創(chuàng)設認知沖突，激發(fā)知識建構*
——“鋁及鋁合金”教學設計

梁峰麗錢玲艷

（江蘇省梅村高級中學江蘇無錫214112）

創(chuàng)設認知沖突，激發(fā)知識建構*
——“鋁及鋁合金”教學設計

梁峰麗錢玲艷

（江蘇省梅村高級中學江蘇無錫214112）

在“鋁及鋁合金”教學過程中，結合金屬鋁的性質特點，從學生已有知識出發(fā)，設計對比實驗，構建矛盾沖突，引發(fā)學生的好奇心，激發(fā)學生的學習興趣，引導他們主動建構知識體系，從而提高學生學習積極性和課堂效率。

認知沖突；鋁及鋁合金；教學設計

一、認知沖突簡述

認知沖突是一種心理學認知狀態(tài)，是當個體意識到個人認知結構與環(huán)境或是個人認知結構內部不同成分之間的不一致所形成的狀態(tài)。學生在學習過程中的認知沖突，通俗地說，就是學生的原有認知結構與所學新知識之間的理解不一致，從而產生認知沖突［1］。比如在學習鈉的化合物時，向包有過氧化鈉的脫脂棉滴水，脫脂棉即可燃燒起來，這和學生的已有認知“水用于滅火”相矛盾，此時學生會特別想一探究竟，從而引發(fā)學生的主動建構，達到積極高效解決問題的目的。認知沖突能極大提高學生的學習興趣和積極性，教師在教學過程中應有意引導學生激活已有的認知，與新的認知產生矛盾，再進行探究分析，不僅能鞏固已有的認知結構，更能讓學生在矛盾的解決過程中擴大自身的認知體系，從而讓學生的認知發(fā)生質的變化，形成新的認知結構，這樣的認知過程是學生積極主動參與的，會對學生解決問題的能力有較大提高。筆者在高一學習“鋁及鋁合金”時，設計了多處認知沖突，達到了很好的教學效果。

二、教學設計過程

（1）引入

觀看神舟十一號飛船升天視頻，回顧那激動人心的時刻，讓學生設想：如果你是飛船的材料總工程師，會對飛船的主體材料性能提出什么要求？同時列出常見金屬的密度、熔點、導電性等性能，根據學生的回答（抗腐蝕性，密度小，強度高等）總結出集這些優(yōu)異性能于一體的是鋁，準確來說是鋁合金。帶領同學們一起學習有著“帶翼的金屬”美稱的鋁及鋁合金。

（2）復習回顧

請同學回憶金屬活動性順序表，根據鋁在金屬活動性順序表中的位置，分析出鋁是一種比較活潑的金屬。再根據鋁在元素周期表中的位置，畫出鋁的原子結構示意圖，根據鋁原子結構示意圖，分析出鋁在化學反應中容易失去電子，表現(xiàn)還原性。

（3）認知沖突1

老師：從鋁的原子結構分析得出鋁是一種活潑的金屬，從鋁在生活中的實際應用分析，鋁又有較強的抗腐蝕性，如何來解釋這一矛盾的統(tǒng)一呢？化學是一門以實驗為基礎的學科，讓我們從實驗中尋找答案。

【活動與探究1】在2支試管中各取1～2mL6 mol·L-1鹽酸，分別插入未打磨鋁條和用砂紙打磨過的鋁條。觀察實驗現(xiàn)象并比較。

學生1：用砂紙打磨的鋁條放入后立刻就有氣泡，未打磨的鋁條開始時沒有氣泡，后來未打磨的鋁條表面也慢慢開始有氣泡，速度比打磨的鋁條慢。

學生2：鋁是一種活潑的金屬，可以與鹽酸反應產生氫氣，發(fā)生的反應為：2Al+6HCl====2AlCl3+3H2↑

老師：為什么未打磨的鋁條開始沒有氣泡呢？

學生3：可能因為在鋁表面有一層氧化膜。

老師：為什么后來又有氣泡了呢？

學生3：因為這層氧化膜后來被破壞了，Al2O3+ 6HCl====2AlCl3+3H2O

老師總結：鋁可以與酸反應，鋁表面的氧化膜能被酸破壞。金屬與酸的反應是同學們司空見慣的，有沒有金屬也能與堿反應呢？我們還是要從實驗中尋找答案，將鋁放入氫氧化鈉溶液中又會怎樣呢？

【活動與探究2】在2支試管中各取1～2mL6 mol·L-1NaOH，分別插入未打磨鋁條和用砂紙打磨過的鋁條。觀察實驗現(xiàn)象并比較。

學生4：用砂紙打磨的鋁條放入后立刻就有氣泡，未打磨的鋁條開始時沒有氣泡，后來未打磨的鋁條表面也慢慢開始有氣泡，速度比打磨的鋁條慢。

學生5：說明鋁也能與堿反應，鋁表面的氧化膜也能被堿破壞。

老師：寫出鋁與氫氧化鈉的反應并簡單分析，2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑

老師：鋁表面有一層致密的氧化膜，使鋁在空氣中有較強的抗腐蝕性，但是這層氧化膜會被酸和堿破壞，由此得出鋁制品在使用時有哪些注意事項呢？

學生6：不能放酸性和堿性物質。

老師補充：因為氯離子會阻止鋁表面的氧化膜的形成，所以鋁制品也不能長時間放置腌制食品。

（4）認知沖突2

剛才的實驗告訴我們，鋁與酸能發(fā)生反應，但是在我們生活中常溫下濃硝酸、濃硫酸可以用鋁槽車運輸（圖片展示鋁槽車），這又是為什么呢？我們還是要從實驗中尋找答案。

【觀察與思考1】在2支試管中各取2mL濃硝酸、濃硫酸，分別放入用砂紙打磨過的鋁條，（同學們竊竊私語，猜測會有劇烈的反應發(fā)生），觀察實驗現(xiàn)象。

學生7：無明顯現(xiàn)象。

老師：無明顯現(xiàn)象意味著反應是否發(fā)生呢？

學生7：不能確定。

老師：我們如何來判斷鋁與濃硝酸、濃硫酸是否發(fā)生反應了呢？

學生：還是要從實驗中尋找答案。

【觀察與思考2】在2支試管中各取2mLCuSO4溶液，分別放入用砂紙打磨過的鋁條和從濃硫酸中取出的鋁條，觀察實驗現(xiàn)象。

學生8：剛打磨的鋁條表面有紅色物質生成；從濃硫酸中取出的鋁條表面無明顯現(xiàn)象。

老師：說明在濃硫酸中浸取后，鋁片的表面已經發(fā)生了變化，實際是鋁遇濃硝酸、濃硫酸時會在表面生成致密的氧化膜，這一過程稱為鈍化。正是因為常溫下，鋁在濃硝酸、濃硫酸中能發(fā)生鈍化，阻止了內部金屬的進一步反應，才可以用鋁槽車來運輸。請同學們特別注意三個關鍵詞，常溫，濃硝酸、濃硫酸。對體系加熱，或將溶液換成稀硝酸、稀硫酸、鹽酸，反應都會進一步進行。

（5）學以致用

在鋁與氧氣、與酸、與堿的反應中，鋁都表現(xiàn)出了還原性，在實際生活中，利用鋁的還原性，可用于焊接鐵軌。今天老師來給大家利用相同的原理演示焊接鐵釘。

【觀察與思考3】在蒸發(fā)皿中鋪好細沙，放好2支鐵釘，將干燥的氧化鐵和鋁粉的均勻混合物放在鐵釘?shù)慕徊嫣?，在混合物上面加少量氯酸鉀，將點燃的鎂條插入氯酸鉀中，觀察現(xiàn)象。

學生9：劇烈反應，火星四射，發(fā)出耀眼光芒，產生大量白煙，放出大量熱，生成紅色熔融物，冷卻后2根鐵釘被焊接到了一起。

老師：利用鋁的還原性和鋁轉化為氧化鋁時能放出大量熱的性質，利用鋁還原一些金屬氧化物的反應稱為鋁熱反應。2Al+Fe2O3====高溫Al2O3+2Fe

學生：從氧化還原的角度分析鋁熱反應。

老師：在焊接鐵軌時，人們將鋁粉與氧化鐵的混合物點燃，由于反應放出大量熱，置換出的鐵以熔融態(tài)形式流出。讓熔融的鐵流入鐵軌的裂縫，冷卻后就將鐵軌牢牢地黏結在一起。鋁熱反應也可以是鋁與Cr2O3、MnO2等的反應，用于冶煉一些熔點較高的金屬。

教師：利用鋁的還原性來焊接鐵軌，利用鋁的導電性可制作電線，鋁合金更是因為有許多優(yōu)良的性能（密度小、強度高、耐腐蝕、塑性好、成本低、易制造）而在生活中有廣泛的應用，請同學列舉鋁及鋁合金的常見用途。

學生10：鋁合金可用于做門窗。

學生11：做導線。

學生12：飛機、飛船。

學生13：鋁箔可用于食品包裝。

（6）總結設疑

課堂小結，回顧本節(jié)課的重難點，鋁在與鹽酸、氫氧化鈉、濃硝酸、濃硫酸、鋁熱反應中表現(xiàn)還原性，及其廣泛的用途。高端又平凡的金屬鋁，曾經比黃金還貴，拿破侖以鋁制的王冠和餐具為榮，歷史上為什么會有這樣的事情發(fā)生呢？請同學們從后續(xù)內容“從鋁土礦提取鋁”中尋找答案。

三、教學反思

化學是一門以實驗為基礎的學科，本節(jié)課設計時為了增加學生的認知沖突，提高學習積極性，特意在對比實驗中設置認知沖突，既提高學生的動手能力和觀察能力，又能在解決認識沖突的過程中，掌握新的內容。實驗設計時還將課本傳統(tǒng)的鋁熱反應加以改進，通過焊接鐵釘，增強了實驗的趣味性和實用性，學生也能更加直觀地理解焊接鐵軌的原理和過程。最后部分的設疑又是一個新的認知沖突，結合歷史人物的故事，既提高學生的學習興趣，也能讓學生用發(fā)展的眼光來看待科學的發(fā)展，從而提高學生的綜合素養(yǎng)。

［1］袁維新.認知建構論［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2002（8）：179-182

［2］劉孝華.引發(fā)學生認知沖突的教學策略［J］.江西教育科研. 2007（2）：117-119

1008-0546（2017）09-0058-02

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.017

*本文系江蘇省教育科學“十二五”規(guī)劃2015年度課題“促進學生深度學習的中學化學概念教學研究”（B-b/2015/02/216）的研究成果之一。