基于發(fā)展化學(xué)思維的“金屬活動(dòng)性”教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：新課標(biāo)要求提升學(xué)生分析解決綜合性問題的能力，提升學(xué)科思維，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng).文章以金屬活動(dòng)性的認(rèn)識(shí)、建構(gòu)和應(yīng)用作為發(fā)展學(xué)生化學(xué)思維的載體，設(shè)計(jì)了幾個(gè)彼此串聯(lián)的教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)基于金屬活動(dòng)性的置換反應(yīng)進(jìn)行深入理解.在完成章節(jié)知識(shí)傳授的基礎(chǔ)上，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科思維形成.

關(guān)鍵詞：化學(xué)思維；金屬；金屬活動(dòng)性；初中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）23-0142-03

收稿日期：2023-05-15

作者簡介：陳丹丹（1991.3-），女，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，從事初中化學(xué)教學(xué)研究.

2022年新課標(biāo)明確提出要發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維.科學(xué)思維主要包括：在解決化學(xué)問題中所運(yùn)用的比較、分類、分析、綜合、歸納等科學(xué)方法，基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測物質(zhì)及其變化的思維能力，在解決與化學(xué)相關(guān)的真實(shí)問題中形成的質(zhì)疑能力、批判能力和創(chuàng)新意識(shí)^［1］.

所以筆者認(rèn)為，初三教師應(yīng)重新專研課標(biāo)，立足學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)，研讀教材，設(shè)計(jì)“認(rèn)識(shí)-建構(gòu)-應(yīng)用”三重角度，使學(xué)生從不同層次認(rèn)識(shí)化學(xué)變化、理解化學(xué)變化、感悟反應(yīng)規(guī)律，為以后的化學(xué)學(xué)習(xí)奠定思維基礎(chǔ).因此，筆者從自身教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，以“金屬活動(dòng)性”教學(xué)為例，探索在初中階段基于化學(xué)學(xué)科思維發(fā)展的初三化學(xué)教學(xué).

1 教材分析與教學(xué)思路

“金屬活動(dòng)性順序表”是滬教版九年級(jí)第五章第一節(jié)《金屬的化學(xué)性質(zhì)》中的內(nèi)容，學(xué)生通過一系列置換反應(yīng)對(duì)金屬活動(dòng)性順序進(jìn)行初步認(rèn)識(shí).如何引導(dǎo)學(xué)生從金屬和酸以及鐵和硫酸銅溶液的反應(yīng)中充分認(rèn)識(shí)置換反應(yīng)的規(guī)律，對(duì)于初中生具有一定的難度.

教材對(duì)于本知識(shí)點(diǎn)的設(shè)計(jì)為：通過鎂、鋅、鐵、銅與稀酸反應(yīng)，得出四種金屬的活動(dòng)性順序，歸納這幾個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式的共性總結(jié)出置換反應(yīng)的概念，然后利用鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)，深化對(duì)置換反應(yīng)的認(rèn)識(shí)^［2］.

“最近發(fā)展區(qū)理論”認(rèn)為，教師應(yīng)了解學(xué)生所處的發(fā)展階段以及他們要解決的問題，幫助學(xué)生彌補(bǔ)實(shí)際發(fā)展水平和潛在發(fā)展水平之間的鴻溝，才能使教學(xué)超前于發(fā)展并引導(dǎo)發(fā)展^［3］.目前學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有著超強(qiáng)的好奇心和想象力，并知道通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來解釋和證明結(jié)論，可以根據(jù)教師的引導(dǎo)得出合理的知識(shí)的建構(gòu).

針對(duì)上述基礎(chǔ)，筆者將金屬與酸或鹽溶液的反應(yīng)進(jìn)行邏輯串聯(lián).首先，以鐵粉和硫酸銅溶液的反應(yīng)引發(fā)思考：鐵為什么能和硫酸銅反應(yīng)？其次，根據(jù)化學(xué)史實(shí)，認(rèn)識(shí)到部分金屬會(huì)與酸發(fā)生反應(yīng).引出新問題：所有金屬都可以和酸反應(yīng)嗎？通過學(xué)生設(shè)計(jì)并探究四種金屬與酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，形成金屬活動(dòng)性知識(shí)的思維雛形.在此認(rèn)知基礎(chǔ)上，探究鎂、鋅、銅分別和硫酸銅溶液的反應(yīng)，使學(xué)生分析歸納得出金屬與鹽溶液的反應(yīng)原理.再回顧金屬和稀酸的反應(yīng)，猜測氫在金屬活動(dòng)性順序中的位置，全面完成對(duì)基于金屬活動(dòng)性的置換反應(yīng)知識(shí)內(nèi)容的建構(gòu).然后通過金屬活動(dòng)性的原理，使學(xué)生能預(yù)測某些反應(yīng)是否可以發(fā)生.進(jìn)而向?qū)W生展示科學(xué)家基于金屬活動(dòng)性置換反應(yīng)的規(guī)律經(jīng)過長期摸索，提出的金屬活動(dòng)性順序表.最后探究一種未知純金屬的成分，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用本節(jié)課金屬活動(dòng)性的知識(shí)，結(jié)合根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算的內(nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)該金屬的成分進(jìn)行探究，初步培養(yǎng)學(xué)生從定性和定量兩方面對(duì)物質(zhì)組成進(jìn)行研究的思維能力.

2 教學(xué)過程

2.1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)，激起興趣

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］在小燒杯中加入少量鐵粉，再倒入少量稀硫酸銅溶液，輕輕晃動(dòng)燒杯使兩者充分反應(yīng)，片刻后，觀察現(xiàn)象.（稍過量的鐵粉和硫酸銅反應(yīng)比較快速且容易觀察到硫酸亞鐵溶液的淺綠色）

設(shè)計(jì)意圖：以學(xué)生實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入，活躍課堂氣氛，提出問題.

2.2 回顧歷史，引發(fā)思考

［教師］此實(shí)驗(yàn)早在2 000多年前中國古代西漢時(shí)期的《淮南萬畢數(shù)》中便有記載.這是我國古代人民多次探索而知的反應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并不了解反應(yīng)的原理.今天讓我們追隨著科學(xué)家的腳步，來解開這個(gè)奧秘.

設(shè)計(jì)意圖：以濕法煉銅的史實(shí)，增強(qiáng)文化自信.同時(shí)，引發(fā)學(xué)生對(duì)此反應(yīng)原理的思考.

2.3 化學(xué)史話，模型初建

［PPT］1625年，化學(xué)家意外發(fā)現(xiàn)金屬在酸中會(huì)“消失”.

［演示實(shí)驗(yàn)］歷史重現(xiàn)：鎂條和稀鹽酸的反應(yīng).

［教師］產(chǎn)生的是什么氣體？

［學(xué)生］……（引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變的理論進(jìn)行合理猜測.）

［教師］其實(shí)對(duì)于這種氣體到底是什么，科學(xué)家經(jīng)過了漫長的探索.

［PPT］展示卡文迪許和拉瓦錫對(duì)金屬和酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的探索歷程.

［教師］科學(xué)是不斷發(fā)展的，當(dāng)前的認(rèn)識(shí)不一定是終極真理，但科學(xué)家為探求真理而勇于對(duì)權(quán)威質(zhì)疑的精神和不懈努力值得我們敬畏和學(xué)習(xí).回到我們的探索之旅，卡文迪許用了六種金屬和酸反應(yīng)，說明還有其他金屬可以和稀鹽酸反應(yīng)，是不是所有金屬都可以和酸反應(yīng)呢？如果可以反應(yīng)，各種金屬與酸反應(yīng)的速率是一樣快的嗎？

［小組討論］如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較不同金屬與酸反應(yīng)速率的快慢？

［小組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案分享］……（體現(xiàn)控制變量法，教師進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)）

［小組實(shí)驗(yàn)］四種金屬分別與稀鹽酸或稀硫酸的反應(yīng).

［學(xué)生］總結(jié)現(xiàn)象，書寫化學(xué)方程式，根據(jù)化學(xué)方程式歸納置換反應(yīng)的定義，通過與酸反應(yīng)的劇烈程度分析得出四種金屬活動(dòng)性的順序：鎂>鋅>鐵>銅.

設(shè)計(jì)意圖：（1）通過金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體的猜測和探究，加強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)元素守恒觀念，培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角研究物質(zhì)及其變化規(guī)律；（2）通過金屬與酸反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)歷程，提出科學(xué)是不斷在批判中繼承的，促進(jìn)學(xué)生質(zhì)疑能力、批判能力的培養(yǎng)；（3）通過設(shè)計(jì)金屬和酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，滲透控制變量法的思維，增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生與他人分工協(xié)作、溝通交流、合作解決問題的能力，使學(xué)生能初步運(yùn)用比較、分析、歸納等方法認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化，形成一定的證據(jù)推理能力；（4）通過金屬和酸的反應(yīng)，初步得出四種金屬的活動(dòng)性順序的知識(shí)建構(gòu)，為解釋鐵和硫酸銅的反應(yīng)奠定理論基礎(chǔ).

2.4 總結(jié)歸納，概念深化

［教師］本節(jié)課開始時(shí)我們發(fā)現(xiàn)鐵可以將銅從溶液中換出來.其他金屬也可以將銅換出來嗎？請(qǐng)大家利用所給的金屬和硫酸銅溶液進(jìn)行探究.

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］鎂片、鋅片、銅片分別與硫酸銅溶液反應(yīng).

［教師］請(qǐng)大家結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及PPT給出的鎂、鋅和硫酸亞鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式，聯(lián)系剛剛所學(xué)的金屬活動(dòng)性順序：鎂>鋅>鐵>銅，猜測金屬能與某些含有另一種金屬元素的化合物溶液進(jìn)行反應(yīng)的原理可能是什么？

［學(xué)生］金屬活動(dòng)性強(qiáng)的金屬可以將金屬活動(dòng)性弱的金屬從它的化合物溶液中置換出來.

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］鋁片、銀片分別與硫酸銅溶液反應(yīng)，觀察現(xiàn)象.

［教師］根據(jù)原理，鋁、銅、銀的金屬活動(dòng)性順序怎么排？

［學(xué)生］銅的金屬活動(dòng)性比鋁弱，比銀強(qiáng).

［教師］回顧金屬與酸的反應(yīng)，鎂、鋅、鐵都能將酸溶液中的氫置換出來，而銅不行.氫有類似金屬的性質(zhì)，若將氫插入四種金屬（鎂、鋅、鐵、銅）的金屬活動(dòng)性順序中進(jìn)行排序，應(yīng)該在什么位置？

［學(xué)生］氫排在鐵之后，銅之前.

［教師］非常好，通過能否將另一種金屬從它的化合物溶液中置換出來的方法，我們可以將各種金屬的活動(dòng)性進(jìn)行排列，Mg Zn Fe（H） Cu，而科學(xué)家經(jīng)過這樣類似的一系列實(shí)驗(yàn)，得出了金屬活動(dòng)性順序表.

［PPT］展示金屬活動(dòng)性順序表.

設(shè)計(jì)意圖：通過分析比較一系列置換反應(yīng)，使學(xué)生自己提煉出基于金屬活動(dòng)性的置換反應(yīng)的原理，深化學(xué)生對(duì)此類置換反應(yīng)的認(rèn)識(shí).再基于對(duì)置換反應(yīng)的新認(rèn)識(shí)，再次分析金屬和酸的反應(yīng)，明確氫的位置，讓學(xué)生對(duì)常見金屬活動(dòng)性順序表內(nèi)容進(jìn)一步建構(gòu).在學(xué)生總結(jié)金屬活動(dòng)性順序的過程中，培養(yǎng)基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測物質(zhì)及其變化的思維能力.

2.5 觸類旁通，靈活運(yùn)用

［設(shè)問］鋁、錫、金、銀是否能與稀酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣？

［學(xué)生討論］討論出判斷能否與酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，需要將金屬的活動(dòng)性與氫比較.

［總結(jié)］如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較銅和銀的金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱？

［學(xué)生］用銅和含有銀的化合物溶液或銀和硫酸銅溶液反應(yīng).

［學(xué)生討論］得出金屬與酸或與金屬化合物溶液反應(yīng)的原理均為金屬活動(dòng)性強(qiáng)的金屬將金屬活動(dòng)性弱的金屬（或氫）置換.

［教師總結(jié)］金屬活動(dòng)性順序可以幫助我們判斷一些反應(yīng)能不能發(fā)生.

［拓展提高］大家桌上的表面皿中各有幾小片未知純金屬，請(qǐng)大家利用桌上的藥品，對(duì)該金屬進(jìn)行探究，推測該金屬可能是什么？

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］將該金屬分別與稀鹽酸、硫酸銅等物質(zhì)反應(yīng)，并利用控制變量法對(duì)比該金屬與其他金屬和酸反應(yīng)的速率.

［學(xué)生討論］該金屬活動(dòng)性比什么金屬弱，比什么金屬強(qiáng).

［拓展提高］我們初中所學(xué)的金屬活動(dòng)性順序表并沒有將所有的金屬進(jìn)行排列，還有很多金屬并不在這個(gè)表里，如何進(jìn)一步對(duì)該純金屬成分進(jìn)行確認(rèn)？我們可以通過計(jì)算的方式.已知該金屬與酸反應(yīng)后在溶液中顯+2價(jià)，2.4 g該金屬與酸充分反應(yīng)生成0.1 g氫氣，請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算它的相對(duì)原子質(zhì)量，并根據(jù)相對(duì)原子質(zhì)量翻閱教材后面的元素周期表中相對(duì)原子質(zhì)量的數(shù)據(jù)，大致確認(rèn)該純金屬是什么.

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)歸納得出的反應(yīng)原理以及金屬活動(dòng)性順序表，設(shè)計(jì)一系列問題，使學(xué)生能夠運(yùn)用金屬活動(dòng)性順序表解答問題.通過對(duì)未知金屬的探究，深入了解金屬活動(dòng)性的應(yīng)用，并聯(lián)系上一章利用化學(xué)方程式計(jì)算內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)串聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)未知物質(zhì)進(jìn)行定性到定量研究的思維模式.

3 教學(xué)反思

本教學(xué)內(nèi)容采用問題驅(qū)動(dòng)模式，在置換反應(yīng)原理的探究學(xué)習(xí)過程中，問題或情節(jié)環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生自主通過實(shí)驗(yàn)獲得新知識(shí)，完成對(duì)金屬活動(dòng)性知識(shí)的建構(gòu)并將其進(jìn)行靈活運(yùn)用.整個(gè)過程學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用都得到充分的體現(xiàn)，圍繞金屬活動(dòng)性的應(yīng)用促進(jìn)學(xué)生多角度分析和解決問題，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)對(duì)化學(xué)變化的結(jié)構(gòu)化認(rèn)識(shí)，形成認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的思路與方法，并發(fā)展對(duì)化學(xué)變化的定量認(rèn)識(shí)和推理能力，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科思維的形成.由于金屬活動(dòng)性教學(xué)是金屬的化學(xué)性質(zhì)這節(jié)課中的一個(gè)片段，囿于課堂時(shí)間限制，無法對(duì)個(gè)別問題進(jìn)行充分討論，并做一定量的練習(xí)加以鞏固，因此不夠圓滿.

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)［M］.北京：人民教育出版社，2022：6.

［2］ 王祖浩.化學(xué)教師教學(xué)指導(dǎo)書［M］.上海：上海教育出版社，2012：116.

［3］ 汪偉，趙春暉.維果斯基“最近發(fā)展區(qū)”理論對(duì)化學(xué)教學(xué)的啟示［J］.通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，32（10）：66-68.

［責(zé)任編輯：季春陽］