以實驗探究支撐概念教學(xué)

趙方

關(guān)鍵詞：實驗探究;概念教學(xué);還原反應(yīng)

一、提出問題

《金屬礦物及其冶煉》是魯教版五四制九年級第四單元第一節(jié)第二課時的內(nèi)容。盡管課程標(biāo)準(zhǔn)對這節(jié)課的要求較為簡單：知道一些常見金屬（鐵、鋁等）礦物、知道可用鐵礦石煉鐵。但這節(jié)課所涵蓋的內(nèi)容、方法、情感等教育價值卻不容小覷。從內(nèi)容角度上說，本節(jié)課承載著“初步認(rèn)識還原反應(yīng)，再次認(rèn)識氧化反應(yīng)”等內(nèi)容;從方法角度上說，需要學(xué)生初步了解從自然界獲取物質(zhì)的一般方法——物理方法和化學(xué)方法，通過電解法冶煉鋁、通過還原法冶煉鐵等具體的化學(xué)方法;從情感、態(tài)度、價值觀角度上說，本節(jié)課充分體現(xiàn)了通過化學(xué)變化改造和創(chuàng)造物質(zhì)的基本觀念，認(rèn)同化學(xué)方法同工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合而創(chuàng)造的巨大價值。同時，本節(jié)課還可以通過對金屬資源的簡介，尤其是稀土資源的介紹，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感，同時培養(yǎng)學(xué)生珍惜資源、合理利用并保護(hù)資源的意識。鑒于此，本節(jié)課在教學(xué)設(shè)計的過程中，如何既能兼顧知識、方法、態(tài)度，又能構(gòu)建內(nèi)容結(jié)構(gòu)？下面就以具體課題為例談?wù)劸唧w做法。

二、學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）通過對話交流，能列舉常見的鐵、鋁礦石，說出人類從自然界獲取金屬的途徑。

（2）通過實驗和視頻，能表示冶煉金屬鋁、鐵的化學(xué)方法，能從得失氧的角度識別還原反應(yīng)，初步形成性質(zhì)決定冶煉方法的觀念。

三、教學(xué)重、難點

（1）教學(xué)重點：從得失氧元素的視角解釋工業(yè)煉鐵的化學(xué)原理。

（2）教學(xué)難點：人類從自然界獲取金屬的方法及影響因素。

四、教學(xué)過程

【導(dǎo)入】從遙遠(yuǎn)的青銅時代（圖片：四羊方尊）到家家戶戶都必備的鐵器時代（圖片：鐵錘、鐵鍋、鐵鍬等），時至今日，各種各樣的金屬制品（圖片：飛機(jī)、輪船、飛行器等）已經(jīng)融入了我們的生活。如此重要的金屬材料如何制備？

【設(shè)計意圖】從金屬制品的重要用途導(dǎo)入，一方面：體會金屬制品的重要應(yīng)用;另一方面：引出金屬制備的課題，同時，通過學(xué)生的回答探查學(xué)生的前認(rèn)知，涉及金屬礦物的存在形式，制備方法及礦石種類等。

【投影】學(xué)習(xí)目標(biāo)

環(huán)節(jié)一：認(rèn)識金屬礦石

【舉例】自然界中存在的金屬礦石種類很多，它們或存在于地殼中，或存在于海洋中（如圖1）。請根據(jù)圖片書寫金屬礦石中主要物質(zhì)化學(xué)式，并推測從自然界中獲取金屬的路徑。

【設(shè)計意圖】學(xué)生書寫金屬礦物中主要物質(zhì)化學(xué)式，一方面將對金屬礦物的認(rèn)識從物質(zhì)水平過渡到元素水平，為學(xué)習(xí)氧化、還原反應(yīng)原理做鋪墊;另一方面學(xué)生在書寫化學(xué)式的過程中自然而然地就認(rèn)識到有的金屬在自然界中以單質(zhì)形式存在，有的金屬在自然界中以化合物形式存在，為從自然界獲取物質(zhì)方法（物理方法、化學(xué)方法）的選擇提供思路。

環(huán)節(jié)二：探究鐵礦石煉鐵

【銜接】以自然界中的鐵礦石為原料冶煉金屬鐵，需要考慮哪些因素？

【學(xué)生活動】組內(nèi)討論并組間交流：選擇合適的鐵礦石、探究可行的反應(yīng)原理、設(shè)計合理的實驗裝置，評估煉鐵方法對環(huán)境的危害等。

【設(shè)疑】自然界中主要存在赤鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦，選擇合適煉鐵的鐵礦石的依據(jù)有哪些？

【學(xué)生活動】

（1）交流：鐵礦石的儲量、鐵元素的含量、是否含有可能對環(huán)境造成污染的元素等。

（2）小組合作計算四種礦石中的含鐵量。

（3）選擇合適的鐵礦石：赤鐵礦或磁鐵礦。

【設(shè)計意圖】一方面：通過此問題拓展學(xué)生思考問題的思路——定性水平、定量水平;另一方面：通過解決此問題，將鐵礦石的范圍縮小至赤鐵礦及磁鐵礦，為還原反應(yīng)的建構(gòu)做好鋪墊。

【猜想】以Fe203為原料制取金屬Fe，從反應(yīng)原理來說，你有哪些猜想？

【學(xué)生活動】學(xué)生的猜想主要集中在“失去氧元素”，具體實施條件包括：高溫分解、電解、使用H2，C，CO，金屬等易與氧氣反應(yīng)的物質(zhì)“奪走氧元素”等。

【過渡】高溫、電解等方法并不能使Fez03失去氧元素。那么接下來，我們以CO、赤鐵礦為反應(yīng)物來探究是否能冶煉得到鐵。

【演示實驗】一氧化碳還原三氧化二鐵。

【學(xué)生活動】觀察、記錄現(xiàn)象，推理結(jié)論，書寫反應(yīng)方程式。

【提升】實驗表明，氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)，生成金屬鐵和二氧化碳。在這個反應(yīng)中，老師認(rèn)為存在的兩種變化（如圖2），你認(rèn)為老師的分類依據(jù)是什么？

【學(xué)生交流】得、失氧元素。

【設(shè)疑】有這樣幾組概念，“得氧，失氧，被氧化，被還原，氧化反應(yīng)，還原反應(yīng)，氧化劑，還原劑”，你能把它們放在合適的位置上嗎？

【學(xué)生活動】組內(nèi)討論，組間交流，展示結(jié)果（如圖3）。

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生經(jīng)歷從元素水平猜想煉鐵原理、驗證猜想、認(rèn)同失去氧元素能夠冶煉得到鐵，進(jìn)而從得失氧元素的角度建構(gòu)氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)的概念及氧化劑、還原劑的概念。

【反思評價】在演示實驗過程中，為什么要先通入一氧化碳，再點燃酒精噴燈？在實驗結(jié)束后，為什么要先停止加熱，待硬質(zhì)試管冷卻后再停止通CO？

【設(shè)計意圖】一方面：基于安全，初步形成可燃性氣體使用時需要驗純、排盡空氣的實驗意識;另一方面：基于環(huán)保，初步形成污染性物質(zhì)需要回收處理的意識。

環(huán)節(jié)三：對比方法，總結(jié)提升

【鋪墊】并不是所有的金屬都能使用還原法冶煉。你能舉例說明嗎？

【學(xué)生活動】電解氯化鎂制取金屬鎂。（魯教版教材中，學(xué)生在《海水“制堿”》中已學(xué)習(xí)）

【拓展】工業(yè)上采用電解法，以氧化鋁為原料冶煉金屬鋁。請書寫反應(yīng)方程式。

【提升】概括冶煉金屬的方法，思考影響金屬冶煉方法的因素。

【學(xué)生活動】獨立思考，組內(nèi)討論，組問交流。

（1）冶煉金屬的方法包括：物理方法、化學(xué)方法——還原法、電解法。

（2）金屬元素在礦石中的分散形式，金屬的性質(zhì)影響冶煉方法。

【設(shè)計意圖】通過前三個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠列舉常見的金屬礦石及主要物質(zhì)，能用化學(xué)反應(yīng)方程式表達(dá)赤鐵礦冶煉鐵，鋁土礦冶煉鋁，這些內(nèi)容散落在學(xué)生腦海中，不利于長久存儲，也不利于知識提取遷移應(yīng)用。本問題的設(shè)計指向化學(xué)觀念——金屬元素的分散形式及金屬的性質(zhì)決定冶煉方法，既能驅(qū)動學(xué)生梳理知識，又能幫助學(xué)生構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)圖（如圖4）。

環(huán)節(jié)四：自學(xué)資料，感受價值

【提升】科學(xué)研究的成果只有與生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合才能轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力，推動社會的發(fā)展。工業(yè)上，以焦炭、鐵礦石、石灰石為原料，利用熱還原法來冶煉得到鐵，推動了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。而鋼鐵工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r是世界各國工業(yè)化水平的重要標(biāo)志之一。我國自1996年鋼產(chǎn)量突破億噸，躍居世界首位，到如今一直穩(wěn)居世界第一。不僅如此，我國電解鋁的產(chǎn)量自2001年躍居世界首位以來已經(jīng)連續(xù)18年穩(wěn)居世界首位。更值得一提的是，我國的稀土金屬的產(chǎn)量及儲量也均居世界首位。閱讀多識一點，談?wù)勀愕母邢搿?/p>

【設(shè)計意圖】體會金屬冶煉創(chuàng)造的巨大社會效益，認(rèn)同化學(xué)學(xué)科的價值，指向核心素養(yǎng)——社會責(zé)任與科學(xué)精神的滲透。