基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)“常見金屬的性質(zhì)”的優(yōu)化設(shè)計(jì)

汪英　繆晨

研讀新課標(biāo)和新教材2012年滬教版新教材中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)4

的相關(guān)內(nèi)容后，發(fā)現(xiàn)教材中該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)存在一些問題，

針對(duì)這些問題，本文優(yōu)化設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)4

——“常見金屬的性質(zhì)”。設(shè)計(jì)后的實(shí)驗(yàn)通過了蘇州市區(qū)100多位初中化學(xué)老師的操作驗(yàn)證和研討，獲得肯定與好評(píng)。

一、原有實(shí)驗(yàn)方案的不足

（1）實(shí)驗(yàn)基本觀察點(diǎn)不明確，尤其是金屬與稀酸的反應(yīng)，由于學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)不足，觀察時(shí)會(huì)遺漏重要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。金屬與氧氣、金屬與稀酸反應(yīng)的重要方程式未要求學(xué)生寫出。

（2）鐵釘是生活中很常見的金屬，本實(shí)驗(yàn)中的常見金屬選用鐵釘合情合理。但未引導(dǎo)學(xué)生辨析鐵釘不是純鐵，而是鐵的合金，其硬度不代表純鐵的硬度，故易引起學(xué)生對(duì)純鐵硬度的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

未充分利用實(shí)驗(yàn)信息，適時(shí)提煉出合金仍具有金屬特性，讓學(xué)生對(duì)合金有個(gè)較清晰的認(rèn)識(shí)。

（3）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?要求學(xué)生初步理解金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱，但在金屬與稀酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)過程中，未引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)比劇烈程度歸納金屬的活動(dòng)性。

（4）由于鋁表面氧化膜的致密度、厚度、打磨深度及鋁形成氧化膜的速度等因素影響，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)即使打磨處理過的鋁與稀酸反應(yīng)的速度還是不及鋅。把鋁和鋅放在一起對(duì)比會(huì)造成學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為鋁的活動(dòng)性比鋅弱。

（5）同種金屬分別與等氫離子濃度的稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)速度的不同，未引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析。

（6）有氧化膜的金屬接觸稀酸后還是會(huì)冒氣泡的現(xiàn)象，未適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生捕捉并分析原因。

（7）金屬銹蝕條件的探究，需要幾天甚至一周時(shí)間，不可能在一節(jié)課內(nèi)得出結(jié)論。

二、實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)以上不足，本文優(yōu)化設(shè)計(jì)了“常見金屬的性質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)方案。

（1）把實(shí)驗(yàn)過程編制成表格。并在表格中明確“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”，便于學(xué)生操作；細(xì)化“基本觀察點(diǎn)”，引導(dǎo)學(xué)生較全面地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，重視化學(xué)反應(yīng)伴隨著熱量的變化，了解到金屬與酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)；增設(shè)“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”欄目，要求學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得出結(jié)論，并點(diǎn)明實(shí)驗(yàn)結(jié)論就是“基本知識(shí)點(diǎn)”（有反應(yīng)發(fā)生則要求學(xué)生書寫化學(xué)方程式）；增設(shè)“基本操作點(diǎn)”，便于學(xué)生把握操作要領(lǐng)。

側(cè)重基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)過程完成后，增加“實(shí)驗(yàn)探究點(diǎn)”，引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘現(xiàn)象本質(zhì)，辨析概念、開發(fā)思維。

（2）本想對(duì)比鐵釘與純鐵的硬度，但由于純鐵材料難以覓得，就改成了易得的黃銅片（實(shí)驗(yàn)用品上交代清楚是含銅合金）與紫銅片（實(shí)驗(yàn)用品上交代清楚是純銅）的硬度對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)探究中給予呼應(yīng)：分析日常生活中的鋁制品和銅制品與該實(shí)驗(yàn)中的鋁片和紫銅片在硬度上的差異原因，從而澄清硬度大的鐵釘是鐵的合金而不是純鐵，防止認(rèn)識(shí)偏差。并把合金與其組分金屬在熔點(diǎn)上的差異作為探究列出引發(fā)學(xué)生思考、設(shè)計(jì)，開拓學(xué)生的思維。

繼而在實(shí)驗(yàn)探究中請(qǐng)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析出合金具有金屬的特性。

（3）幾種金屬與同種酸反應(yīng)結(jié)束后，要求學(xué)生適時(shí)把金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱明確歸納在對(duì)應(yīng)的“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”欄目中。

滬教版教材中，金屬的性質(zhì)屬于第五章內(nèi)容，而到第七章學(xué)生才系統(tǒng)地學(xué)習(xí)酸、堿、鹽知識(shí)。故教材第五章內(nèi)容中，在學(xué)生通過與稀酸反應(yīng)感受到鐵的活動(dòng)性強(qiáng)于銅后，只是簡(jiǎn)介了鐵與硫酸銅溶液的反應(yīng)，并沒有歸納出活潑金屬置換鹽溶液中的不活潑金屬的規(guī)律性知識(shí)。考慮學(xué)生的知識(shí)起點(diǎn)和教材編排的用意，利用金屬與鹽溶液的置換反應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱不宜深化展開，只在實(shí)驗(yàn)探究中針對(duì)具體的鐵和銅供學(xué)生思考設(shè)計(jì)。

（4）為節(jié)約金屬樣品、節(jié)省時(shí)間，單面打磨的鎂條、鋁片、鋅片、紫銅片用于整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程中的觀察外觀、測(cè)導(dǎo)電性、試硬度、加熱；與酸反應(yīng)的金屬，都采用與前面實(shí)驗(yàn)完全一樣的小樣（不打磨），并在實(shí)驗(yàn)過程中注明所用金屬的出處。但由于鋁表面氧化膜的干擾，鋁與稀酸反應(yīng)的真實(shí)速度短時(shí)間內(nèi)無法呈現(xiàn)，故幾種金屬與同種稀酸對(duì)比反應(yīng)速度時(shí)把鋁抽出。

但鋁能與稀酸反應(yīng)的事實(shí)還是應(yīng)讓學(xué)生感受，綜合考慮后，增加一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：打磨過的鋁與稀鹽酸分別在常溫下和加熱條件下的反應(yīng)。并在實(shí)驗(yàn)探究中引發(fā)學(xué)生深層次思考，進(jìn)一步讓學(xué)生掌握金屬與酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

（5）選擇鋅片分別與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)，觀察反應(yīng)速度的差異。而就學(xué)生所能理解的控制變量的思想，實(shí)際操作時(shí)會(huì)取等體積的酸，經(jīng)過計(jì)算配制15%的稀鹽酸、20%的稀硫酸以保證氫離子濃度基本相等。

經(jīng)過幾次金屬與稀酸的反應(yīng)，學(xué)生初步感受到稀鹽酸與稀硫酸的共性和差異之處。并在實(shí)驗(yàn)探究中引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考，為第7章的酸的性質(zhì)學(xué)習(xí)做一個(gè)鋪墊。

（6）實(shí)驗(yàn)中選用未經(jīng)打磨的金屬與稀酸反應(yīng)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究，希望學(xué)生對(duì)酸能與金屬氧化物反應(yīng)有一個(gè)初步的印象，同樣為酸的學(xué)習(xí)做一個(gè)鋪墊。

（7）金屬銹蝕條件的探究，設(shè)計(jì)成兩組學(xué)生提前操作好后放在教室中，請(qǐng)每位同學(xué)每天觀察并記錄。這樣處理既節(jié)約了藥品和時(shí)間，而且全班同學(xué)觀察同一種樣品，又便于相互對(duì)照、討論。

（8）最后通過實(shí)驗(yàn)探究，希望學(xué)生能設(shè)計(jì)出加快鐵與稀酸的反應(yīng)速度的多種方法：稀硫酸換成稀鹽酸、加熱、鐵釘換成鐵粉、提高鹽酸濃度等，通過對(duì)知識(shí)的運(yùn)用加深對(duì)知識(shí)的理解。

三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與研討

2013年3月19日，在蘇州市平江中學(xué)，蘇州市區(qū)100多位初中化學(xué)教師對(duì)本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)4進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和教學(xué)研討，

贊許了實(shí)驗(yàn)的選材嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)效果達(dá)到預(yù)期，驚嘆不但是加熱鋁片、連加熱鋅片都出現(xiàn)了一層固體薄膜包裹一包紅色液體的現(xiàn)象?？隙藘?yōu)化后的實(shí)驗(yàn)方案立足于學(xué)生層面、難度適中、步驟清晰、流程簡(jiǎn)約、觀察點(diǎn)明晰、便于學(xué)生操作和觀察，又有合理的拓展提升、開拓了學(xué)生的思維，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力起到一定的鍛煉作用。

（收稿日期：2014-04-16）