應裝置。）

［教師］請同學們在學案上完成這個方程式的書寫（請一位同學上黑板書寫）。

［教師］這個反應溫度高達3000度，我們把這個反應叫作鋁熱反應，鐵在這個溫度下會“融化”。

設計意圖：這是一個創新實驗，利用鋁熱反應現場將兩根鐵釘成功焊接在一起，學生心靈受到強烈震憾，切實體會到化學在生產、生活中的重要作用。［1］以此讓學生進一步感受到化學的生產和生活價值，進一步增強學生“從生活走向化學，從化學走向社會”的化學觀。

［教師］通過本節課的學習，我們知道鋁的哪些化學性質？

［學生］鋁可以與氧氣反應，與酸反應，與堿反應，與鹽溶液反應，與金屬氧化物反應。

［教師］所有這些反應中，鋁元素都從0價升高到+3價，表現出較強的還原性。為什么？

［學生］因為鋁原子最外層是3個電子，很容易失去，所以表現出較強的還原性。

［教師］（環節四：生活小貼士）如果你要買鍋，你會選擇鋁鍋嗎？

［教師］會（不會），為什么？

［教師］有專家建議淘汰鋁鍋，因為，鋁元素攝入過量會引起老年癡呆，但也有專家表示，鋁表面有一層致密的氧化膜，可以起到保護作用，所以，不必太過擔心。

［教師］生活、學習中我們會碰到很多新的問題，希望大家能及時記錄下來，用心思考，你將會有大發現。請同學們課后完成環節五。

［課后練習］（環節五：學習小困難）用雙線橋表示出鋁和氫氧化鈉溶液反應時電子轉移的方向和數目。

設計意圖：讓學生自己總結出鋁的性質，培養學生的歸納概括能力。讓學生親身體會鋁在它能發生的反應中都體現出還原性，而它的還原性是由鋁的結構決定的，使學生建立“結構決定性質”的化學思想。另外，通過討論是否買鋁鍋的問題，讓學生了解鋁的兩面性，正確利用則能為人們造福，不當利用則可能給人們帶來危害。

五、教學反思

1.課堂生活化——創設生活化的化學課堂教學情境

就人來講，學習即生活、生活即學習是人類生命的主要組成部分，也即人類的生活與學習是一個統一的整體。就學校來講，課堂既是學生學習的主要場所，也是教師教學的主要陣地。基于此，創設生活化的課堂，拓展學生學習的課堂時空，將學生從枯燥的書本、封閉的課堂中解放出來，讓學生在生活的大課堂中感知、體驗、學習，讓學生在生活化的課堂學習中體會知識的意義和價值，讓生活化課堂調動學生內在的學習心理活動，實現真正意義的學習。本節課教學中的“生活小疑惑”、“生活小困難”，“生活小視野”、“生

活小貼士”等化學課堂教學情境，讓學生認識到鋁的氧化反應、鋁與氫氧化鈉溶液的反應、鋁熱反應在生活中的應用，課堂生活化激發了學生的學習興趣和熱情。

2.教學實驗化——構建實驗化的化學課堂教學方式

探究教學是新課程背景下化學教學的基本方式，實驗探究是化學探究教學的方式之一。因此，構建實驗化的化學課堂教學方式，既突出了化學的學科本質，又彰顯出化學教學的實驗屬性。同時通過化學實驗有效地使學生感知物質變化前后的現象，引發學生對實驗事實的思考，使學生能夠發現問題、提出問題、分析問題和解決問題，以此在解決問題的過程中培養學生發現、分析和解決問題的能力以及直覺思維、形象思維和邏輯思維能力。本節課，通過多樣化、多形式的課堂實驗，以及實驗和理論相結合的科學探究，提升了本節課的課堂教學效果，凸顯了本節課的教學特色。

3.問題過程化——基于過程化的學生思維能力培養

化學思想方法孕育著化學知識的發生與發展，而知識的發生與發展具有過程性特征，過程是思維的向導，是領悟知識的路向，是訓練思維的載體，是培養學生學習能力的土壤。因此，在處理本節課的一個重難點知識（鋁和氫氧化鈉溶液反應的實質）時采用了這樣的流程：學生觀看兩個視頻（鋁和水的反應以及鋁和熔融氫氧化鈉的作用）——觀察實驗現象——得出鋁和氫氧化鈉溶液反應的實質。這樣的設計流程，不僅讓學生理清了鋁和氫氧化鈉溶液反應的實質，還培養了學生的思維能力。

本節課凸顯了以上三個特點外，也還存在以下不足和需要改進之處：由于鋁粉和氫氧化鈉反應較為劇烈，如果不控制用量，液體很有可能會從試管里溢出，因此本實驗只是在課堂上進行了演示。如果將此實驗改為分組實驗，教師在實驗前給出試劑的用量，保證實驗能夠安全進行，將會使課堂氣氛推向高潮。

參考文獻

［1］朱建兵，李勝榮，袁春仙.“鋁的性質”教學實錄及反思［J］.化學教學，2011（8）：31～33

［2］劉懷樂.Al會不會跟水反應生成H2［J］.中學化學教學參考，2005，（11）：18

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.010

文章編號：1008-0546（2016）03-0026-04

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B