基于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)培養(yǎng)核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

摘 要：項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是基于真實(shí)情境、解決實(shí)際問題的教學(xué)模式，能夠很大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，利用驅(qū)動性問題，逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。本文從金屬蝕刻的廣泛應(yīng)用開展項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，對金屬及其性質(zhì)復(fù)習(xí)課展開教學(xué)，課程利用“制作金屬蝕刻畫”讓學(xué)生體驗(yàn)金屬蝕刻過程，提升學(xué)生分析與解決問題的能力，全面培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目化學(xué)習(xí)；真實(shí)情境；金屬蝕刻；核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2024）11-0016-03

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》構(gòu)建了大概念統(tǒng)領(lǐng)的化學(xué)課程內(nèi)容體系，要求教師注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，倡導(dǎo)“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，開展項(xiàng)目化學(xué)習(xí)。［1］項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是在真實(shí)的主題情境中，運(yùn)用初中化學(xué)的核心概念和知識分析問題、探究問題、解決問題，完成有意義的項(xiàng)目任務(wù)，提升化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力，培育學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力。［2］

一、教學(xué)背景

從社會價(jià)值看，金屬材料在提高人類生活質(zhì)量、推動社會進(jìn)步與科學(xué)發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用。從學(xué)科價(jià)值看，金屬及其性質(zhì)內(nèi)容是學(xué)習(xí)酸、堿、鹽性質(zhì)的基礎(chǔ)，也能為高中化學(xué)中鈉、鋁等金屬及其化合物的學(xué)習(xí)做鋪墊。從學(xué)生認(rèn)知角度看，金屬不再是單一的物質(zhì)，通過金屬這類物質(zhì)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以初步認(rèn)識掌握一類物質(zhì)性質(zhì)的思路與方法。［3］金屬的性質(zhì)是初中化學(xué)中非常重要的內(nèi)容，通過新課學(xué)習(xí)，學(xué)生初步掌握了金屬的物理化學(xué)性質(zhì)。知識的具體應(yīng)用需要以真實(shí)的情境作為載體，在應(yīng)用中得以提升，體現(xiàn)化學(xué)的學(xué)科價(jià)值。

在滬教版化學(xué)九年級上冊第2章“身邊的化學(xué)物質(zhì)”中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了氧氣、二氧化碳和水相關(guān)物質(zhì)的內(nèi)容，對單一物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、用途和制法有了一定認(rèn)識。在第3章“構(gòu)成物質(zhì)的微粒”中也學(xué)習(xí)了原子的結(jié)構(gòu)。這為分析金屬為什么具有共性與差異性奠定了基礎(chǔ)。金屬這一類物質(zhì)的性質(zhì)需要從宏觀與微觀上來理解與掌握。［4］

“制作金屬蝕刻畫”項(xiàng)目選自滬教版化學(xué)九年級上冊第5章“金屬的冶煉與利用”，與金屬性質(zhì)緊密關(guān)聯(lián)，學(xué)生興趣濃厚。本文以“制作金屬蝕刻畫”為具體任務(wù)，從復(fù)雜的具體應(yīng)用中抽提出化學(xué)問題，學(xué)生利用化學(xué)知識、思路與方法解決實(shí)際問題。

二、教學(xué)目標(biāo)

本復(fù)習(xí)課的教學(xué)目標(biāo)具體如下。

（1） 通過對金屬蝕刻流程中的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的分析，復(fù)習(xí)金屬的物理化學(xué)性質(zhì)，總結(jié)影響反應(yīng)速率的因素。

（2）通過親自動手制作一幅蝕刻作品，發(fā)展分析、歸納、合作、實(shí)踐及創(chuàng)新等能力，提煉運(yùn)用物質(zhì)的性質(zhì)解決實(shí)際問題的一般思路和方法，形成合理利用化學(xué)物質(zhì)的意識和可持續(xù)發(fā)展的觀念。

（3）深化化學(xué)基本觀念，如物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途以及性質(zhì)與變化之間的共性與差異性間的關(guān)系等觀念，建構(gòu)金屬章節(jié)化學(xué)觀念。

三、教學(xué)流程

筆者結(jié)合教學(xué)背景和教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了“選擇金屬底板與腐蝕液”“制作金屬蝕刻畫”“展示成果”和“提煉總結(jié)”四個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，并據(jù)此展開教學(xué)，具體教學(xué)流程如表1所示。

四、教學(xué)實(shí)錄

1. 選擇金屬底板與腐蝕液

［教師］腐蝕會造成金屬資源的浪費(fèi)，但腐蝕也有神奇的一面，比如金屬蝕刻。什么是金屬蝕刻？

［學(xué)生］將字或者畫刻在金屬表面。利用化學(xué)溶液與金屬表面作用，形成好看的紋路。

［教師］利用金屬蝕刻我們可以做什么？

［學(xué)生］可以做版畫，也可以做金屬銘牌。

［教師］金屬蝕刻有很多用途，可以做工藝品與印刷電路板。為什么選擇金屬作為蝕刻的底板，利用了金屬的哪些性質(zhì)？

［學(xué)生］利用了金屬的硬度大及金屬光澤等性質(zhì)。

［教師］金屬還有良好的延展性、優(yōu)良的導(dǎo)熱導(dǎo)電性，這些都是金屬的物理性質(zhì)，所以物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途。如果你是蝕刻師，你會如何選擇金屬底板以滿足實(shí)際需求？

［學(xué)生］在選擇金屬底板時(shí)，需要考慮金屬的共性與差異性。

［教師］如果我們有鋁、鐵、銅這三種金屬底板，根據(jù)提供的試劑：稀鹽酸、硫酸銅、硝酸銀，你會選擇什么腐蝕溶液來進(jìn)行蝕刻？

［學(xué)生］對于鋁板和鐵板，稀鹽酸、硫酸銅、硝酸銀都可以，對于銅板則只能選擇硝酸銀。它們可以反應(yīng)，可以用于蝕刻。

［教師］思考一下銅為什么不能選擇稀鹽酸？

［學(xué)生］因?yàn)殂~是排在氫后的不活潑金屬。

［教師］選擇腐蝕液考慮的是金屬活動性順序，這是我們選擇腐蝕液的重要依據(jù)。

2. 制作金屬蝕刻畫

［教師］我們已經(jīng)選擇好了金屬底板與腐蝕液，下一步就是蝕刻了，蝕刻前是否需要打磨，為什么？

［學(xué)生］需要打磨，因?yàn)樵诔叵落X容易跟氧氣反應(yīng)，生成致密而結(jié)實(shí)的氧化鋁膜。

［教師］請書寫相關(guān)的化學(xué)方程式。

［學(xué)生活動］寫出化學(xué)方程式并核對。

［教師］那么其他兩種金屬底板是否容易生銹？

［學(xué)生］鐵也會生銹，鐵是與空氣中的氧氣和水共同作用而生銹。銅不太容易生銹。

［教師］為什么同樣都會生銹，鋁制品要比鐵制品耐用？

［學(xué)生］鐵銹是疏松多孔的，空氣中的氧氣、水不斷進(jìn)入孔隙，從而銹蝕加重。

［教師］同樣是生銹卻出現(xiàn)了不同的結(jié)果，這又體現(xiàn)了金屬的差異性。在制作蝕刻畫前，有必要對不需要蝕刻的部分做簡單保護(hù)，今天我們使用保護(hù)膜進(jìn)行保護(hù)。

［學(xué)生活動］以小組為單位，根據(jù)提供的試劑（稀鹽酸、硫酸銅、硝酸銀），只選擇一種腐蝕液和一種金屬底板進(jìn)行蝕刻。小組代表展示成果并說明選擇金屬底板和腐蝕液的原因。

3. 展示成果

［學(xué)生］選擇鐵板作為底板，使用硫酸銅進(jìn)行蝕刻，發(fā)現(xiàn)成品很漂亮。鋁板則比較難蝕刻。

［教師］梳理上面兩個(gè)環(huán)節(jié)，我們運(yùn)用了金屬的哪些化學(xué)性質(zhì)？可以與哪些物質(zhì)反應(yīng)？

［學(xué)生］金屬可以跟氧氣、酸、金屬化合物溶液發(fā)生反應(yīng)。

［教師］金屬可以與這三類物質(zhì)反應(yīng)，這是金屬的共性，但是在反應(yīng)時(shí)反應(yīng)條件、反應(yīng)劇烈程度各不相同，體現(xiàn)了金屬的差異性，具體表現(xiàn)在金屬活動性順序上。宏觀看現(xiàn)象，微觀看本質(zhì)，你如何從微觀角度來分析為什么金屬既具有共性，又具有差異性？通過提供的幾種常見金屬的原子結(jié)構(gòu)示意圖分析。

［學(xué)生］它們的最外層電子數(shù)都小于4，容易失去外層電子，表現(xiàn)出共性。而失電子能力又不同，表現(xiàn)出差異性。

［教師］通過分析原子結(jié)構(gòu)及其得失電子情況，就可以理解，為什么金屬既具有共性又具有差異性。

4. 提煉總結(jié)

［教師］其實(shí)我們發(fā)現(xiàn)，剛才的蝕刻過程緩慢，在不更換蝕刻液種類的前提下，我們可以采取什么方法提高蝕刻的效率？

［教師活動］展示資料：①蝕刻劑使用熱水溶解效率更高；②鋁使用稀鹽酸蝕刻的過程圖。

［學(xué)生］使用熱水溶解蝕刻劑與及時(shí)更換腐蝕液可以加快蝕刻效率。

［教師］提高蝕刻溫度可以提高蝕刻效率，從而提高反應(yīng)效率。在蝕刻過程中，鋁會與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氯化鋁，同時(shí)稀鹽酸濃度也在降低，導(dǎo)致蝕刻效率減慢，因此更換蝕刻液的原理是提高溶液濃度，從而提高反應(yīng)效率。請小組用氯化鐵溶液蝕刻銅板，并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

［學(xué)生］采用氯化鐵溶液蝕刻銅板，比采用硝酸銀蝕刻效率更高，而且不會產(chǎn)生固體析出的現(xiàn)象。

［教師］硝酸銀相對來說成本高，利用氯化鐵蝕刻具有成本低和蝕刻效率高、易于操作等特點(diǎn)，可用于制作印刷電路板。在電子設(shè)備普及的時(shí)代，印刷電路板是不可或缺的元件。

［教師活動］播放視頻：印刷電路板的生產(chǎn)過程。

［教師］印刷電路板制作過程中采用氯化鐵溶液蝕刻銅板，廢液中一定含有什么物質(zhì)？

［學(xué)生］FeCl2和CuCl2。

［教師］如果將廢液直接排放，不僅浪費(fèi)金屬資源，也會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。如何回收金屬銅？

［學(xué)生］加鐵。

［教師］加鐵粉還是鐵塊？為什么？

［學(xué)生］加入鐵粉。可以增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)更快更充分。

［教師］加入過量鐵粉還能發(fā)生以下反應(yīng)：2FeCl3＋Fe3FeCl2。經(jīng)過濾得到濾渣和濾液，濾液中含有FeCl2，那濾渣的成分是什么？

［學(xué)生］鐵粉和析出的銅。

［教師］如何進(jìn)一步用化學(xué)方法分離鐵和銅？

［學(xué)生］加入足量的稀鹽酸，過濾。

［教師］這樣我們就獲得了銅，如果將兩部分濾液經(jīng)過氯氣的氧化作用，可以得到腐蝕液氯化鐵，從而實(shí)現(xiàn)了原料的循環(huán)使用。銅的回收以及氯化鐵的循環(huán)使用，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的思想。此外，通過硝酸銀煉得銀，通過硫酸銅煉得銅，腐蝕帶給我們的印象是金屬資源的浪費(fèi)，但是通過金屬蝕刻，可以得到精美的版畫與精細(xì)的印刷電路板，希望今后大家都可以理性辯證地看待問題。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課利用“制作金屬蝕刻畫”為主線進(jìn)行項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，學(xué)生體會了制作金屬蝕刻畫的過程，從選底板、選蝕刻溶液、打磨到制作，最后提煉總結(jié)金屬的物理化學(xué)性質(zhì)，感受金屬蝕刻的重要應(yīng)用，同時(shí)體會化學(xué)的魅力。

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是指向?qū)W科核心素養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)，“制作金屬蝕刻畫”貼近學(xué)生認(rèn)知、符合學(xué)生興趣。本文充分利用 “金屬蝕刻”這一真實(shí)情境，讓學(xué)生在交流探討、實(shí)驗(yàn)探究中完成任務(wù)，復(fù)習(xí)金屬及其性質(zhì)，采用項(xiàng)目化學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行多視角、有深度的思考，從而促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022．

［2］符愛琴.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)：初中化學(xué)學(xué)習(xí)方式的變革［M］.沈陽：遼寧大學(xué)出版社，2021．

［3］劉春鳳，羅麗.“金屬和金屬材料”單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐與思考［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2021（11）：18-20.

［4］張亞林，潘紅.大概念視域下的金屬及其性質(zhì)單元整體教學(xué)實(shí)踐［J］.化學(xué)教育（中英文），2023（15）：71-78．

*基金項(xiàng)目：本文系江蘇省教學(xué)科學(xué)規(guī)劃“十三五”重點(diǎn)資助課題“指向關(guān)鍵能力的初中化學(xué)創(chuàng)意課程研究”（E-a/2020/05）的階段性研究成果。