高中化學“鋁和鋁合金”的項目式教學

劉笑明 王廣才 王澤洋 王淼

一、項目主題選取

“達喜”藥品是生活中常見的一種治療胃痛、胃酸暖氣、飽脹疾病的一種非處方藥物，其藥品全稱為“鋁碳酸鎂咀嚼片”，其商品名稱為“達喜”（下文稱該藥品為“達喜”）。對于“達喜”中金屬元素進行定性分析這一主題與2017版人教版必修第一冊第三章第二節金屬材料中鋁和鋁合金一節具有一定聯系。教材中講述了鋁與鹽酸反應生成鋁離子，鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，但并未對兩種產物性質進行詳細介紹。

通過“達喜”藥品說明書可知，其主要成分化學式為AIZMg6（ OH）16CO3.4H2O，所含元素都是學生所熟悉的元素。因此該研究可以對教材知識進行相應拓展，適合學生進行實驗探究。

1.項目主題對于學生核心素養的發展

項目設計的初心是發展學生化學學科的核心素養，通過無機元素化合物的檢驗，可以觀察到沉淀、氣體以及顏色的變化等實驗現象，根據實驗現象分析產生現象的原因，進而分析出其所含元素種類，這一過程正是培養學生“宏觀辨識與微觀探析”素養的過程。由于研究的對象是藥品，關系到人民生命安全，緊抓實驗過程中的嚴謹性又關乎生命健康教育這一主題，落實“科學態度與社會責任”素養的培養。同時，對該藥品的金屬元素進行定性檢驗，能更好地培養學生“科學探究與創新意識”的素養，增強學生知識遷移能力和動手能力，也為教師在講解鋁鹽、偏鋁酸鹽及氫氧化鋁轉化內容時的情境創設上提供一些思路。因此，選取本項目為研究主題。

2.項目學習目標

（1）通過本項目中鋁鹽、偏鋁酸鹽知識的應用，深入理解鋁鹽、偏鋁酸鹽和氫氧化鋁之間的轉化關系。

（2）通過“達喜藥品中金屬元素定性分析”形成定性分析問題的思路和方法。

（3）在實驗設計過程中，掌握定性分析問題的本領，綜合應用化學知識解決實際問題。

二、項目設計流程

以“達喜”藥品中金屬元素定性分析為研究中心，本項目分為四個階段：

1.項目課前準備階段

引導學生設計出不同的實驗方案。其驅動性問題集中于“樣品溶解過程選取酸浸還是堿浸”，得出不同的設計思路。

2.項目實施階段

主要驅動性問題集中于實驗操作規范問題。本階段能較好培養學生科學態度和社會責任素養。學生對實驗現象進行清晰、準確的記錄，并且對相應化學反應原理做出判斷。

3.項目分析階段

是本項目的重難點階段。學生在實驗過程中會出現很多問題，且學生自身難于分析出原因所在，需小組共同討論和教師支持。

4.項目評價階段

教師進行總結性評價。從不同維度發現問題，解決問題，做出正確評價，提高學生學習能力。

三、項目實施階段過程及問題

將班級同學分為6個小組，并選出各組組長，項目完成時間為2課時。項目實施過程及具體教學設計見表1。

四、項目總結及評價

學生在實驗過程中出現若干問題，利用這些問題可以激發學生進行更加深入的思考，對于鋁鹽、偏鋁酸鹽及氫氧化鋁的轉化問題的理解會更加清晰。

以下為學生小組討論情況及學生和教師觀點：

【學生觀點1】對藥品進行酸浸。因為根據藥品說明書可知，藥品為一種堿式鎂鋁鹽，所以能溶于鹽酸溶液，可用鹽酸進行溶解，然后進行過濾，得到濾液，向濾液中加入過量的氫氧化鈉溶液，產生沉淀為氫氧化鎂，證明藥品中有鎂元素;再次過濾，向濾液中加入適量的鹽酸如果觀察到沉淀證明藥品中含有鋁元素。

【學生觀點2】將藥品分為兩份，一份進行堿浸，因為鋁鹽能溶于強堿溶液，然后進行過濾，向藥品中加入適量鹽酸溶液，如果觀察到沉淀，證明藥品中含有鋁元素;另一份進行酸浸，過濾，向濾液中加入過量氫氧化鈉溶液，如有沉淀生成，證明溶液中含鎂元素。

【教師分析】對于兩種觀點同學的方案都是理論上可行的，通過不同步驟產生沉淀說明溶液中的元素種類，向持有觀點1的學生提問：在加入過量氫氧化鈉溶液時，如何控制好量的問題？在加入適量鹽酸時，如何控制好量的問題？一但酸過量，就無法觀察到氫氧化鋁沉淀，得到的實驗結論就截然相反;對于持有觀點2學生進行提問：如何控制氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液的用量？是否有一種方法可以更好地解決這個問題？

【學生】學生通過查閱資料發現，常溫下控制溶液pH =13時氫氧化鋁就能完全溶解，通過控制溶液pH，進而控制氫氧化鈉溶液不過量;A1O2-能和CO，反應生成氫氧化鋁，CO2最簡單的得到方法就是通過人體呼吸，因此向含A1O2-濾液中吹人大量CO，即可，如果觀察到沉淀就說明溶液中含有鋁元素。

【學生】實驗過程中發現吹入CO2沉淀現象不明顯。學生通過分析得出可能原因有兩方面：一方面可能因為產生渾濁現象不夠明顯，讓學生提出解決方案。其中有學生提出比較合理方案，將濾液b分為兩份，一份吹入CO2，另一份作為參照物，這樣產生渾濁時兩組對比就可以清晰觀察到渾濁的產生;另一種可能原因是因為調節pH時加入NaOH溶液過量，要嚴格控制溶液pH防止堿量過多。

項目評價部分采用教師評價分數，統計見表2。

在小組匯報前將項目評價表發放到十名聽評課教師手中，教師通過各小組實驗方案匯報、實驗操作、討論、總結等環節對各小組進行評價，同時教師發表自己觀點以及對扣分原因進行闡述，對優秀的小組進行表揚，對實驗中的亮點進行分析，對成績稍差的小組進行鼓勵和指導。

從整體分數看，在實驗能力上有個別組扣分較多，主要因為實驗操作不夠標準，例如：研缽的使用、藥品取用環節等不符合操作要求;在創新能力上各組表現較好，例如：提出改用CO2來代替鹽酸與AlO2-反應、利用對照實驗觀察溶液變化等。

聽取教師建議后各小組課后寫出本次項目學習的感悟與反思，為下一次項目學習奠定了良好的基礎。

五、教學反思

通過項目式學習，學生對知識有了深入理解，并且能對所學知識進行運用，解決實際問題。學生通過自己動手動腦構建的科學研究模型，比教師直接講授效果更好。鋁及其化合物涉及的知識原理并不復雜，對于學生來說學習該知識的難點在模型構建上，通過本節課，學生能夠將鋁鹽、偏鋁酸鹽及氫氧化鋁之間的轉化更加系統化、結構化，為接下來元素化合物學習奠定堅實基礎。

基金項目：黑龍江省教育科學“十四五”規劃2021年度重點課題（編號：JJB1421407）

（收稿日期：2022 - 02 - 15）80B28349-2B6F-4605-9BA6-456D31CFEDDA