“探究金屬制品的腐蝕”教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

侯肖　郭帥　葛繼寧　裴立英

本文以項(xiàng)目“合理使用金屬制品——金屬的性質(zhì)”的任務(wù)2為例，介紹整體教學(xué)設(shè)計(jì)，展示課堂實(shí)施過程，并基于實(shí)踐給出了任務(wù)2核心活動(dòng)的教學(xué)實(shí)施策略。

“合理使用金屬制品——金屬的性質(zhì)”項(xiàng)目是以“制作金屬制品合理使用的宣傳手冊(cè)”為最終的項(xiàng)目作品。為了分析解決金屬制品的使用問題，并制作項(xiàng)目宣傳手冊(cè)，將此項(xiàng)目拆解成了如下的主要任務(wù)：認(rèn)識(shí)金屬制品，發(fā)現(xiàn)問題→研究金屬的性質(zhì)，金屬制品材料的選擇→研究金屬制品的腐蝕與防腐→研究金屬制品的選擇和使用→走進(jìn)社區(qū)。

一、任務(wù)2整體介紹

1.任務(wù)2在本項(xiàng)目中的地位

要合理使用金屬制品，學(xué)生需要知道金屬制品的材料、成分以及金屬材料所具有的化學(xué)性質(zhì)。通過調(diào)研和觀察日常生活中的現(xiàn)象，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)金屬制品容易被腐蝕。金屬制品為什么會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象？以此展開對(duì)金屬的腐蝕和防腐問題的研究。之后針對(duì)金屬制品的共性和特性以及腐蝕的原理，提出合理使用金屬制品的方法和措施。

任務(wù)1認(rèn)識(shí)金屬制品，通過學(xué)習(xí)金屬制品的成分和金屬的性能探究金屬的化學(xué)性質(zhì)，建立研究金屬化學(xué)性質(zhì)的一般思路方法。任務(wù)2通過生活中的現(xiàn)象研究金屬的腐蝕和防腐問題，引導(dǎo)學(xué)生將研究物質(zhì)性質(zhì)的思路方法遷移到研究金屬的腐蝕問題上，通過調(diào)研，依據(jù)已有事實(shí)初步預(yù)測(cè)金屬制品腐蝕的條件，然后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，尋找證據(jù)，揭示金屬制品腐蝕的實(shí)質(zhì)。任務(wù)3在研究金屬的腐蝕和防腐問題的基礎(chǔ)上，總結(jié)出合理使用金屬制品的方法。因此，任務(wù)2探究金屬制品的腐蝕問題將任務(wù)1和任務(wù)3聯(lián)系到了一起，起到了承上啟下的作用。

2.任務(wù)2開展的具體活動(dòng)。

該任務(wù)設(shè)置了3個(gè)活動(dòng)，活動(dòng)1認(rèn)識(shí)鐵制品的腐蝕現(xiàn)象，通過尋找日常生活中的鐵制品的腐蝕現(xiàn)象，觀察比較不同環(huán)境下鐵制品的腐蝕程度，從而總結(jié)出鐵制品腐蝕的主要因素，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，了解腐蝕的本質(zhì)?；顒?dòng)2研究其他金屬制品的腐蝕問題，通過研究其他金屬制品的腐蝕問題，使學(xué)生意識(shí)到金屬制品腐蝕的共性和差異性，鞏固控制變量的實(shí)驗(yàn)方法及研究金屬腐蝕問題的思路方法?；顒?dòng)3分析金屬制品的防腐措施，在研究金屬制品的腐蝕現(xiàn)象和實(shí)質(zhì)的基礎(chǔ)上，提出金屬制品的防腐措施。

3.任務(wù)2的教學(xué)目標(biāo)。

三、任務(wù)2活動(dòng)2教學(xué)實(shí)錄

【啟動(dòng)】

引入：上一節(jié)課我們探究了金屬制品中的鐵制品的腐蝕現(xiàn)象，學(xué)習(xí)了鐵制品腐蝕的原因。那生活中除了鐵制品，還有其他的金屬制品，比如鋁制品和銅制品，它們是否容易被腐蝕呢？

交流觀點(diǎn)：組內(nèi)回顧金屬的化學(xué)性質(zhì)，交流討論，匯總觀點(diǎn)。大部分學(xué)生都認(rèn)為鋁不易被腐蝕，因?yàn)殇X表面形成了致密的氧化膜，阻止反應(yīng)的進(jìn)行。對(duì)于銅制品的腐蝕情況觀點(diǎn)不一致。

信息檢索：提供資料檢索，讓學(xué)生對(duì)自己的觀點(diǎn)進(jìn)行修正。鋁在常溫條件下與空氣反應(yīng)后產(chǎn)生致密的氧化膜阻攔內(nèi)部繼續(xù)反應(yīng)，因此有耐腐蝕能力。但在酸性條件下無耐腐蝕能力。

【過程】

教師：俗話說“眼見為實(shí)”，下面我們就通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下鋁制品是否容易發(fā)生腐蝕。做實(shí)驗(yàn)之前，我們首先要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位來討論實(shí)驗(yàn)方案。

交流方案：教師對(duì)學(xué)生的方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。有的小組設(shè)計(jì)的方案采用打磨和未打磨的鋁片進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，但卻忽略了酸的量的控制。有的小組是對(duì)酸的濃度做了對(duì)照實(shí)驗(yàn)。那么無論是哪種實(shí)驗(yàn)方案，我們都得注意變量的控制，這樣得出的結(jié)論才是可靠的。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，并交流，發(fā)現(xiàn)打磨的鋁制品有氣泡產(chǎn)生，而未打磨的并沒有氣泡產(chǎn)生。

結(jié)果討論：通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)打磨的鋁表面產(chǎn)生了氣泡，根據(jù)金屬活動(dòng)性順序我們知道是鋁與酸發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。而未打磨的鋁并沒有反應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生，說明鋁表面致密的氧化膜對(duì)鋁起到了一定的保護(hù)作用。那我們先把實(shí)驗(yàn)放一放，過一會(huì)兒再觀察未打磨的鋁片有沒有反應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生。

教師：如果也把鋁片放入NaCl溶液中呢？觀察照片，對(duì)比放入水中的現(xiàn)象。（教師提供實(shí)驗(yàn)圖片，使學(xué)生體會(huì)到鋁制品在NaCl溶液中腐蝕更嚴(yán)重。）接下來我們?cè)賮硌芯裤~制品的腐蝕問題。銅制品到底容易發(fā)生腐蝕嗎？（教師展示銅錢和在實(shí)驗(yàn)室所做的銅片的腐蝕現(xiàn)象。）

提出猜測(cè)：學(xué)生看到銅錢是綠色的，試管中的銅也是綠色的，學(xué)生也知道銅本身是紫紅色的固體。因而能夠推斷出發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)銅綠的化學(xué)式，并依據(jù)元素守恒及之前對(duì)鐵制品的學(xué)習(xí)，學(xué)生不難猜測(cè)銅制品腐蝕的原因，是跟氧氣和二氧化碳還有水發(fā)生了作用。

信息檢索：提供資料，讓學(xué)生修正觀點(diǎn)。銅會(huì)緩慢地被腐蝕為堿式碳酸銅[Cu（OH）2CO3]，在酸性條件下穩(wěn)定，不發(fā)生腐蝕。

教師：那你們能不能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證是這些因素的作用呢？

學(xué)生：學(xué)生采用控制變量的方法進(jìn)行了方案的設(shè)計(jì)?？刂破渌臈l件不變，改變其中的一個(gè)或者兩個(gè)條件來進(jìn)行對(duì)照。落實(shí)控制變量的方法。

教師：那么我們?nèi)绻舶雁~片放入NaCl溶液中呢？觀察照片，對(duì)比放入水中后的現(xiàn)象，證明NaCl溶液加快了銅制品的腐蝕。

教師：我們現(xiàn)在知道了銅制品容易與氧氣、水和二氧化碳發(fā)生腐蝕，但是根據(jù)金屬活動(dòng)性順序我們知道銅制品是不與酸發(fā)生反應(yīng)的，所以銅制品在空氣中容易發(fā)生腐蝕，但是不易被酸腐蝕。那我們回過頭來觀察一下未打磨的鋁制品是否易被酸腐蝕？

學(xué)生：學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)未打磨的鋁制品表面也產(chǎn)生了氣泡。

教師：通過實(shí)驗(yàn)我們知道了鋁制品表面致密的氧化膜對(duì)它起到了一定的保護(hù)作用，阻止了它與空氣進(jìn)一步作用，因而不易被空氣腐蝕，但是這層氧化膜卻容易被酸腐蝕，因而鋁制品不宜長(zhǎng)時(shí)間與酸接觸。

【總結(jié)】

師生總結(jié)：經(jīng)過上節(jié)課和到現(xiàn)在的學(xué)習(xí)，你們覺得腐蝕是鐵、銅、鋁的特性嗎？

圖片展示研究一類物質(zhì)的基本方法。得出大多數(shù)金屬制品都容易發(fā)生腐蝕，但由于性質(zhì)不同，腐蝕的具體情況不同，例如腐蝕的環(huán)境、程度、發(fā)生的具體化學(xué)反應(yīng)等。

四、核心活動(dòng)教學(xué)實(shí)施策略

1.“調(diào)查分析：尋找鐵制品的腐蝕現(xiàn)象”教學(xué)策略。

建立對(duì)腐蝕問題的感性認(rèn)識(shí)。通過尋找日常生活中不同環(huán)境下鐵制品的腐蝕現(xiàn)象，知曉鐵制品腐蝕的危害，意識(shí)到防腐的重要性。鐵制品的腐蝕對(duì)人類生產(chǎn)生活的影響可以概括為三個(gè)方面：一是安全問題，如大橋、飛機(jī)等，一旦出現(xiàn)腐蝕，可能會(huì)危及人的生命安全；二是人體健康，生銹的廚具等可能會(huì)對(duì)人體健康有一定的影響；三是經(jīng)濟(jì)問題，金屬制品被腐蝕需要花費(fèi)人力、物力、 財(cái)力來解決。

腐蝕因素的預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。強(qiáng)調(diào)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前，一定要通過觀察不同環(huán)境下的腐蝕現(xiàn)象及腐蝕程度，先歸納預(yù)測(cè)可能的腐蝕條件，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，并提示學(xué)生思考當(dāng)實(shí)驗(yàn)中有多個(gè)變量因素時(shí)，應(yīng)該采取什么方法，從而掌握科學(xué)的探究方法。

2.“實(shí)驗(yàn)探究：證明鐵制品腐蝕的條件”教學(xué)策略。

小組匯報(bào)要有理有據(jù)，分層進(jìn)行，體會(huì)控制變量的科學(xué)方法。學(xué)生匯報(bào)小組實(shí)驗(yàn)時(shí)，要講清楚他們的預(yù)測(cè)因素是什么，具體的實(shí)驗(yàn)方案是什么，以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)論與自己的猜想是否一致等。引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)中所采用的控制變量的方法，明確什么是自變量，什么是因變量。

了解腐蝕的實(shí)質(zhì)，豐富對(duì)鐵的認(rèn)識(shí)。通過分析歸納，體會(huì)到鐵在常溫下不與氧氣發(fā)生反應(yīng)，鐵制品腐蝕是與水和氧氣發(fā)生了反應(yīng)，是對(duì)金屬性質(zhì)的進(jìn)一步理解，也是對(duì)鐵的性質(zhì)的豐富和發(fā)展。學(xué)生認(rèn)識(shí)到腐蝕的實(shí)質(zhì)是發(fā)生了化學(xué)變化，并明確判斷發(fā)生化學(xué)變化的依據(jù)，如鐵生銹后表面有紅色的物質(zhì)生成，是因?yàn)殍F發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了紅色的氧化物。

建立研究金屬腐蝕的思路方法。將研究一類物質(zhì)性質(zhì)的思路方法，遷移到研究金屬腐蝕的問題上。通過鐵制品腐蝕的研究，幫助學(xué)生建立研究金屬制品腐蝕的基本思路，引導(dǎo)學(xué)生去研究其他金屬制品的腐蝕問題，即通過調(diào)研，依據(jù)已有事實(shí)初步預(yù)測(cè)金屬制品腐蝕的條件，然后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，尋找證據(jù)，揭示金屬制品腐蝕的實(shí)質(zhì)。

3.“交流研討：明確銅、鋁制品腐蝕問題的觀點(diǎn)”教學(xué)策略。

經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過程，鞏固控制變量的方法。在研究鋁制品的腐蝕問題時(shí)，要讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鋁制品表面的氧化膜的防腐作用，體會(huì)研究金屬腐蝕的思路方法和科學(xué)探究過程，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分析現(xiàn)象，得出結(jié)論。在銅制品的腐蝕問題中，鞏固通過多變量因素的控制設(shè)計(jì)出驗(yàn)證銅制品腐蝕條件的實(shí)驗(yàn)方案。

運(yùn)用元素守恒觀念，進(jìn)一步體會(huì)腐蝕的本質(zhì)。對(duì)于銅制品的腐蝕問題，通過形象直觀的圖片讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到銅制品的腐蝕現(xiàn)象，并通過銅綠的化學(xué)式，讓學(xué)生猜想銅制品腐蝕所需的條件，鞏固元素守恒的觀念，認(rèn)識(shí)到腐蝕的本質(zhì)是發(fā)生了化學(xué)變化。

總結(jié)提升，加深研究一類問題的思路方法。分析完銅鋁制品的腐蝕問題，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)研究金屬腐蝕問題的思路方法，根據(jù)已有事實(shí)，預(yù)測(cè)一類物質(zhì)可能具有的性質(zhì)，選取代表物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，結(jié)合事實(shí)資料，歸納概括出一類物質(zhì)所具有的共性和差異性。

4.“交流研討：日常生活中金屬制品的防腐措施”教學(xué)策略。

從腐蝕的實(shí)質(zhì)出發(fā)討論防腐措施。通過前兩個(gè)活動(dòng)，學(xué)生已經(jīng)知道金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)是發(fā)生了化學(xué)變化，所以學(xué)生剛開始想到的防腐方法就是阻止反應(yīng)的進(jìn)行。而要阻止反應(yīng)的進(jìn)行有兩種方法：一種辦法是使環(huán)境不滿足該物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的條件，使該物質(zhì)與其他反應(yīng)物（水和氧氣、酸性溶液、氯化鈉溶液）隔絕，如保持干燥環(huán)境或使用干燥劑，刷漆、涂油等；另一種辦法是使其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，即可以犧牲更活潑的金屬，使其與環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如輪船上的鋅塊等。通過分析生活中的一些金屬制品的其他防腐措施，如門窗等，讓學(xué)生總結(jié)出防腐的第三種措施，即改變金屬材料，增強(qiáng)抗腐蝕能力，例如制備抗腐蝕能力更強(qiáng)的合金等。

5.“自主學(xué)習(xí)：大型金屬制品的防腐措施”教學(xué)策略。

積極評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)創(chuàng)新，鞏固防腐的三大根本措施。教師要對(duì)學(xué)生的匯報(bào)表現(xiàn)給予積極的評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新，并動(dòng)手實(shí)踐去實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)新想法，引導(dǎo)學(xué)生樹立對(duì)未來發(fā)展的社會(huì)責(zé)任。同時(shí)，要對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新想法進(jìn)行總結(jié)，使學(xué)生意識(shí)到無論是哪種創(chuàng)新的防腐措施，其原理都離不開提煉出來的三大根本防腐措施。