基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)分析

吳燕萍

培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)，應(yīng)該從以“教”為主轉(zhuǎn)向以“學(xué)”為主，從重視學(xué)科知識的傳授、灌輸轉(zhuǎn)向重視學(xué)生自主學(xué)習(xí)、思考探究，設(shè)計(jì)一系列問題鏈，將科學(xué)精神宏觀辨識與微觀探析、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)融入教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中反思，獲得化學(xué)核心知識，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

人教版《化學(xué)必修一》第三章第二節(jié)《金屬材料》，學(xué)生在學(xué)習(xí)了鐵及其化合物性質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)鋁及其化合物，主要涉及常見鐵合金、鋁合金的重要應(yīng)用，鋁及氧化鋁的主要性質(zhì)，金屬材料在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。此部分內(nèi)容集中體現(xiàn)了教材的時(shí)代感，反映了教學(xué)與生產(chǎn)生活實(shí)際的聯(lián)系。

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引入課題

準(zhǔn)備鋰電池1個(gè)，口香糖紙若干張。教師提問：如果我在野外想生火，但沒帶打火機(jī)或火柴，你們能幫我想辦法嗎？學(xué)生提出鉆木取火、利用凸透鏡等。教師演示實(shí)驗(yàn)，用電池和口香糖紙點(diǎn)火，并講解：口香糖紙外層是金屬鋁，易燃。鋁在我們生活很常見，比如鋁合金門窗、鋁合金扶手，連我們校音樂室的外墻也是鋁合金。

環(huán)節(jié)二：探究學(xué)習(xí)，了解鋁的化學(xué)性質(zhì)

教師提出第1個(gè)任務(wù)：預(yù)測一下，鋁能否和CuSO4溶液反應(yīng)？你的依據(jù)是什么？

學(xué)生回答：鋁片表面有紅色物質(zhì)析出，溶液顏色由藍(lán)色逐漸變?yōu)闊o色。

接著各組做實(shí)驗(yàn)，取出一片鋁片，用剪刀剪開一個(gè)小口子，把它放入硫酸銅溶液中。各組實(shí)驗(yàn)都沒有現(xiàn)象。學(xué)生交流討論，認(rèn)為鋁片表面有致密的氧化膜。

教師展示鋁表面氧化膜的微觀結(jié)構(gòu)圖并講解：用電子顯微鏡放大100萬倍，可以看到鋁經(jīng)過陽極氧化形成的氧化膜的結(jié)構(gòu)。致密氧化膜上有均勻多孔的結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)就決定了它有特殊的用途，例如在金屬材料鋁合金表面著色，可以在分子層面上選擇合適的染色劑，填入鋁合金表面氧化膜的空隙，再用大小合適的分子當(dāng)作塞子，封住空隙口，就可以從微觀層面上獲得牢固的著色效果。

進(jìn)一步加深學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”核心觀念的認(rèn)識。

教師提出第2個(gè)任務(wù)：預(yù)測一下，鎂、鋁能否和水反應(yīng)？你的依據(jù)是什么？

學(xué)生回答：能。根據(jù)金屬活動(dòng)性順序，排在鎂、鋁前面的鈉以及后面的鐵都能和水反應(yīng)，所以鎂、鋁也能和水反應(yīng)。

接著做實(shí)驗(yàn)，將打磨后的鎂、鋁分別與水反應(yīng)。可適當(dāng)加熱，不要沸騰。把2支試管放在一起比較。

學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鎂、鋁都能和水反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡，鎂比鋁要快，鎂和水在常溫下就有氣泡產(chǎn)生，鋁和水要加熱才有少量的氣泡產(chǎn)生。

教師追問：為什么鎂比鋁要容易？

答：因?yàn)殒V比鋁更活潑。

再追問：把一塊鈉丟入水中，能劇烈反應(yīng)到鈉完全消失。為什么鎂、鋁反應(yīng)就這么慢？

答：因?yàn)樗鼈兒退磻?yīng)生成的Mg（OH）2和Al（OH）3是不溶的，會(huì)覆蓋在鎂、鋁表面，阻止了反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。

教師提問：初三學(xué)習(xí)制CO2時(shí)，不用CaCO3和稀硫酸，就是因?yàn)樯傻牧蛩徕}微溶，會(huì)覆蓋在碳酸鈣表面阻止反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生。那我們可以采取哪些策略使反應(yīng)不斷進(jìn)行直至鎂、鋁完全消耗？

有學(xué)生回答改用鎂粉和鋁粉。教師評價(jià)：可行。現(xiàn)在有一項(xiàng)很成熟的技術(shù)，就是鋁冰火箭燃料，它是利用鋁粉和冰快速反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)大的推動(dòng)力將火箭送入太空。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是鋁粉要用納米級的。

又有學(xué)生回答加酸。教師評價(jià)：可行。這是初三學(xué)過的。

還有學(xué)生回答加堿。教師評價(jià)：我們也可以試試加堿，科學(xué)史上有很多重大發(fā)現(xiàn)就是科學(xué)家不按常理出牌才偶然發(fā)現(xiàn)的。

學(xué)生繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，往鎂、鋁和水反應(yīng)體系中加入氫氧化鈉溶液。描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鎂水反應(yīng)中加入氫氧化鈉溶液沒現(xiàn)象，鋁水反應(yīng)中加入氫氧化鈉有大量氣泡產(chǎn)生。

教師提問：你覺得鋁和氫氧化鈉產(chǎn)生的氣體是什么？你預(yù)測的依據(jù)是什么？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明。

答：H2，根據(jù)氧化還原規(guī)律，鋁元素化合價(jià)升高，必有元素化合價(jià)降低，這里就只可能是氫元素，產(chǎn)生氫氣。

下一個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生用大試管、帶導(dǎo)管的單孔膠塞、鋁箔、氫氧化鈉溶液、肥皂水、火柴、木條等，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的氣體可被點(diǎn)燃。

小組討論：你認(rèn)為Al、Al2O3、Al（OH）3能和NaOH溶液反應(yīng)嗎？

學(xué)生回答：Al和NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，說明鋁會(huì)和NaOH溶液反應(yīng);一開始反應(yīng)沒有明顯現(xiàn)象，說明是鋁表面的氧化膜先和NaOH溶液反應(yīng);往鋁水反應(yīng)中加入NaOH溶液能持續(xù)反應(yīng)是因?yàn)镹aOH先和表面的Al（OH）3反應(yīng)了。

教師講解：反應(yīng)的產(chǎn)物之一是NaAlO2。Al（OH）3+OH-?→?Al（OH）4-，簡寫成2H2O+AlO2-，或者Al（OH）3和堿反應(yīng)時(shí)可寫成H3AlO3，簡化成H2O+HAlO2。學(xué)生寫如上反應(yīng)的化學(xué)方程式。

教師小結(jié)研究物質(zhì)性質(zhì)的方法：要有物質(zhì)的類別思維，氧化還原思維，物質(zhì)的特性。介紹兩性化合物的概念：氧化鋁、氫氧化鋁既能和酸反應(yīng)，又能和堿反應(yīng)生成鹽和水，我們把它們稱為兩性化合物。

本環(huán)節(jié)通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。引導(dǎo)學(xué)生從已有知識去預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，培養(yǎng)邏輯推理能力和利用科學(xué)探究方法解決問題的能力。

環(huán)節(jié)三：承上啟下，過渡到下一章學(xué)習(xí)

教師提問：鈉、鎂、鋁、鐵、銅等金屬中，為什么只有鋁會(huì)和NaOH反應(yīng)？

學(xué)生答：因?yàn)殇X在元素周期表中的位置介于金屬和非金屬的交界線。

教師展示周期表，突出鋁的位置：周期表是化學(xué)史上一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)，由它可預(yù)測每個(gè)位置的元素可能具有的性質(zhì)，鋁位于金屬和非金屬的交界處，所謂“近朱者赤，近墨者黑”，所以它不僅具有金屬的通性，還有一些特性。請預(yù)測，還有什么金屬會(huì)和NaOH反應(yīng)？

答：Be，Ge。

遷移應(yīng)用：如果Ge會(huì)和NaOH溶液反應(yīng)，寫出對應(yīng)的化學(xué)方程式。學(xué)生根據(jù)Ge在周期表中位于第ⅣA族，推測它在化合物中的化合價(jià)為+4價(jià)，所以寫出產(chǎn)物之一是Na2GeO3。另一學(xué)生根據(jù)氧化還原規(guī)律，推出另一產(chǎn)物是H2。

教學(xué)反思

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提到：能從物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步驗(yàn)證，并能分析、解釋有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。以第三周期的鈉、鎂、鋁、硅、硫、氯，以及堿金屬和鹵族元素為例，了解同周期和主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。

在本課之前，學(xué)生已經(jīng)具備了金屬的化學(xué)性質(zhì)、化合價(jià)、氧化還原等知識，所以本課在探究鋁的化學(xué)性質(zhì)時(shí)遵循如下順序：預(yù)測鋁的性質(zhì)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→發(fā)現(xiàn)問題，包括：①鋁和硫酸銅溶液無現(xiàn)象;②鎂鋁和水反應(yīng)緩慢→交流討論→提出假設(shè)，包括：①鋁表面有致密的氧化膜;②鎂鋁和水反應(yīng)生成的Mg（OH）2、Al（OH）3覆蓋在固體反應(yīng)物的表面阻止了反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，包括：①鋁片剪開的斷面先析出紅色物質(zhì);②往鎂鋁和水的反應(yīng)體系中加入NaOH溶液→發(fā)現(xiàn)新問題（Mg和NaOH不反應(yīng)，Al和NaOH反應(yīng)）→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)繼續(xù)探究Al和NaOH反應(yīng)的產(chǎn)物→得出鋁的特性→升華（引出元素周期表的應(yīng)用，為下章做鋪墊）。

在這節(jié)課中，學(xué)生體驗(yàn)了完整的科學(xué)探究過程，能準(zhǔn)確地用化學(xué)語言描述現(xiàn)象，并進(jìn)行分析、歸納得出結(jié)論，初步培養(yǎng)了科學(xué)探究能力。通過拓展閱讀《鋁的一生》，學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)在促進(jìn)社會(huì)發(fā)展中的重要作用。

注：本專題文章為2020年廣東省普通高中新課程新教材實(shí)施國家級示范校建設(shè)研討交流活動(dòng)教學(xué)反思成果選。