指向化學學科理解，構(gòu)建品質(zhì)思維課堂

蔡冰 陳祖云 陳明晚

摘 要：文章以“鋁和鋁合金”教學為例，選擇利樂包作為真實的情境素材，將學科知識融入任務(wù)鏈，使學生在任務(wù)的層層遞進過程中獲得知識和技能;將實驗嵌入任務(wù)鏈，使學生在一個個實驗節(jié)點上激發(fā)科學探究的興趣;探索指向化學學科理解的課堂，構(gòu)建具有定量分析與證據(jù)推理、科學預(yù)測與實驗驗證、微觀探析與科學精神等學科思維和素養(yǎng)的品質(zhì)思維課堂。

關(guān)鍵詞：“鋁和鋁合金”;化學學科理解;品質(zhì)思維課堂

課題項目：本文系湖南省教育科學研究工作者協(xié)會“十四五”規(guī)劃2021年度基礎(chǔ)教育一般課題“基于STEAM理念的高中化學校本課程的研究”（XJKX21B265）的階段性研究成果。

作者簡介：蔡冰（1987.7—），男，浙江省義烏市上溪中學，一級教師，本科，研究方向：化學教學、基礎(chǔ)教育;

陳祖云（1966.7—），男，湖南省茶陵縣第一中學，正高級教師，本科，特級教師，研究方向：化學教學、基礎(chǔ)教育;

陳明晚（1976.1—），男，湖南省株洲市南方中學，高級教師，本科，研究方向：化學教學、基礎(chǔ)教育。

一、教學分析

《普通高中化學課程標準（2017年版，2020年修訂）》對“鉛和鋁合金”課的教學要求是：結(jié)合生活中的例子認識鋁及其氧化物，了解到通過化學反應(yīng)可以探究鋁的性質(zhì)、實現(xiàn)鋁的轉(zhuǎn)化，認識到鋁及其化合物的轉(zhuǎn)化在促進社會文明進步、綜合利用自然資源和環(huán)境保護中所具有的重要價值。其中，鋁可以和酸、堿反應(yīng)的特性，氧化鋁的兩性，鋁合金的性能與應(yīng)用等知識點是本課的教學重難點。在知識儲備方面，學生在初中階段學習了常見金屬的性質(zhì)與用途，在高中階段學習了氧化還原反應(yīng)，這為鋁及其氧化物的學習做了鋪墊。在科學探究方面，經(jīng)過鐵及其化合物、氯及其化合物的性質(zhì)探究實驗學習，學生已經(jīng)初步掌握了觀察與歸納、設(shè)計與驗證、分析與推理等學科關(guān)鍵技能。在學習體驗方面，學生對化學實驗有濃厚的興趣，樂于研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化的奧秘。但是由于學習氧化還原反應(yīng)理論的時間尚短，學生還不能熟練地運用該理論從價態(tài)角度分析鋁的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，并且實驗設(shè)計能力也迫切需要提升。因此，本課在教學過程中有意識地借助生活中熟悉的利樂包（牛奶包裝）創(chuàng)設(shè)問題情境，設(shè)計了一系列有梯度的任務(wù)鏈，讓學生在實驗中發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計實驗方案并嘗試解決實際問題。

二、設(shè)計思路

我?；瘜W教師在教學實踐中非常重視情境的選擇和創(chuàng)設(shè)，注重將學科知識融入任務(wù)鏈，使學生在任務(wù)的層層遞進過程中獲得知識和技能，從而實現(xiàn)學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與發(fā)展。經(jīng)過不斷的探索和研究，我們提出：情境是承載學科知識的平臺，任務(wù)鏈是內(nèi)生學科能力的動力，實驗是撬動學科思維的支點。在市教研員和專家們的指導下，我們總結(jié)和提煉出指向?qū)W科理解的品質(zhì)思維課堂模式，如圖1所示。

在教學設(shè)計上，本課選擇利樂包作為情境素材，設(shè)置了利樂包這一牛奶包裝表面為什么需要加塑料薄膜、牛奶盒回收工藝、鋁合金的性能和應(yīng)用等真實情境，采用一系列有梯度的任務(wù)鏈驅(qū)動學生去學習和思考。在教學過程中，教師引導學生結(jié)合金屬及其氧化物與酸的反應(yīng)分析利樂包與酸溶液的反應(yīng)，并啟發(fā)學生從氧化還原反應(yīng)的角度推測鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是氫氣，使學生更加系統(tǒng)地認識鋁及其化合物，進一步完善學習元素及其化合物的基本思路。本課重點關(guān)注科學精神的啟發(fā)和社會責任的培養(yǎng)，使學生認識到鋁及其轉(zhuǎn)化在綜合利用自然資源和保護環(huán)境過程中所具有的重要價值，體會到科學、技術(shù)、社會三者之間的關(guān)系。

三、教學過程

新課引入：播放利樂公司在上海世博會期間的宣傳片“椅我為榮”。

教師：利樂公司利用回收的牛奶紙包制作了環(huán)保長椅，說明垃圾只是放錯地方的資源，還說明利樂包中含有金屬鋁。除了鋁，利樂包中還有什么材料呢？請同學們撕開牛奶盒子，研究利樂包的組成材料。

學生：利樂包共有三層材料，分別是紙、鋁箔、塑料薄膜。

教師：鋁箔說明鋁具有什么物理性質(zhì)？

學生：說明該金屬有良好的延展性。

教師：氧化膜能保護內(nèi)層金屬，防止鋁溶解，那么利樂包中的鋁箔為什么還需要覆蓋一層塑料薄膜呢？與牛奶的化學性質(zhì)有何關(guān)系呢？接下來，我們一起學習鋁和鋁合金，并利用學到的新知識解答剛才的問題。

設(shè)計意圖：在品質(zhì)思維課堂中，情境的選擇和設(shè)計至關(guān)重要。本課的情境主角是利樂包，筆者將利樂包作為承載鋁和鋁合金學科知識的平臺，有利于激發(fā)學生探索鋁及其化合物的興趣。

（一）鋁片和鹽酸的反應(yīng)

學習任務(wù)一：研究牛奶的性質(zhì)。

投影：常見液體的pH值。

學生：牛奶的pH值小于7，呈弱酸性。增加一層塑料薄膜可以防止鋁被酸溶解，從而避免對人體產(chǎn)生有害影響。

教師：請同學們寫出鋁和鹽酸反應(yīng)的化學方程式，并改寫為離子方程式。

追問：鋁箔在和牛奶接觸的過程中，只有鋁單質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)嗎？

投影：人教版化學必修第一冊，第76頁?！颁X是一種活潑金屬，在常溫下就能與空氣中的氧氣反應(yīng)，表面生成一層致密的氧化膜?！?/p>

教師：除了鋁單質(zhì)，氧化鋁能和酸反應(yīng)嗎？請同學們結(jié)合初中學過的金屬氧化物與酸的反應(yīng)，試著寫出該反應(yīng)的化學方程式與離子方程式。

學生：思考，完成兩個方程式的書寫。

設(shè)計意圖：從利樂包表面的塑料薄膜和牛奶呈弱酸性出發(fā)，本課引導學生回顧初中所學的知識，分別寫出鋁、氧化鋁和酸反應(yīng)的化學方程式，為下面的實驗設(shè)計和實驗驗證做好鋪墊。離子方程式的書寫，使學生能從微觀視角認識鋁、氧化鋁分別和鹽酸中的氫離子反應(yīng)，促進了學生的化學學科理解。本課引導學生利用所學知識解答“利樂包的內(nèi)層為什么要再加一層塑料薄膜”，既能培養(yǎng)學生在新情境下解決問題的能力，又能加深學生對金屬及其氧化物與酸反應(yīng)的理解。

過渡：我們能否通過實驗驗證我們剛才的預(yù)測？

學習任務(wù)二：實驗探究鋁片和鹽酸的反應(yīng)。

學生：通過微型實驗裝置，分小組合作完成鋁片和鹽酸反應(yīng)的實驗，記錄實驗現(xiàn)象，并用燒杯內(nèi)壁的水珠驗證產(chǎn)生的氣體是氫氣。

設(shè)計意圖：本任務(wù)使學生初步有序、全面、敏捷地觀察實驗現(xiàn)象，讓學生能使用準確的描述語言進行表達，并嘗試用學過的知識去分析和解釋。完成學習任務(wù)二的全程，既是一個微型實驗探究的過程，又是學生嘗試用化學學科思維去理解鋁片和鹽酸反應(yīng)的過程。

（二）鋁片和堿的反應(yīng)

學習任務(wù)三：實驗驗證利樂包和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)。

過渡：在回收牛奶盒子的過程中，我們除了采用酸溶法將其中的鋁溶解掉，還可以使用堿溶法。

投影：堿溶法工藝流程圖。

學生：寫出氧化鋁和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)方程式。

設(shè)計意圖：通過堿溶法回收鋁的工藝流程圖使學生基于實驗事實認識到氧化鋁既能與酸反應(yīng)，還能與堿反應(yīng)，并能知道氧化鋁在堿性條件下反應(yīng)的產(chǎn)物是偏鋁酸鈉。在物質(zhì)轉(zhuǎn)化的沖突和思考中，學生通過深層次的思考，在心里生出兩性氧化物概念，初步學會用化學學科思維理解有關(guān)元素的化學學科知識。

學生：分小組合作探究實驗，將小塊利樂包放入氫氧化鈉溶液，觀察實驗現(xiàn)象。

教師：為什么剛開始沒有產(chǎn)生氣泡，一段時間后產(chǎn)生大量氣泡？

學生：（小組討論后，回答）剛開始氫氧化鈉溶液溶解氧化鋁薄膜，待溶解后，氫氧化鈉和鋁單質(zhì)反應(yīng)。

追問：利樂包中的鋁單質(zhì)在氫氧化鈉溶液中產(chǎn)生的氣體是什么？如何通過實驗證明？

設(shè)計意圖：利樂包和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的小組實驗，既證明了氧化鋁能與堿反應(yīng)，又能引出新的問題“鋁單質(zhì)和堿反應(yīng)生成的氣體是什么”。同時，教學過程中采用追問和評價等教學策略拓展了學生科學探究的思路，進而嘗試使用新的儀器探究鋁和堿的反應(yīng)，進一步培養(yǎng)了學生的探究能力和科學素養(yǎng)。

學習任務(wù)四：用手持數(shù)字化檢測儀器觀察未打磨過的鋁片在氫氧化鈉溶液中的反應(yīng)。

教師：教師演示數(shù)字化儀器探測鋁和堿反應(yīng)的實驗（將小塊未打磨過的鋁片放入氫氧化鈉溶液中），并引導觀察屏幕上的曲線變化。

學生：隨著時間的移動，表示氫氣和溫度的曲線分別先平緩，后快速突變，向上增大。

教師：儀器檢測到溫度曲線剛開始比較平緩，說明了什么？

學生：結(jié)合氫氣曲線推斷氫氣沒有明顯產(chǎn)生，說明剛開始是氧化鋁和堿反應(yīng)，它不是明顯的放熱反應(yīng)。

追問：那為什么后面溫度上升呢？

學生：表面的氧化鋁溶解后，鋁單質(zhì)參與了反應(yīng)，鋁與堿反應(yīng)是較明顯的放熱反應(yīng)。

追問：鋁與堿反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是什么？

學生：鋁在氫氧化鈉溶液中反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是氫氣。

設(shè)計意圖：曲線的變化使學生認識到鋁能與堿反應(yīng)，進一步轉(zhuǎn)變物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀念，同時鍛煉了學生的發(fā)散思維。

（三）鋁合金及其應(yīng)用

過渡：回收利樂包中的鋁單質(zhì)除了做環(huán)保長椅外，還能做什么？

學習任務(wù)五：鋁合金的應(yīng)用。

投影：日常生活中的鋁合金物品、航空航天、海洋工程。

學生：總結(jié)分析鋁和鋁合金的成分、硬鋁的性能以及特種鋁合金的優(yōu)點。

四、教學反思

（一）情境創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)思維品質(zhì)

在品質(zhì)思維課堂上，教師不能把學科知識硬生生地塞進學生的大腦，而應(yīng)當在富有價值且真實的問題情境中完成學科知識的生成與發(fā)展，從而使單一的學科核心素養(yǎng)得到培養(yǎng)和發(fā)展。課堂知識所涉及的教學素材必須來源于學生的生活實際，否則，課堂教學只會降低學生的學習興趣，降低課堂教學的效率和有效性。

（二）任務(wù)鏈學習，構(gòu)建思維體系

按照建構(gòu)主義學習理論，任務(wù)鏈驅(qū)動的教學流程分為“創(chuàng)設(shè)情境—呈現(xiàn)任務(wù)1—引導探索、協(xié)作完成—呈現(xiàn)任務(wù)2—引導探索、協(xié)作完成—呈現(xiàn)任務(wù)3……總結(jié)評價”。任務(wù)驅(qū)動不應(yīng)只是用于課堂的某個環(huán)節(jié)，這樣不利于學生在深層次進行學習，更不利于培養(yǎng)學生的學科思維。筆者認為應(yīng)當基于學科理解進行課堂任務(wù)的設(shè)計，在課堂里構(gòu)建完整的任務(wù)鏈，驅(qū)動學生不斷地進行深層次學習，使學科思維在對真實問題情境對象的層層挖掘中得到激發(fā)和培養(yǎng)。

（三）數(shù)字化實驗，促進深度學習

筆者在研讀人教版化學必修第一冊的教學用書中發(fā)現(xiàn)了這么一段話：“在關(guān)于鋁和氧化鋁性質(zhì)的演示實驗教學時，可利用溫度傳感器和實驗視頻直播的方式……氣泡的速率和體系溫度的變化等宏觀現(xiàn)象的差異，引發(fā)對反應(yīng)本質(zhì)的深層次思考，實現(xiàn)深度學習?！睘榇耍P者設(shè)計了如圖2所示的實驗裝置。

在完成鋁片和鹽酸、氫氧化鈉溶液的定性實驗后，筆者又引入數(shù)字化實驗儀器進行改進，幫助學生定量分析體系溫度的變化和檢測到的氫氣及其變化，使學生更加深入地理解特殊金屬鋁和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，拓展了新的物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀念。同時該實驗又能幫助學生從定量分析的角度去理解化學學科知識，培養(yǎng)了科學探究能力。

最后，筆者認為我們的探討和實踐仍存在一些不足之處。限于教育教學理論知識不足和水平有限，我們關(guān)于學科理解的研究僅限于教師從教學角度對學科知識的選擇、組織和呈現(xiàn)，即轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。因此，我們需要做的工作還有很多。

[參考文獻]

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]人民教育出版社課程教材研究所化學課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書·教師教學用書化學必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019.