基于變化觀念與平衡思想的“元素”教學(xué)
——以必修1金屬的化學(xué)性質(zhì)教學(xué)為例

趙亞楠 方 杰 呂純志

在學(xué)習(xí)了離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)這兩大工具后，第三章第一節(jié)內(nèi)容——金屬的化學(xué)性質(zhì)是學(xué)生學(xué)習(xí)利用工具的開始，讓學(xué)生學(xué)會利用工具自主學(xué)習(xí)。元素及其化合物是中學(xué)階段學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，是建構(gòu)化學(xué)知識體系的基石。因此，通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)元素及其化合物的一般方法，體會元素及其化合物的學(xué)習(xí)特點，學(xué)會利用化學(xué)的工具。

一、教學(xué)內(nèi)容分析

課程標(biāo)準(zhǔn)要求“根據(jù)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用實例或通過實驗探究了解金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)”[1]。金屬單質(zhì)的性質(zhì)是金屬元素性質(zhì)的反應(yīng)，是了解金屬化合物性質(zhì)的基礎(chǔ)。教材中安排的實驗有鈉在空氣中緩慢氧化、鈉加熱時氧化、鋁箔在酒精燈上加熱等。實驗過程中的現(xiàn)象和結(jié)論是學(xué)生自己實驗所得，這樣有利于學(xué)生獨立思考，提高學(xué)生的分析能力和總結(jié)表達(dá)能力。金屬單質(zhì)具有還原性，因此，遇到有氧氣時會發(fā)生氧化還原反應(yīng)。從氧化還原反應(yīng)角度介紹金屬與其他非金屬的反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中深入體會物質(zhì)性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的密切關(guān)系，同時為必修二元素周期律的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

二、學(xué)生學(xué)情分析

學(xué)生在初中化學(xué)已經(jīng)學(xué)過一些金屬的知識，對金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)有基本的了解，學(xué)習(xí)了常見金屬與氧氣的反應(yīng)，學(xué)生初步了解某些金屬與酸反應(yīng)以及金屬與鹽溶液反應(yīng)的規(guī)律。在平時的生活接觸中對金屬也已有較多了解，為現(xiàn)在進一步學(xué)習(xí)有關(guān)金屬的新知識奠定了知識基礎(chǔ)。通過第一章、第二章的學(xué)習(xí)，具有一定的由宏觀物質(zhì)認(rèn)識微觀本質(zhì)以及通過微觀結(jié)構(gòu)推理物質(zhì)性質(zhì)的能力，有助于對金屬化學(xué)性質(zhì)、規(guī)律、本質(zhì)的理解。

三、教學(xué)設(shè)計及過程

1.教學(xué)目標(biāo)

(1)通過實驗探究能夠說出鈉的物理性質(zhì)，鈉的保存，培養(yǎng)分析、對比和歸納能力，發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

(2)通過鈉在空氣中緩慢氧化、加熱鈉、加熱鋁箔的實驗變化培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和實驗操作能力，從而提高實驗探究能力，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

(3)基于Na，Al與O2在常溫、加熱下反應(yīng)的現(xiàn)象變化，能夠說出物質(zhì)性質(zhì)與核外電子排布的關(guān)系，加深對學(xué)習(xí)知識方法及規(guī)律的認(rèn)識，同時強化對變化觀念與平衡思想的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

(4)通過實驗探究和問題探究激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識和勇于探索、積極進取、追求科學(xué)的思想品質(zhì)。

2.教學(xué)重難點

(1)能夠依據(jù)不同物質(zhì)化學(xué)變化的現(xiàn)象證據(jù)歸納得出結(jié)論，并能夠根據(jù)質(zhì)量守恒寫出化學(xué)反應(yīng)方程式。

(2)建立“發(fā)現(xiàn)問題→尋找證據(jù)→得出結(jié)論”的推理過程，進一步體會變化與守恒思想。

3.教學(xué)過程

(1)趣味實驗 激發(fā)興趣

在初中化學(xué)的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)到的滅火材料有水、二氧化碳。通過兩個實驗“水能生火”“二氧化碳能夠生火”讓學(xué)生認(rèn)識到不是所有物質(zhì)著火都可以用水或者二氧化碳滅火。而使用什么方式滅火取決于物質(zhì)的性質(zhì)。從而引入課題。

(2)復(fù)習(xí)金屬的性質(zhì) 引發(fā)思考 連續(xù)性學(xué)習(xí)

初中化學(xué)的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)了一般金屬的化學(xué)性質(zhì)：金屬與氧氣反應(yīng)，金屬與酸反應(yīng)，金屬與某些鹽溶液反應(yīng)。初中階段學(xué)生學(xué)習(xí)了Mg，Al，Zn，F(xiàn)e，Cu等金屬，這些都是較活潑或不活潑的金屬，那么活潑金屬又具有怎么樣的性質(zhì)呢？在這些疑問中開始金屬的性質(zhì)學(xué)習(xí)。展示實驗室保存金屬鈉、鎂、鋁的條件，讓學(xué)生思考這是為什么？學(xué)生很容易想到是因為鈉化學(xué)性質(zhì)活潑，那么鈉的化學(xué)性質(zhì)到底有多活潑？通過實驗驗證。

(3)條件不同 反應(yīng)產(chǎn)物可能不同

通過演示鈉在空氣中以及在加熱條件下的反應(yīng)，學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象總結(jié)鈉的物理性質(zhì)以及化學(xué)性質(zhì)。此處，要特別強調(diào)鈉在不同條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)的產(chǎn)物不同。鈉在常溫下生成氧化鈉，在加熱條件生成過氧化鈉。

(4)微觀探析 結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)

是什么造成物質(zhì)有這樣的性質(zhì)呢？是結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過分析金屬鈉、鎂、鋁的微觀結(jié)構(gòu)特點，從微觀中分析金屬鈉活潑的原因。金屬的化學(xué)性質(zhì)與最外層電子有關(guān)，鈉原子最外層只有1個電子，很容易失去電子，表現(xiàn)出強的還原性。氧原子最外層有6個電子，很容易得兩個電子表現(xiàn)氧化性，所以鈉與氧氣很容易反應(yīng)。而鎂、鋁最外層有2～3個電子，容易失去，表現(xiàn)出還原性，也可以與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

鈉能與其他電子的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)嗎？引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)常見的S，Cl，容易得到電子，表現(xiàn)氧化性。學(xué)生預(yù)測金屬鈉與S，Cl2發(fā)生反應(yīng)，實驗驗證，讓學(xué)生體會化學(xué)學(xué)科中的本質(zhì)，體會結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。

圖1 常見金屬非金屬原子結(jié)構(gòu)示意圖

(5)總結(jié) 升華 體會變化思想

在本節(jié)課中以實驗為基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)了金屬與非金屬的反應(yīng)。在學(xué)習(xí)的寬度、深度上較初中階段都有提升?？偨Y(jié)出結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的性質(zhì)，同時性質(zhì)也反映了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(如圖2所示)。所學(xué)的這些結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途的體現(xiàn)都是認(rèn)識物質(zhì)的變化，有物理變化、化學(xué)變化。在化學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，對于結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途的分析也基于物質(zhì)的變化。

圖2 基于變化的三維圖

化學(xué)是從分子、原子的角度研究物質(zhì)組成、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律的一門科學(xué)。而物質(zhì)的變化是有條件的，在本課題的學(xué)習(xí)中從不同視角對不同的化學(xué)變化進行分類研究，逐步揭示各類變化的特征和規(guī)律，通過微觀分析，從結(jié)構(gòu)到性質(zhì)，分析化學(xué)反應(yīng)并預(yù)測在一定條件下某種物質(zhì)可能發(fā)生的化學(xué)變化。

四、教學(xué)思路

圖3

五、教學(xué)總結(jié)與反思

“金屬的化學(xué)性質(zhì)”這堂課的教學(xué)設(shè)計是基于高中化學(xué)核心素養(yǎng)目標(biāo)，在授課過程中采用連續(xù)性學(xué)習(xí)，以問題式引導(dǎo)的教學(xué)方式讓學(xué)生思維不斷地深入，這對于金屬化學(xué)性質(zhì)的理解及應(yīng)用會更加深刻。

本節(jié)課作為第三章金屬及其化合物的開始，是學(xué)習(xí)金屬化學(xué)性質(zhì)的開始，所以在課上用趣味實驗引課，讓學(xué)生認(rèn)識到金屬及其化合物性質(zhì)學(xué)習(xí)的必要性，學(xué)習(xí)金屬的化學(xué)性質(zhì)是合理利用金屬材料的基礎(chǔ)。

隨后，立足于初中化學(xué)對于金屬的化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)知，在金屬活動順序表的基礎(chǔ)上引出活潑金屬鈉，從而讓學(xué)生認(rèn)識到知識是連續(xù)的，不斷深入的。通過金屬鈉、鋁與氧氣的反應(yīng)，讓學(xué)生在對比實驗中認(rèn)識到“相同的物質(zhì)在不同的反應(yīng)條件下得到的產(chǎn)物可能不同”，讓學(xué)生體會變化的思維并從結(jié)構(gòu)特點分析金屬與氧氣的反應(yīng)實質(zhì)。在之前的學(xué)習(xí)中學(xué)生已經(jīng)有類別的認(rèn)識，在這里就要利用分類思想，金屬除了與氧氣反應(yīng)，還可以與其他具有相似性質(zhì)的物質(zhì)反應(yīng)，如與非金屬反應(yīng)。讓學(xué)生深刻地體會基于物質(zhì)化學(xué)變化得到的“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”結(jié)論。同時，通過對用途的學(xué)習(xí)，認(rèn)識“性質(zhì)決定用途”。

值得一提的是，在這個過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀意識，讓學(xué)生自己解釋，主動分析，得出結(jié)論，以學(xué)生為主。其次，在教學(xué)中要以問題式教學(xué)，啟發(fā)式引導(dǎo)，讓學(xué)生思維逐步深入。在教學(xué)過程中建立“發(fā)現(xiàn)問題→分析問題→提出猜想→實驗驗證→得出結(jié)論”的研究思路，讓學(xué)生在化學(xué)變化中找到研究的思路。