以“境脈”驅(qū)動化學(xué)課堂

以“境脈”驅(qū)動化學(xué)課堂*——《金屬的冶煉與利用》復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計與反思徐敏（江蘇省蘇州高新區(qū)第一初級中學(xué)校，215011）

摘要：“境脈”驅(qū)動下的化學(xué)課堂，應(yīng)以特定的教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，設(shè)計能突出學(xué)生主體性、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、具有動態(tài)生成空間又一脈相承的教學(xué)情境，從情境中衍生出問題與任務(wù)，以問題的解決和任務(wù)的完成來實現(xiàn)對相關(guān)基本知識與技能的落實，提升學(xué)生的素養(yǎng)與能力。滬教版初中化學(xué)九年級上冊《金屬的冶煉與利用》復(fù)習(xí)課，以食品脫氧劑為基點組織“境脈”，驅(qū)動教學(xué)的開展。

關(guān)鍵字：境脈;核心素養(yǎng);初中化學(xué);《金屬的冶煉與利用》

境脈（context），是指上下文、語境、文脈，或指“人或事存在于其中的各種有關(guān)的情況”、來龍去脈、背景、環(huán)境等。“境脈”一詞是一個動態(tài)的概念，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，所表征的內(nèi)容也不一樣。衍生到教學(xué)中，“境”即主題情境，“脈”即教學(xué)主線，“境脈”即創(chuàng)設(shè)一個主題情境作為教學(xué)脈絡(luò)并貫穿首尾、前后呼應(yīng)。“境脈”驅(qū)動下的化學(xué)課堂，應(yīng)以特定的教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，設(shè)計能突出學(xué)生主體性、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、具有動態(tài)生成空間又一脈相承的教學(xué)情境，從情境中衍生出問題與任務(wù)，以問題的解決和任務(wù)的完成來實現(xiàn)對相關(guān)基本知識與技能的落實，提升學(xué)生的素養(yǎng)與能力。從這個角度出發(fā)，“境脈”尤為適合涉及多個有關(guān)聯(lián)知識點的復(fù)習(xí)課教學(xué)。

滬教版初中化學(xué)九年級上冊《金屬的冶煉與利用》一章由三部分內(nèi)容組成：金屬的性質(zhì)和利用、金屬礦物及鐵的冶煉、金屬防護(hù)和廢金屬回收。鐵作為最重要的一種金屬，被教材作為重點研究對象（三部分涉及鐵的內(nèi)容有鐵的性質(zhì)、鐵的冶煉和鐵的銹蝕與防護(hù)）。因此，筆者選取富含鐵粉的食品脫氧劑作為基點組織“境脈”，并以之驅(qū)動復(fù)習(xí)課教學(xué)。

一、教學(xué)過程

（一）“境脈”開啟：探究食品脫氧劑的成分

師（展示食品脫氧劑）日常生活中，我們經(jīng)常會在糕點和堅果、炒貨類食品的包裝袋中發(fā)現(xiàn)像這樣的一小包食品脫氧劑。請大家猜一猜食品脫氧劑的主要成分是什么？

生鐵粉。

師下面讓我們來驗證一下它是否含有鐵粉。

（教師打開一包食品脫氧劑，用磁鐵吸引其中的粉末，粉末被吸引。）

師這是利用了鐵的什么性質(zhì)？

生鐵能被磁鐵吸引。

師顯然并不是所有金屬都能被磁鐵吸引，金屬共有的物理性質(zhì)是什么？

生具有金屬光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。

師共性不能用于物質(zhì)的鑒定，但個性可以。該黑色粉末能被磁鐵吸引，能否據(jù)此判定它是鐵粉？

生不可以，四氧化三鐵粉末與鐵粉一樣，也是黑色的，也能被磁鐵吸引。

師鐵粉在空氣中燃燒時的現(xiàn)象是——

生火星四射。

（教師用藥匙取少量食品脫氧劑粉末在酒精燈火焰上灼燒，觀察到火星四射的現(xiàn)象。）

師這樣我們才可以判定食品脫氧劑中含有鐵粉。這利用了金屬的什么性質(zhì)？

生金屬能與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

師除此之外，你還有別的驗證方法嗎？

生取樣，加入稀鹽酸或稀硫酸，若產(chǎn)生氣泡，溶液變?yōu)闇\綠色，則其中有鐵粉。

師這又利用了金屬的什么性質(zhì)？

生活潑金屬能與稀鹽酸或稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。

師還有別的驗證方法嗎？

生取樣，加入硫酸銅溶液，若黑色粉末表面變?yōu)榧t色，溶液由藍(lán)色變?yōu)闇\綠色，則其中有鐵粉。

師這又利用了金屬的什么性質(zhì)？

生活潑金屬能與不活潑金屬的鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)。

師下面請大家動手做一做，利用上述方法進(jìn)一步驗證食品脫氧劑中含有鐵粉。

（學(xué)生動手實驗。）

[設(shè)計意圖：以食品脫氧劑為“境脈”，通過驗證食品脫氧劑中是否含有鐵粉，復(fù)習(xí)金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，學(xué)習(xí)驗證鐵粉的方法。在分組實驗中體會如何與他人合作，掌握基本的實驗操作技能，并對實驗中的異?，F(xiàn)象做出合理的猜想。]

（二）“境脈”開枝：探究實驗室制取氫氣的金屬選擇

師那實驗室為什么不用鐵與稀鹽酸反應(yīng)制取氫氣呢？（出示圖 1）這是密閉容器內(nèi)相同形狀的幾種金屬與等濃度稀鹽酸反應(yīng)的氣壓變化曲線，你能從中找到答案嗎？從曲線中你能獲得哪些結(jié)論？

生剛開始反應(yīng)時的反應(yīng)速率：鎂>鋅>鋁>鐵。銅不與稀鹽酸反應(yīng)。

生鋁與稀鹽酸反應(yīng)，一開始?xì)鈮翰蛔兓且驗殇X表面有一層致密的氧化鋁保護(hù)膜，氧化鋁與稀鹽酸反應(yīng)不產(chǎn)生氣體。

生鎂與稀鹽酸的反應(yīng)很快，只要18秒就結(jié)束了。

師鎂與稀鹽酸反應(yīng)的曲線出現(xiàn)了拐點，之后略微下降后變平，可能是因為什么原因？

生鎂與稀鹽酸反應(yīng)放熱，反應(yīng)結(jié)束后不再放熱，冷卻過程中氣壓變小。

師所以，實驗室制取氫氣的最佳原料是——

生鋅與稀鹽酸反應(yīng)，速率適中、過程平穩(wěn)，適合用于實驗室制取氫氣。

師其實，我們觀察與分析曲線是有方法的：第一步，看橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo);第二步，看曲線的走向;第三步，看曲線的斜率;第四步，看曲線的起點和拐點。（出示圖2）再看老師利用手持技術(shù)測量的密閉容器中等質(zhì)量的鐵絲和鐵粉分別與稀鹽酸反應(yīng)的氫氣濃度變化曲線，試著運用這四步方法分析一下。

生橫軸為反應(yīng)時間，豎軸為容器中氫氣的相對濃度。

生鐵粉曲線隨時間的推移，氫氣濃度變大;鐵絲曲線在200秒內(nèi)，氫氣濃度一直為0。

師氫氣濃度為0，并不是說鐵絲不與稀鹽酸反應(yīng)。（出示圖3）來看實驗裝置圖，氫氣傳感器測量的是容器上部的氫氣濃度。這說明在至少200秒的時間內(nèi)，產(chǎn)生的氫氣還不足以充滿容器上部，雖然此時的溶液已經(jīng)由無色變?yōu)榱藴\綠色。這說明鐵絲與稀鹽酸的反應(yīng)——

生很慢。

師所以，實驗裝置的設(shè)計與傳感器的位置也會影響曲線的形狀。等質(zhì)量的鐵絲和鐵粉分別與等濃度的稀鹽酸反應(yīng)，為什么產(chǎn)生氫氣的速率不同？

生鐵粉與稀鹽酸的接觸面積較大。

師對于同種金屬，除了形狀會影響其與稀鹽酸反應(yīng)的速率，還有哪些影響因素？

生溫度和酸的濃度。

師不錯的猜想！課后，同學(xué)們可以自行設(shè)計家庭小實驗來完成鋅皮與稀鹽酸的反應(yīng)速率探究。鋅皮可以用干電池的外殼代替，稀鹽酸可以用潔廁靈代替。

[設(shè)計意圖：數(shù)字化實驗可以讓“境脈”的延展更豐富。通過解讀金屬與稀鹽酸反應(yīng)的數(shù)字化曲線，比較相同條件下不同金屬與稀鹽酸反應(yīng)的速率，探究影響金屬與稀鹽酸反應(yīng)速率大小的內(nèi)因——金屬的活動性順序;通過比較相同金屬的不同形態(tài)與稀鹽酸反應(yīng)的速率，探究影響金屬與稀鹽酸反應(yīng)速率大小的外因——金屬的形狀。另外，布置進(jìn)一步探究金屬鋅與稀鹽酸反應(yīng)速率的家庭小實驗，將“境脈”從課堂延伸至課外，幫助學(xué)生在實踐活動中培育科學(xué)探究能力和創(chuàng)新意識。]

（三）“境脈”發(fā)展：探究部分變質(zhì)的食品脫氧劑的成分

師食品脫氧劑使用一段時間后會出現(xiàn)紅棕色的固體。請你猜想紅棕色固體的主要成分以及為什么會出現(xiàn)紅棕色的固體。

生紅棕色固體的主要成分為氧化鐵。食品脫氧劑中的鐵粉被空氣中的氧氣和水氧化成紅棕色的氧化鐵了。

師如何將氧化鐵重新變?yōu)殍F呢？

生用一氧化碳還原氧化鐵。

師還記得實驗室用哪套實驗裝置來實現(xiàn)一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)嗎？（出示實驗室用一氧化碳還原氧化鐵的裝置圖，如圖4）請同學(xué)們回憶一下這個實驗的現(xiàn)象。

生紅棕色粉末變?yōu)楹谏?，澄清石灰水變渾濁?/p>

師一氧化碳有毒、易燃、易爆，因此，完成這個實驗必須做好風(fēng)險預(yù)判和應(yīng)對準(zhǔn)備，我們要怎么做？

生先通一氧化碳后加熱，防止一氧化碳和空氣混合加熱發(fā)生爆炸。

生先停止加熱，冷卻至室溫后再停止通一氧化碳，防止生成的鐵再次被空氣中的氧氣氧化。

生用燃燒法處理尾氣，防止有毒氣體一氧化碳污染空氣。

師大家說得都很好！這個反應(yīng)也是工業(yè)煉鐵的主要反應(yīng)。只不過實驗室的反應(yīng)裝置是橫向的，工業(yè)煉鐵是縱向的，它的設(shè)備是高爐，原料是鐵礦石、焦炭、石灰石和熱空氣。這樣設(shè)計有什么好處呢？

生有利于原料之間的充分接觸、充分反應(yīng);工業(yè)煉鐵是一個連續(xù)的生產(chǎn)過程。

[設(shè)計意圖：通過分析食品脫氧劑變質(zhì)的原因及轉(zhuǎn)化方法，復(fù)習(xí)實驗室用一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置、現(xiàn)象及注意事項，比較實驗室模擬煉鐵和工業(yè)煉鐵在原料、設(shè)備和產(chǎn)品上的不同，并分析后者的優(yōu)點。]

（四）“境脈”收尾：食品脫氧劑的再利用

師食品脫氧劑的主要成分為鐵粉，能否利用它為寒冷的冬天帶來一絲溫暖呢？下面請大家通過分組實驗來自制暖袋。

[教師出示分組實驗要求：取兩包食品脫氧劑，打開后將粉末倒入白色紗布中，加入小半匙活性炭、小半匙蛭石，滴加2—3滴飽和食鹽水，用橡皮筋輕輕捆扎，感受溫度的變化并放入裝置（類似“暖蛋”）中。并提醒注意事項：適當(dāng)揉捏，充分混合;要透氣;如果發(fā)熱不明顯，可以適當(dāng)增加各固體成分的量。學(xué)生分組實驗。]

師（出示暖寶寶產(chǎn)品信息表）這是一張暖寶寶的產(chǎn)品信息表，主要成分欄寫著：鐵粉、水、活性炭、吸水性樹脂、蛭石、食鹽。吸水性樹脂和蛭石為暖寶寶提供了相對干燥和保溫的環(huán)境。結(jié)合剛才的實驗，請大家猜一猜食鹽的作用是什么？

生加速鐵的緩慢氧化。

師下面老師要用暖寶寶來做一個實驗：利用手持技術(shù)測定密閉容器中暖寶寶的耗氧和溫度變化曲線。

（出示實驗裝置，如圖5所示：密封鐘罩的頂部放有氧氣傳感器和溫度傳感器。將暖寶寶貼到溫度傳感器上，放置好鐘罩。點擊采集，得到如圖6所示的氧氣濃度和溫度變化曲線。）

師誰來解讀一下曲線的變化趨勢？

生隨著時間推移，密閉容器中氧氣濃度越來越低;暖寶寶逐漸放熱，溫度升高，之后停止放熱，溫度下降。

師通過實驗大家發(fā)現(xiàn)，暖寶寶中的鐵粉發(fā)生緩慢氧化的同時發(fā)生了哪兩個現(xiàn)象？

生耗氧和放熱。

師這很像哪個實驗？

生測定空氣中氧氣含量的實驗。

師所以，鐵粉的緩慢氧化也被用于測定空氣中氧氣的含量，且實驗結(jié)果更準(zhǔn)確，只是相對慢一些。

[設(shè)計意圖：圍繞食品脫氧劑中鐵的再利用，運用手持技術(shù)探究密閉容器中暖寶寶的耗氧變化和溫度變化，復(fù)習(xí)鐵的緩慢氧化的兩大效應(yīng)：耗氧和放熱。進(jìn)而，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)暖寶寶用于測定空氣中氧氣含量的實驗結(jié)果更準(zhǔn)確，重新認(rèn)識鐵的緩慢氧化反應(yīng)的意義。]

二、教學(xué)反思

“境脈”驅(qū)動下的教學(xué)相比傳統(tǒng)的教學(xué)有下列優(yōu)勢：（1）適切的教學(xué)情境能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并喚醒學(xué)生的舊知，讓學(xué)生在運用已學(xué)的知識解決情境中的新問題時，體會到學(xué)習(xí)的意義和價值，進(jìn)一步激起學(xué)習(xí)的欲望;（2）依賴于教學(xué)情境的教學(xué)主線能引導(dǎo)學(xué)生將知識系統(tǒng)化，逐漸形成知識網(wǎng)絡(luò)，有助于學(xué)生更高效地提取用于解決問題的信息，提升創(chuàng)造性地分析和解決問題的能力;（3）“境脈”相當(dāng)于為知識設(shè)置了情境編碼，學(xué)生只要記住了情境編碼，便記住了情境的背景知識。

《金屬的冶煉與利用》復(fù)習(xí)課教學(xué)中，筆者將與鐵有關(guān)的知識線索設(shè)計成圍繞食品脫氧劑的“境脈”，讓學(xué)生在“境脈”引發(fā)的探究問題中不斷提取已學(xué)過的知識，在對知識整合運用的過程中達(dá)成對知識的新理解和新認(rèn)識，激發(fā)內(nèi)在的創(chuàng)造潛能，提升思維品質(zhì)，發(fā)展核心素養(yǎng)。如：以驗證食品脫氧劑中含有鐵粉、分析食品脫氧劑變質(zhì)的原因及轉(zhuǎn)化方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與證據(jù)推理能力;以分析相同形狀的不同金屬分別與等濃度稀鹽酸反應(yīng)的氣壓變化曲線，提升學(xué)生的模型認(rèn)知水平;以分析等質(zhì)量的鐵絲和鐵粉分別與等濃度稀鹽酸反應(yīng)的氫氣濃度變化曲線，幫助學(xué)生樹立變化的觀念與平衡的思想;通過回顧實驗室模擬煉鐵的反應(yīng)裝置、現(xiàn)象、安全風(fēng)險及防范措施，并分析比較實驗室模擬煉鐵和工業(yè)煉鐵在設(shè)備、原料、產(chǎn)品和設(shè)計上的不同點及優(yōu)缺點，幫助學(xué)生形成科學(xué)精神與社會責(zé)任感;通過“自制暖袋”的分組實驗活動，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和合作能力;通過手持技術(shù)測定密閉容器中暖寶寶耗氧和溫度變化的數(shù)字化實驗，培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)字化曲線的模型認(rèn)知和證據(jù)推理能力;通過分析鐵粉的緩慢氧化用于空氣中氧氣含量測定實驗的可行性，發(fā)展學(xué)生勇于創(chuàng)新的思維品質(zhì)。

*本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“基于化學(xué)核心素養(yǎng)的‘境脈引領(lǐng)——互動生成教學(xué)模式研究”（編號：D/2018/02/227）的階段性研究成果。

參考文獻(xiàn)：

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