滲透學(xué)科思想的教學(xué)

尚修正

摘 要：在進(jìn)行化學(xué)教學(xué)的過程中，如果忽視學(xué)科思想的滲透，很有可能造成“只見樹木不見森林”，學(xué)生缺乏有效建構(gòu)知識(shí)過程中運(yùn)用到的學(xué)科方法、學(xué)科思想，這將影響到學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)和學(xué)生的發(fā)展。如果在進(jìn)行元素化合物知識(shí)教學(xué)過程中，能有效滲透學(xué)科思想，學(xué)生就能有效建構(gòu)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系網(wǎng)，理解元素化合物轉(zhuǎn)化主線。目前的高考題也越來越重視學(xué)科思想方法的考查。因此在教學(xué)中滲透學(xué)科思想，也應(yīng)該引起教師的重視。

關(guān)鍵詞：學(xué)科思想；鋁的重要化合物；元素化合物教學(xué)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）24-212-03

通常來講，一個(gè)學(xué)科由學(xué)科知識(shí)、學(xué)科能力和學(xué)科思想三部分組成，其中學(xué)科思想是學(xué)科的靈魂和核心。在進(jìn)行化學(xué)教學(xué)的過程中，如果忽視學(xué)科思想的滲透，很有可能造成“只見樹木不見森林”，學(xué)生缺乏有效建構(gòu)知識(shí)過程中運(yùn)用到的學(xué)科方法、學(xué)科思想，這將影響到學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)和學(xué)生的發(fā)展。

對(duì)于元素化合物知識(shí)，學(xué)生普遍覺得知識(shí)點(diǎn)多而雜，解題方法技巧性較強(qiáng)。如果在進(jìn)行元素化合物知識(shí)教學(xué)過程中，能有效滲透學(xué)科思想，學(xué)生就能有效建構(gòu)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系網(wǎng)，理解元素化合物轉(zhuǎn)化主線。在元素化合物知識(shí)教學(xué)中，常見的學(xué)科思想方法有：1.“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”；2.通過對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類，運(yùn)用比較和聯(lián)想思想；3.數(shù)形結(jié)合；4強(qiáng)弱規(guī)律；5微粒觀；6.科學(xué)探究，包括實(shí)驗(yàn)探究；7.運(yùn)用化學(xué)史，體現(xiàn)化學(xué)史的知識(shí)和教育價(jià)值等。本文以人教版必修1第三章第二節(jié)——鋁的重要化合物為例，具體闡釋怎么樣滲透化學(xué)學(xué)科思想。

一、引入新課

[講述]著名物理化學(xué)家和化學(xué)教育家傅鷹說“化學(xué)給人以知識(shí)，化學(xué)史給人以智慧”，我們追尋古人和科學(xué)前輩的足跡，去了解鋁的歷史、鋁發(fā)展，來獲得有關(guān)鋁的認(rèn)識(shí)。

[ppt呈現(xiàn)] 科學(xué)史話 鋁的價(jià)值幾何：1746年，拉瓦錫（法國(guó)）證實(shí)不能用C還原Al2O3；1852年，奧爾斯泰（丹麥）用鉀汞齊還原無水氯化鋁，然后再真空條件下蒸餾出去汞，人類第一次得到幾毫克的鋁粉；1854年，戴維爾（法國(guó)）用金屬Na還原NaAlCl4，得到純度為97%的鋁；1855年，巴黎國(guó)際博覽會(huì)上，展出了一小塊鋁，標(biāo)簽上寫到：“來自粘土的白銀”，當(dāng)時(shí)鋁比黃金還貴，鋁成為達(dá)官貴人炫耀財(cái)富的飾品；1886年，霍爾（美國(guó)）和埃魯（法國(guó)）分別獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了用冰晶石Na3AlF6作為助熔劑，通過電解熔融Al2O3制備鋁的方法，從此人類找到大規(guī)模、廉價(jià)的獲得金屬鋁的方法，鋁價(jià)身價(jià)大跌成為“平民金屬”；1892年，拜耳（奧地利）發(fā)明了用堿液從鋁土礦中提取氧化鋁的方法，這一方法與霍爾電解法結(jié)合奠定了現(xiàn)代工業(yè)電解法冶煉鋁的基礎(chǔ)。

[問題討論]在1885年，鋁價(jià)怎能比黃金？是什么使得鋁身價(jià)大跌呢？用化學(xué)方程式解釋霍爾電解法生產(chǎn)鋁的原理。

[講述]門捷列夫曾經(jīng)說過：科學(xué)不但給人以知識(shí)，還能創(chuàng)造真正的精神和物質(zhì)財(cái)富，更能創(chuàng)造出我們不能獲得的東西。正式由于化學(xué)工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，鋁的大規(guī)模的使用才有可能。

學(xué)科思想：運(yùn)用化學(xué)史，體現(xiàn)化學(xué)史的知識(shí)和教育價(jià)值。著名物理化學(xué)家和化學(xué)教育家傅鷹說“化學(xué)給人以知識(shí)，化學(xué)史給人以智慧”，通過金屬鋁的化學(xué)史的介紹，了解鋁的發(fā)展歷史、鋁的冶煉方法，了解化學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)人類生產(chǎn)生活的影響。

二、Al2O3、Al（OH）3的性質(zhì)

1、Al2O3的物理性質(zhì)

[講述]既然電解鋁的過程中使用了氧化鋁，那么氧化鋁的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)如何？

物質(zhì) Na2O MgO CaO Al2O3 Fe2O3 CuO

熔點(diǎn) 1275?C 2800℃ 2572℃ 2050℃ 1565℃ 1326℃

[閱讀資料]閱讀下面的表格1和資料，總結(jié)氧化鋁的用途，并解釋氧化鋁具有這些用途的原因是什么？

表1常見氧化物的熔點(diǎn)

資料：天然存在的氧化鋁——?jiǎng)傆竦挠捕葍H次于金剛石，是價(jià)廉的磨料、切割工具；熔點(diǎn)高于2000℃的物質(zhì)可以作特級(jí)耐火材料，如制作耐火坩堝、耐火管、高溫金屬陶瓷；氧化鋁在陶瓷工業(yè)中常做增白劑；④鋁制品通常利用陽極氧化處理其表面從而形成致密氧化膜，保護(hù)內(nèi)層金屬

學(xué)科思想：性質(zhì)決定用途，用途反映性質(zhì)。從氧化鋁的用途著手，反推氧化鋁的物理性質(zhì)。避免說教式介紹氧化鋁的物理性質(zhì)。

2、Al2O3的化學(xué)性質(zhì)

[講述]在第一節(jié)學(xué)習(xí)金屬的有關(guān)性質(zhì)時(shí)，我們學(xué)習(xí)到了鋁與酸堿溶液的反應(yīng)。不知同學(xué)們是否還記得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，它有何特殊之處呢？

[實(shí)驗(yàn)視頻]在兩支試管中分別加入5 mL鹽酸和5 mL氫氧化鈉溶液，再分別放入一小段鋁片。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[問題討論]兩支試管中為什么剛開始沒有氣體產(chǎn)生，后來有氣體產(chǎn)生？

[講述]剛開始時(shí)沒有氣體?金屬鋁表面有氧化鋁，氧化鋁與酸、堿反應(yīng)沒有產(chǎn)生氣體。一段時(shí)間后均有氣體產(chǎn)生?氧化鋁已經(jīng)反應(yīng)完全，金屬鋁與酸、堿反應(yīng)產(chǎn)生了氣體。說明氧化鋁對(duì)金屬鋁的保護(hù)也是有限度的，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿條件下，氧化鋁也是“泥菩薩過江，自身難?！?。

[問題討論]氧化鋁為什么能和酸反應(yīng)？哪些氧化物能酸反應(yīng)？

[講述]從氧化鋁所屬類別看，Na2O、MgO、CaO、Al2O3屬于堿性氧化物：

Na2O+2HCl=2NaCl+H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O，CaO+2HCl=CaCl2+H2O ，

這些反應(yīng)的實(shí)質(zhì)均為O2-和H+反應(yīng)（滲透微粒觀）。氧化

鋁也屬于堿性氧化物，和酸反應(yīng)應(yīng)該和前幾者類似：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O。

[問題]氧化鋁為什么能和堿反應(yīng)？能和堿反應(yīng)的氧化有哪些？

[講述]說明氧化鋁應(yīng)該和CO2類似?均為酸性氧化物。CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，產(chǎn)物Na2CO3得出可以這么理解：Na2CO3中Na+?堿對(duì)應(yīng)陽離子，CO32-?酸性氧化物對(duì)應(yīng)酸根離子。

[問題]氧化鋁對(duì)應(yīng)的酸根離子可能是是什么？在哪里學(xué)過含鋁的陰離子？

[講述]氧化鋁對(duì)應(yīng)的酸根離子可能是AlO2-，于是得到氧化鋁和NaOH溶液反應(yīng)方程式：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。

學(xué)科思想：微粒觀，類比思想。在比較的基礎(chǔ)上根據(jù)根據(jù)兩個(gè)事物在某些方面的相似或相同的屬性，推測(cè)在其他方面也可能相同或相似。通過類比可以得出未知物質(zhì)的性質(zhì)。類比推理一般有下列模式[1]：若①A事物具有性質(zhì)a，b，c，d ②B事物具有性質(zhì) ， ， 則③B類事物可能具有性質(zhì) 。類比推理的核心是求同存異，獲取新知。通過類比思想，降低Al2O3的化學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)的難度，使得推測(cè)出來的結(jié)果可靠可信。

3、Al（OH）3的制備

[講述]了解和掌握物質(zhì)的性質(zhì)不是化學(xué)工作者最終目的，最終目的之一是制備和創(chuàng)造物質(zhì)（自然界原來沒有的物質(zhì)）

[問題討論]在實(shí)驗(yàn)室怎么制備一定量的NaOH、Ca（OH）2？如果現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室有鋁片、稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、氨水、硫酸鋁溶液、蒸餾水，怎么樣制備Al（OH）3？說出你的設(shè)計(jì)方案。

[學(xué)生方案總結(jié)]方案一：Al+H2O→Al（OH）3 方案二：Al2O3+H2O→Al（OH）3 方案三：Al2（SO4）3+NH3 H2O→Al（OH）3 方案四：Al片+稀鹽酸+稀氨水→Al（OH）3 方案五：Al片+稀鹽酸+ NaOH溶液→Al（OH）3 方案六：Al片+NaOH溶液→Al（OH）3 方案七：Al片+NaOH溶液+稀鹽酸→Al（OH）3

[問題討論]方案一、二、六是否可行？

[講述]方案一因鋁不能在水中溶液也不能跟水反應(yīng)、方案二因氧化鋁不能在水中溶液也不能跟水反應(yīng)，方案六制備出來的是NaAlO2，這些實(shí)驗(yàn)方案都是錯(cuò)誤的。其它方案都有可能制備出Al（OH）3。

[問題討論]其余方案中，試劑（藥品）加入有多少種滴加順序？改變滴加順序?qū)嵸|(zhì)上改變什么？

[講述]改變滴加順序?qū)嵸|(zhì)上改變的是物質(zhì)的相對(duì)用量。

[分組實(shí)驗(yàn)]分幾個(gè)小組：第1小組使用方案3制備，觀察并記錄現(xiàn)象，下同。第2小組使用方案3（和第一組試劑滴加順序相反），第3小組使用方案4（注意稀鹽酸用量），第4小組使用方案4（和第三小組試劑滴加順序相反，注意稀氨水用量），第5小組使用方案5（注意稀鹽酸用量），第6小組使用方案7（注意強(qiáng)氧化鈉溶液用量）。

表2小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果

小組 1 2 3 4 5 6

方案 3 3（滴加順序相反） 4 4（滴加順序相反） 5 7

現(xiàn)象 有白色沉淀 有白色沉淀 滴加氨水有白色沉淀，繼續(xù)滴加氨水沉淀未明顯溶解 滴加稀鹽酸沒有沉淀生成 滴加氫氧化鈉有白色沉淀，繼續(xù)滴加氫氧化鈉沉淀消失 滴加稀鹽酸有白色沉淀，繼續(xù)滴加稀鹽酸沉淀消失

[問題討論]小組1、2現(xiàn)象為何一致，這說明什么？小組5、6現(xiàn)象類似，為什么剛開始有沉淀，后來沉淀消失？這能說明什么？你能寫出這些反應(yīng)對(duì)應(yīng)的方程式嗎？小組3、4僅僅是試劑滴加順序不同為何現(xiàn)象明顯不同？

[講述]1、2兩小組現(xiàn)象說明，Al2（SO4）3+6NH3 H2O=2Al（OH）3↓+3（NH4）2SO4（弱堿制備更弱的堿），Al（OH）3不能被NH3 H2O溶解。第5小組現(xiàn)象說明，2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑，AlCl3+3NaOH=Al（OH）3↓+3NaCl（強(qiáng)堿制備弱堿），生成的Al（OH）3可以被NaOH溶解，第6小組現(xiàn)象說明：2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑，NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al（OH）3↓，生成的Al（OH）3可以被HCl溶解。小組4說明鋁片不能和氨水反應(yīng)，滴加稀鹽酸時(shí)稀鹽酸和氨水反應(yīng)生成氯化銨。小組3反應(yīng)原理和小組5類似，只是Al（OH）3不能被氨水溶解。

[問題討論]Al（OH）3可以被HCl溶解，也可以被NaOH溶解？能和堿反應(yīng)的物質(zhì)屬于哪些類別物質(zhì)？Al（OH）3能和堿反應(yīng)，說明Al（OH）3屬于哪類物質(zhì)？

[講述]H+ + AlO2- + H2O?Al（OH）3?Al3+ + 3OH-，實(shí)際上Al（OH）3和鋁酸H3AlO3是同一個(gè)物質(zhì)。

NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al（OH）3↓可以看成鹽酸制備出了鋁酸H3AlO3。Al（OH）3在強(qiáng)堿性條件下會(huì)發(fā)生酸式電離Al（OH）3?H+ + AlO2- + H2O，在這種條件下Al（OH）3表現(xiàn)出酸

性——鋁酸H3AlO3，因此Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+H2O，相當(dāng)于弱酸和堿反應(yīng)，制備出了更弱的酸——H2O。

[問題討論]1.上述方案3、4、5、7能否制備出Al（OH）3？這些方案中哪些較好？2.課本上是怎么樣制備Al（OH）3的？為什么不用強(qiáng)堿如NaOH來制備？

學(xué)科思想：強(qiáng)弱規(guī)律，科學(xué)探究。利用“強(qiáng)電解質(zhì)可以制備弱電解質(zhì)，弱電解質(zhì)可以制備出更弱的電解質(zhì)”，這一原理來深刻理解有關(guān)氫氧化鋁的反應(yīng)。其次，用科學(xué)探究的方法來討論制備Al（OH）3的方法?？茖W(xué)探究并不等同于動(dòng)手操作、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，凡是有利于學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系、形成科學(xué)觀念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種活動(dòng)都屬于科學(xué)探究范疇。 邏輯推理探究在教材中主要有兩種類型：一種是在學(xué)生原有認(rèn)知基礎(chǔ)上 通過猜想與假設(shè)，運(yùn)用已掌握的化學(xué)規(guī)律 從理論上推導(dǎo)出新的化學(xué)規(guī)律。它注重理論推導(dǎo)。另一種是利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析、綜合、比較、歸納和演繹等邏輯推理得出化學(xué)規(guī)律，它注重邏輯推理[2]。

在做實(shí)驗(yàn)之前對(duì)方案的評(píng)判、指導(dǎo)，如“[問題討論]方案一、二、六是否可行？”、“[問題討論]其余方案中，試劑（藥品）加入有多少種滴加順序？改變滴加順序?qū)嵸|(zhì)上改變什么？”都屬于落體推理探究，這也是科學(xué)探究重要形式；其后分小組實(shí)驗(yàn)則是實(shí)驗(yàn)探究，這是通常教師比較熟悉的科學(xué)探究方式。

4、鋁的化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系總結(jié)

[問題討論]通過氧化鋁和氫氧化鋁的性質(zhì)的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在你能否總結(jié)鋁的化合物（氧化鋁和氫氧化鋁）的重要性質(zhì)，及其之間轉(zhuǎn)化關(guān)系？試著以概念圖的方式，畫出物質(zhì)間轉(zhuǎn)化關(guān)系：

圖1概念圖示例圖

[小結(jié)]氧化鋁的性質(zhì)，氫氧化鋁的制備方法

三、啟示

元素化合物知識(shí)的教學(xué)，物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)、制備、用途是核心。如果單純就知識(shí)論知識(shí)，必然造成知識(shí)點(diǎn)亂、雜、多，若能在教學(xué)過程中有效滲透學(xué)科思想，必然會(huì)對(duì)學(xué)生長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展有利。目前的高考題也越來越重視學(xué)科思想方法的考查[3]，這是和素質(zhì)教育的本質(zhì)要求是吻合的。在教學(xué)中滲透學(xué)科思想，也應(yīng)該引起教師的重視。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林肅浩.《更高妙的高考化學(xué)思想方法》[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2012.

[2] 周存軍.化學(xué)思想和方法培養(yǎng)的探究性教學(xué)[J].現(xiàn)代教育科學(xué)·普教研究，2010，（6）.

[3] 孫建明.王后雄.基于學(xué)科思想方法整合的高考化學(xué)命題研究[J].課程·教材·教法，2014，34（3）